CN108306321A - 一种储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种储能系统。所述储能系统应用于港口区域电网，接入在主交流母线上，用于根据主交流母线上的潮流方向进行充放电控制。所述储能系统应用于起重设备，接入在交流母线上，用于根据所述交流母线上的潮流方向确定所述起重设备的工作状态，根据所述工作状态进行充放电控制。所述储能系统应用于起重设备，接入在直流母线上，包括顺次连接的储能器、直流预充电环节、第一直流稳压滤波电路、双向直流变换器和第二直流稳压滤波电路。本申请在港口起重设备中和主变压器副边侧接入储能系统，合理地选择储能介质，并设计相应的充放电控制策略，能够节能降耗，抑制能量回馈带来的直流母线电压波动和港口区域电网潮流紊乱带来的区域电网不稳定。

Description

一种储能系统

技术领域

本申请涉及电力电子变换技术领域，特别涉及一种储能系统。

背景技术

目前，港口设备基本已经实现了电气化，由于港口设备众多，分布较为集中，且单机设备功率较大，像桥吊这类起重设备，单台的功率就高达几百甚至几千千伏安(KVA)。因此，如何给港口设备节能降耗一直是人们研究的课题。

由于起重设备的工况特性，起重设备电动机组的运行可以分为两个不同的阶段，其一是在吊装集装箱等货物时，电动机消耗电能，转化为被吊装货物的动能和势能；其二是在下放货物时，货物的势能转化为自身的动能，此时起重设备为了控制货物的下降速度，起重设备会有类似“刹车”的组件，将货物的势能转化为热能来控制下降速度，然而这种方法，起不到节能降耗的作用，只是将货物势能转化为热量散发到空气中。

后来，人们在电动机和控制设备中加入了能量回馈系统，此时，起吊货物时的电动机在下放货物时就变成了发电机，将货物的势能转化为了电能，回馈到电网系统中提供给其他用电设备使用，这样一来，很好地降低了港口设备的耗能水平。但是另一个问题随之而来，由于耗能的电动机在工作过程中会变成发电的发电设备，使得起重设备内部的直流母线电压不稳定，忽高忽低，影响设备内部的电力电子设备和器件的使用寿命，另外，也使港口区域电网的潮流发生改变，由单向潮流变成了多向，当多台起重设备同时下放货物时，甚至会出现港口区域电网向给其输电的大电网馈电的情况，造成的港口区域电网不稳定，而且馈电给大电网并不会给港口带来经济收益，出现节能不节钱的情况。

发明内容

本申请提供了一种储能系统，以解决起重设备电能回馈时造成的区域电网不稳定、节能不节钱的问题。

为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

一方面，本申请提供了一种储能系统，应用于港口区域电网，港口区域电网包括港口主变压器和起重设备，港口主变压器通过主交流母线将输出的电能传输给起重设备；储能系统接入在主交流母线上；

储能系统，用于根据主交流母线上的潮流方向进行充放电控制。

另一方面，本申请提供了一种储能系统，应用于起重设备，起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，动力变压器通过交流母线将输出的电能传输给所述四象限运行整流器；储能系统接入在交流母线上；

储能系统，用于根据交流母线上的潮流方向确定起重设备的工作状态，根据工作状态进行充放电控制。

又一方面，本申请提供了一种储能系统，应用于起重设备，起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，四象限运行整流器通过直流母线将输出的电能传输给能量回馈型变频器；储能系统包括：顺次连接的储能器、直流预充电环节、第一直流稳压滤波电路、双向直流变换器和第二直流稳压滤波电路，储能系统通过直流稳压滤波电路接入所述直流母线；

直流预充电环节，用于限制充电电流；

第一直流稳压滤波电路，用于滤除储能器直流侧电压电流中的高频谐波；

双向直流变换器，用于根据所述直流母线上的电压变化情况，吸收起重设备回馈到直流母线上的电能，或者将储能器中的电能传送到直流母线上供起重设备的电动机使用；

第二直流稳压滤波电路，用于滤除双向直流变换器输出电压电流中的高次谐波。

本申请的有益效果是：本申请在港口起重设备中和主变压器副边侧接入储能系统，合理地选择储能介质，并设计相应的充放电控制策略，能够节能降耗，有效的抑制能量回馈带来的直流母线电压波动和港口区域电网潮流紊乱导致的区域电网不稳定。

附图说明

图1为本申请实施例提供的港口区域电网电气示意图；

图2为本申请实施例一提供的接入储能系统的港口区域电网电气示意图；

图3为本申请实施例一提供的星型连接的级联型储能系统的机构示意图；

图4为本申请实施例一提供的三角形连接的级联型储能系统的机构示意图；

图5为本申请实施例一提供的低压储能系统加装升压变压器的储能系统的机构示意图；

图6为本申请实施例一提供的储能系统充放电控制流程示意图。

图7为本申请实施例二提供的接入储能系统的港口区域电网电气示意图；

图8为本申请实施例二提供的储能系统的机构示意图；

图9为本申请实施例二提供的储能系统充放电控制流程示意图；

图10为本申请实施例三提供的接入储能系统的港口区域电网电气示意图；

图11为本申请实施例三提供的储能系统的机构示意图；

图12为本申请实施例三提供的储能系统充放电控制流程示意图。

具体实施方式

本申请的储能系统主要应用于港口区域电网，本申请的港口区域电网包括港口主变压器和起重设备，港口主变压器通过主交流母线将输出的电能传输给起重设备；起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，动力变压器通过交流母线将输出的电能传输给四象限运行整流器，四象限运行整流器通过直流母线将输出的电能传输给能量回馈型变频器。

图1为本申请实施例提供的港口区域电网电气示意图，如图1所示，本申请实施例示例性示出，港口区域电网由110KV电网接入，经过港口主变压器后转换为10KV电压等级，通过10KV电压母线(即图1中的10kV ACBUS)输送到各个起重设备中。每个起重设备中均有一台动力变压器(通常还有一台辅助变压器，用于给照明和控制系统供电，因功率较小，忽略不计)，主要负责给起重设备的动力运行部件供电，而动力运行部件是起重设备中的主要用电设备，动力变压器将10KV交流电转换为440V交流电后通过440V交流母线(即图1中的440V ACBUS)传送到四象限运行整流器，将440V交流电转换为600V左右的直流电，然后通过600V直流母线(即图1中的600V DCBUS)输送到各个动力运行部件的能量回馈型变频器中，变频器再将直流电逆变为频率可变的交流电，控制所驱动电动机M的转速。

结合图1所示，本申请实施例能量回馈的原理为：当起重设备下放货物时，电动机M转变为发电机输出交流电，通过能量回馈型变频器转换为直流电，输送到直流母线中，抬高直流母线上的电压，直流电压上升到一定程度后，四象限运行整流器将改变工作模式，转变为逆变器，将直流母线中的直流电转换为交流电输送到440V交流母线中，此时440V交流母线中的潮流反向，再经过动力变压器向10KV母线供电，若此时挂在10KV交流母线上的其他起重设备没有处于起吊货物的耗电阶段，甚至同时处于下放货物的发电阶段，则起重设备下放货物产生的电能不能被港口内部设备利用，进而会通过主变压器转换为110KV交流电馈送回大电网。

本申请实施例针对上述情况，在港口区域电网中接入储能系统，按照设定的控制策略控制储能系统对起重设备回馈的能量进行管理。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例在主交流母线上接入储能系统，即在图1所示的港口区域电网的10kV交流母线上接入储能系统，本实施例的储能系统为高压储能系统。当出现多台起重设备同时处于能量回馈时，港口区域电网内部消纳不了回馈的电能，10KV交流母线上的潮流会反向，由此可以判断是否需要给储能系统充电，当10KV交流母线上的潮流正向时则可以放电，提供给起重设备供电。

需要说明的是，本实施例为便于描述，定义从电网到负荷的潮流方向为正向，反之为反向。

图2为本申请实施例一提供的接入储能系统的港口区域电网电气示意图，如图2所示，本实施例的储能系统应用于港口区域电网，港口区域电网包括港口主变压器和起重设备，港口主变压器通过主交流母线将输出的电能传输给起重设备；本实施例的储能系统接入在主交流母线上。本实施例的储能系统用于根据主交流母线上的潮流方向进行充放电控制。

其中，本实施例的储能系统可以为级联型储能系统，也可以为由低压储能系统加装升压变压器构成的高压储能系统。

图3为本申请实施例一提供的星型连接的级联型储能系统的机构示意图，图4为本申请实施例一提供的三角形连接的级联型储能系统的机构示意图；如图3和图4所示，在本实施例的储能系统为级联式储能系统时，所述级联式储能系统包括并网电抗器、功率变换链路和储能电池，功率变换链路连接在储能电池和主交流母线之间；

并网电抗器包括三条支路，功率变换链路包括三条支路，每条并网电抗器支路连接一条功率变换链路支路，用于限流和滤波；每条功率变换链路支路包括多个功率变换单元，功率变换单元的交流输出侧串联，直流侧分别连接储能电池。实际应用中，功率变换单元的电路拓扑可以为单相H桥式拓扑电路，其中功率变换器件可以是IGBT、IGCT或者IEGT。

其中，功率变换链路的三条支路可以采用星型连接方式或三角形连接方式，功率变换链路连接着10KV交流母线和储能电池，是储能系统能量传输和变换的执行机构，负责将10KV交流母线中的电能存储到储能电池中，或者将储能电池中的电能释放到10KV交流母线上。

本实施例的储能电池可以为锂离子电池组。因为相比于440V交流母线上潮流的变化，10KV交流母线上的潮流变化更不频繁，少数几台起重设备回馈的能量会被同一条母线上的其他设备消耗掉，只有当多台起重设备同时下放货物才会出现潮流的反向，由于10KV交流母线上每次潮流反向的时间很短但功率较大，因而选择放电倍率较大的锂离子电池可以满足需求。

图5为本申请实施例一提供的低压储能系统加装升压变压器的储能系统的机构示意图，如图5所示，在本实施例的储能系统为由低压储能系统加装升压变压器构成的高压储能系统时，所述高压储能系统包括顺次连接的储能器、直流预充电环节、直流稳压谐振电路、四象限运行交直流变换器、交流滤波器和升压变压器，所述储能系统通过升压变压器接入主交流母线。参考图5，升压变压器接入图2示出的10kV交流母线；其中，直流预充电环节用于限制充电电流，直流稳压谐振电路用于滤除直流电流中的二倍频纹波，四象限运行交直流变换器用于控制储能器吸收起重设备回馈到交流母线上的电能，或者控制储能器将电能释放到交流母线上供起重设备使用，交流滤波器用于过滤四象限运行交直流变换器输出的电压电流谐波，而升压变压器用于提升交流滤波器输出的电压等级。

实际应用中，参考图5，本实施例示例性示出锂离子电池储能器作为充放电的储能器，锂离子电池储能器的输出连接直流预充电环节，直流预充电环节另一端连接直流稳压谐振电路，直流稳压谐振电路连接四象限运行DC/AC变换器，四象限运行DC/AC变换器的输出连接交流滤波器，交流滤波器连接升压变压器，声压变压器与10kV交流母线相连。

实际应用中，在电路中其他滤波电容的电压较小时，在接入系统电路的时候可以利用直流预充电环节限制充电电流，防止出现过大的尖峰电流，以保护电容和其他电力电子器件。

利用直流稳压谐振电路滤除直流电流中的二倍频纹波，稳定直流电压，提高超级电容器或者长寿命锂离子电池的使用寿命。

利用四象限运行DC/AC变换器吸收起重设备回馈到10kV交流母线上的电能，或者将储能器中的电能传送到10kV交流母线上供电动机使用，本实施例的充放电控制充放电也在该四象限运行DC/AC变换器中实现。

本实施例中的交流滤波器可以是LC型滤波器或者LCL型滤波器，用于过滤掉四象限运行DC/AC变换器输出的电压电流谐波，使输出交流电压为平滑的正弦波，提高四象限运行DC/AC变换器输出的电能质量。

由于港口起重设备的运行特性，每次能量回馈的时间只持续十几秒，而且在10KV交流母线上出现潮流反向的间隔时间较长，因而在储能系统的充放电控制上采用类似脉冲式充电(一个潮流反向持续的时间认为是一个脉冲周期)，多次脉冲式充电后储能电池SOC处于充满状态后，再在潮流正向的时候一次性完成放电操作，这样实施的好处是可以大大降低储能电池的充放电循环次数，提高储能系统的使用寿命。

如此，本实施例的储能系统包括：采样单元、计算单元和控制单元；

采样单元用于周期性采样所述主交流母线负载一侧的电压电流，得到采样电压、采样电流；

计算单元用于根据所述采样电压、采样电流计算所述主交流母线负载一侧的潮流方向和潮流功率；

控制单元用于在潮流方向为正向时，若储能系统处于满电状态，控制储能系统启动放电模式，若储能系统处于非满电状态，控制储能系统进入待机模式；以及，在潮流方向为反向时，若储能系统处于非满电状态，将潮流功率作为充电功率的设定值，控制储能系统启动充电模式，若储能系统处于满电状态，控制储能系统进入待机模式。

在一个实现方案中，控制单元具体用于在潮流方向为正向时，若储能系统的荷电状态值不大于放电容量阈值，将满电标志位置0，并控制储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值大于放电容量阈值，且满电标志位置为1，控制所述储能系统启动放电模式，若储能系统的荷电状态值大于放电容量阈值，且满电标志位置为0，控制所述储能系统进入待机模式；以及，在所述潮流方向为反向时，若储能系统的荷电状态值不小于充电容量阈值，将满电标志位置1，并控制所述储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值小于充电容量阈值，且所述满电标志位为0，将所述潮流功率作为充电功率的设定值，控制所述储能系统启动充电模式，若储能系统的荷电状态值小于充电容量阈值，且所述满电标志位为1，控制所述储能系统进入待机模式。

图6为本申请实施例一提供的储能系统充放电控制流程示意图，如图6所示，储能系统的充放电控制流程如下：

S601，采样主交流母线负载一侧的电压电流。

结合图2所示，采样10KV交流母线负载一侧的电压电流，得到采样电压和采样电流。本实施例不限定采样周期或采样频率，可以根据工程需要设定。

S602，计算主交流母线上负载一侧的潮流方向和潮流功率。

S603，判断主交流母线上的潮流方向，若潮流方向为正向，执行S604，若潮流方向为反向，执行S609。

若潮流方向为正向，起重设备处于用电状态；若潮流方向为反向，起重设备处于发电状态。

S604，判断储能系统的SOC是否小于或等于放电容量阈值SOClow，若SOC>SOClow，执行S605，若SOC≤SOClow，执行S607。

当SOC≤SOClow时，表明储能系统无电可放，将电池充满标志位置0，进入待机状态。

S605，判断满电标志位是否为1，若满电标志位为1，执行S606，若满电标志位为0，进入待机模式，并返回步骤S601，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

S606，启动放电模式，从储能器中释放电能到10kV交流母线中供起重设备使用，并返回步骤S1201，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

S607，将满电标志位置0，并执行S608。

S608，进入待机模式，并返回步骤S601，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

S609，判断储能系统的SOC是否大于或等于充电容量阈值SOCup，若SOC≥SOCup，执行S610，若SOC<SOCup，执行S612。

当SOC≥SOCup时，表明储能系统处于满电状态，此时将满电标志位置1，再进入待机模式。

S610，将满电标志位置1，并执行S611。

S611，进入待机模式，并返回步骤S601，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

S612，判断满电标志位是否为0，若满电标志位为0，执行S613，若满电标志位为1，进入待机模式，并返回步骤S601，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

S613，将计算得到的潮流功率作为充电功率的设定值，并执行S614。

S614，启动充电模式，从10kV交流母线吸收电能，存储到储能器中，并返回步骤S601，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

通过上述图6所示的充放电控制流程，可以使得在储能系统充满电后再一次性完成放电操作，降低储能电池的充放电循环次数，提高储能电池的使用寿命。

实施例二

本实施例在交流母线上接入储能系统，即在图1所示的起重设备的440V交流母线上接入储能系统，本实施例的储能系统为低压储能系统。当出现能量回馈时，交流母线上的潮流会反向，由此来判断是否给储能系统充电，当交流母线上的潮流正向时则放电，提供给电动机供电。

需要说明的是，本实施例为便于描述，定义从电网到负荷的潮流方向为正向，反之为反向。

图7为本申请实施例二提供的接入储能系统的港口区域电网电气示意图，如图7所示，本实施例的储能系统应用于起重设备，起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，动力变压器通过交流母线将输出的电能传输给所述四象限运行整流器；本实施例的储能系统接入在交流母线上。

本实施例的储能系统用于根据交流母线上的潮流方向确定起重设备的工作状态，根据工作状态进行充放电控制。如当交流母线上的潮流方向为正向时，所述起重设备处于耗能状态，此时储能系统将储能器中的电能传送到交流母线上供起重设备的电动机使用；当交流母线上的潮流方向为反向时，所述起重设备处于能量回馈状态，此时储能系统控制储能器吸收起重设备回馈到交流母线上的电能。

图8为本申请实施例二提供的储能系统的机构示意图，如图8所示，本实施例的储能系统还包括：顺次连接在储能器和交流母线之间的直流预充电环节、直流稳压谐振电路、四象限运行交直流变换器和交流滤波器，低压储能系统通过交流滤波器接入所述交流母线；其中，直流预充电环节用于限制充电电流，直流稳压谐振电路用于滤除直流电流中的二倍频纹波，四象限运行交直流变换器用于控制储能器吸收起重设备回馈到交流母线上的电能，或者控制储能器将电能释放到交流母线上供起重设备使用，交流滤波器用于过滤四象限运行交直流变换器输出的电压电流谐波。

需要说明的是，本实施例储能系统的储能介质可以选取超级电容或者循环寿命较长的锂离子电池，因为相比于直流母线上电压的变化，交流母线上的潮流变化没有那么频繁，选择循环寿命较长的锂离子电池也可以满足应用需求。

实际应用中，参考图8，本实施例示例性示出选择超级电容或者长寿命锂离子电池储能器作为充放电的储能器，超级电容或者长寿命锂离子电池储能器的输出连接直流预充电环节，直流预充电环节另一端连接直流稳压谐振电路，直流稳压谐振电路连接四象限运行DC/AC变换器，四象限运行DC/AC变换器的输出连接交流滤波器，交流滤波器与440V交流母线相连。

需要指出的是，为提高安全性考虑，可以在交流滤波器与440V交流母线之间加装隔离变压器。

实际应用中，在超级电容和/或者电路中其他滤波电容的电压较小时，在接入系统电路的时候可以利用直流预充电环节限制充电电流，防止出现过大的尖峰电流，以保护电容和其他电力电子器件。

利用直流稳压谐振电路滤除直流电流中的二倍频纹波，稳定直流电压，提高超级电容器或者长寿命锂离子电池的使用寿命。

利用四象限运行DC/AC变换器吸收起重设备回馈到440V交流母线上的电能，或者将储能器中的电能传送到440V交流母线上供电动机使用，本实施例的充放电控制充放电也在该四象限运行DC/AC变换器中实现。

本实施例中的交流滤波器可以是LC型滤波器或者LCL型滤波器，用于过滤掉四象限运行DC/AC变换器输出的电压电流谐波，使输出交流电压为平滑的正弦波，提高四象限运行DC/AC变换器输出的电能质量。

在本实施例的一个实现方案中，四象限运行DC/AC变换器包括：

采样单元用于周期性采样交流母线负载一侧的电压电流，得到采样电压、采样电流；

计算单元用于根据采样电压、采样电流计算交流母线负载一侧的潮流方向和潮流功率；

控制单元用于在潮流方向为正向时，若储能系统的荷电状态值不大于放电容量阈值，控制储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值大于放电容量阈值，控制储能系统启动放电模式；以及，在潮流方向为反向时，若储能系统的荷电状态值不小于充电容量阈值，控制储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值小于充电容量阈值，将潮流功率作为充电功率的设定值，控制储能系统启动充电模式。

图9为本申请实施例二提供的储能系统充放电控制流程示意图，如图9所示，储能系统的充放电控制流程如下：

S901，采样交流母线负载一侧的电压电流。

结合图7所示，采样440V交流母线负载一侧的电压电流，得到采样电压和采样电流。本实施例不限定采样周期或采样频率，可以根据工程需要设定。

S902，计算交流母线上负载一侧的潮流方向和潮流功率。

S903，判断交流母线上的潮流方向，若潮流方向为正向，执行S904，若潮流方向为反向，执行S905。

S904，判断储能系统的SOC(State of Charge，荷电状态值)是否小于放电容量阈值SOClow，若SOC<SOClow，执行S7041，若SOC>SOClow,执行S9402。

S79041，进入待机模式，并返回步骤S901，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

当SOC<SOClow时，表明储能系统无电可放，进入待机状态。

S9402，启动放电模式，从储能器中释放电能到440V交流母线中供起重设备使用，并返回步骤S901，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

S905，判断储能系统的SOC是否大于放电容量阈值SOCup，若SOC>SOCup，执行S9051，若SOC<SOCup，执行S9052。

S9051，进入待机模式，并返回步骤S901，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

当SOC>SOCup时，表明储能系统处于满电状态，进入待机模式。

S9052，将计算得到的潮流功率作为充电功率的设定值。

S9053，启动充电模式，从440V交流母线吸收电能，存储到储能器中，并返回步骤S901，按照设定的采样周期或采样频率采样交流母线上的电压电流。

实施例三

本实施例在直流母线上接入储能系统，即在图1所示的起重设备的600V直流母线上接入储能系统，当出现能量回馈时，直流母线上的电压会升高，由此判断是否给储能系统充电，当母线电压回落时则放电，提供给电动机供电。

图10为本申请实施例三提供的接入储能系统的港口区域电网电气示意图，如图10所示，本实施例的储能系统应用于起重设备，起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，四象限运行整流器通过直流母线将输出的电能传输给能量回馈型变频器，本实施例在直流母线上接入储能系统。

图11为本申请实施例三提供的储能系统的机构示意图，如图11所示，本实施例的储能系统包括：顺次连接的储能器、直流预充电环节、第一直流稳压滤波电路、双向直流变换器和第二直流稳压滤波电路，储能系统通过直流稳压滤波电路接入直流母线；其中，直流预充电环节用于限制开关合上时电容的充电电流，保护储能系统的电力电子器件，第一直流稳压滤波电路用于滤除储能器直流侧电压电流中的高频谐波，双向直流变换器用于根据直流母线上的电压变化情况，吸收起重设备回馈到直流母线上的电能，或者将储能器中的电能传送到直流母线上供起重设备的电动机使用，第二直流稳压滤波电路用于滤除双向直流变换器输出电压电流中的高次谐波。

需要说明的是，本实施例储能系统的储能介质选取为超级电容，因为直流母线上的电压变化频繁，每次起重货物的起放过程都会直接反映到直流母线的电压变化中，如果一天出现200次左右的充放电，每次充放电的持续时间与起吊或者下放货物的时间一样，只有十几秒钟，在直流母线位置接入的储能系统充放电会比较频繁，每次充放电的电量又不多，所以本实施例选择超级电容这种充放电循环寿命很长的功率型储能介质作为储能器。

实际应用中，参考图11，本实施例示例性示出选择超级电容储能器作为充放电的储能器，超级电容储能器的输出连接直流预充电环节，直流预充电环节另一端连接第一直流稳压滤波电路，第一直流稳压滤波电路连接到双向DC/DC直流变换器，双向DC/DC直流变换器的输出连接第二直流稳压滤波电路，第二直流稳压滤波电路与图10中的600V直流母线相连。

实际应用中，在超级电容和/或者电路中其他滤波电容的电压较小时，在合上接入开关时，可以利用直流预充电环节限制充电电流的，防止出现过大的尖峰电流，保护电容和其他电力电子器件。

利用第一直流稳压滤波电路滤除电压电流中的高频谐波，稳定超级电容储能器直流侧电压，提高超级电容器的使用寿命，防止被电压尖峰击穿。

利用双向DC/DC直流变换器吸收起重设备回馈到直流母线上的电能，或者将超级电容中的电能传送到直流母线上供电动机使用，本实施例的充放电控制也在该双向DC/DC直流变换器中实现。

双向DC/DC直流变换器与600V直流母线之间的第二直流稳压滤波电路用于稳定双向DC/DC直流变换器输出的电压，滤除双向DC/DC变换器输出电压电流中的高次谐波，防止污染600V直流母线中的电能质量。

在本实施例的一个实现方案中，双向DC/DC直流变换器包括采样单元和控制单元；

采样单元用于周期性采样直流母线上的电压，得到采样电压；

控制单元用于在采样电压大于充电阈值电压时，控制储能系统启动充电模式，从直流母线上吸收电能并存储到储能器中；在采样电压小于放电阈值电压时，控制储能系统启动放电模式，从储能器中释放电能到直流母线上供起重设备使用；在采样电压小于充电阈值电压，大于放电阈值电压时，控制储能系统进入待机模式；其中，充电阈值电压大于所述放电阈值电压。

图12为本申请实施例三提供的储能系统充放电控制流程示意图，如图12所示，储能系统的充放电控制流程如下：

S1201，采样直流母线上的电压。

结合图10所示，采样600直流母线上的电压，得到采样电压UDC；本实施例不限定采样周期或采样频率，可以根据工程需要设定。

S1202，判断采样电压UDC是否大于设定的充电阈值电压Uup，若采样电压UDC大于充电阈值电压Uup，则执行S403，若采样电压UDC不大于充电阈值电压Uup，则执行S404。

S1203，启动充电模式，从600V直流母线吸收电能，存储到储能器中，并返回步骤S1201，按照设定的采样周期或采样频率采样直流母线上的电压。

S1204继续判断采样电压UDC是否小于放电阈值电压Ulow，若采样电压UDC小于放电阈值电压Ulow，则执行S1205，若采样电压UDC既不大于充电阈值电压Uup，也不小于放电阈值电压Ulow，则执行S1206。

S1205，启动放电模式，从储能器中释放电能到直流母线中供起重设备使用，并返回步骤S1201，按照设定的采样周期或采样频率采样直流母线上的电压。

S1206，进入待机模式，并返回步骤S1201，按照设定的采样周期或采样频率采样直流母线上的电压。

在采样电压UDC既不大于充电阈值电压Uup，也不小于放电阈值电压Ulow时，判断当前不是用电/发电的高峰，储能系统则进入待机模式。

本申请实施例提供的应用于港口区域电网不同节点处的储能系统，至少具有以下优点：

1、本申请通过三种不同的技术方案，在港口起重设备中和主变压器副边侧接入储能系统，合理地选择储能介质，设计相应的充放电控制策略，能够很好地解决港口起重设备能量回馈带来的诸多问题。

2、本申请可以根据实际需要选择不同的储能系统接入位置，均能够很好地起到节能降耗的作用，还能够避免电能回馈大电网，实实在在的节约电费。

3、本申请可以有效抑制能量回馈带来的直流母线电压波动，以及抑制港口区域电网潮流紊乱带来的区域电网不稳定。

为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种储能系统，其特征在于，应用于港口区域电网，所述港口区域电网包括港口主变压器和起重设备，所述港口主变压器通过主交流母线将输出的电能传输给所述起重设备；所述储能系统接入在所述主交流母线上；

所述储能系统，用于根据所述主交流母线上的潮流方向进行充放电控制。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统为级联式储能系统，所述级联式储能系统包括并网电抗器、功率变换链路和储能电池，所述功率变换链路连接在所述储能电池和所述主交流母线之间；

所述并网电抗器包括三条支路，所述功率变换链路包括三条支路,每条并网电抗器支路连接一条功率变换链路支路，用于限流和滤波；

每条功率变换链路支路包括多个功率变换单元，功率变换单元的交流输出侧串联，直流侧分别连接储能电池。

3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括顺次连接的储能器、直流预充电环节、直流稳压谐振电路、四象限运行交直流变换器、交流滤波器和升压变压器，所述储能系统通过升压变压器接入所述主交流母线；

所述直流预充电环节，用于限制充电电流；

所述直流稳压谐振电路，用于滤除直流电流中的二倍频纹波；

所述四象限运行交直流变换器，用于控制储能器吸收起重设备回馈到交流母线上的电能，或者控制储能器将电能释放到交流母线上供起重设备使用；

所述交流滤波器，用于过滤四象限运行交直流变换器输出的电压电流谐波；

所述升压变压器，用于提升交流滤波器输出的电压等级。

4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括：

采样单元，用于周期性采样所述主交流母线负载一侧的电压电流，得到采样电压、采样电流；

计算单元，用于根据所述采样电压、采样电流计算所述主交流母线负载一侧的潮流方向和潮流功率；

控制单元，用于在所述潮流方向为正向时，若所述储能系统处于满电状态，控制所述储能系统启动放电模式，若所述储能系统处于非满电状态，控制所述储能系统进入待机模式；以及，在所述潮流方向为反向时，若储能系统处于非满电状态，将所述潮流功率作为充电功率的设定值，控制所述储能系统启动充电模式，若储能系统处于满电状态，控制所述储能系统进入待机模式。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，

所述控制单元，具体用于在所述潮流方向为正向时，若储能系统的荷电状态值不大于放电容量阈值，将满电标志位置0，并控制所述储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值大于放电容量阈值，且满电标志位置为1，控制所述储能系统启动放电模式，若储能系统的荷电状态值大于放电容量阈值，且满电标志位置为0，控制所述储能系统进入待机模式；以及，在所述潮流方向为反向时，若储能系统的荷电状态值不小于充电容量阈值，将满电标志位置1，并控制所述储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值小于充电容量阈值，且所述满电标志位为0，将所述潮流功率作为充电功率的设定值，控制所述储能系统启动充电模式，若储能系统的荷电状态值小于充电容量阈值，且所述满电标志位为1，控制所述储能系统进入待机模式。

6.一种储能系统，其特征在于，应用于起重设备，所述起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，所述动力变压器通过交流母线将输出的电能传输给所述四象限运行整流器；所述储能系统接入在所述交流母线上；

所述储能系统，用于根据所述交流母线上的潮流方向确定所述起重设备的工作状态，根据所述工作状态进行充放电控制。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括：顺次连接在储能器和交流母线之间的直流预充电环节、直流稳压谐振电路、四象限运行交直流变换器和交流滤波器，所述低压储能系统通过交流滤波器接入所述交流母线；

所述直流预充电环节，用于限制充电电流；

所述直流稳压谐振电路，用于滤除直流电流中的二倍频纹波；

所述四象限运行交直流变换器，用于控制储能器吸收起重设备回馈到交流母线上的电能，或者控制储能器将电能释放到交流母线上供起重设备使用；

所述交流滤波器，用于过滤四象限运行交直流变换器输出的电压电流谐波。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述四象限运行交直流变换器包括：

采样单元，用于周期性采样所述交流母线负载一侧的电压电流，得到采样电压、采样电流；

计算单元，用于根据所述采样电压、采样电流计算所述交流母线负载一侧的潮流方向和潮流功率；

控制单元，用于在所述潮流方向为正向时，若储能系统的荷电状态值不大于放电容量阈值，控制所述储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值大于放电容量阈值，控制所述储能系统启动放电模式；以及，在所述潮流方向为反向时，若储能系统的荷电状态值不小于充电容量阈值，控制所述储能系统进入待机模式，若储能系统的荷电状态值小于充电容量阈值，将所述潮流功率作为充电功率的设定值，控制所述储能系统启动充电模式。

9.一种储能系统，其特征在于，应用于起重设备，所述起重设备包括动力变压器、四象限运行整流器和能量回馈型变频器，所述四象限运行整流器通过直流母线将输出的电能传输给所述能量回馈型变频器；所述储能系统包括：顺次连接的储能器、直流预充电环节、第一直流稳压滤波电路、双向直流变换器和第二直流稳压滤波电路，所述储能系统通过直流稳压滤波电路接入所述直流母线；

所述直流预充电环节，用于限制充电电流；

所述第一直流稳压滤波电路，用于滤除储能器直流侧电压电流中的高频谐波；

所述双向直流变换器，用于根据所述直流母线上的电压变化情况，吸收起重设备回馈到直流母线上的电能，或者将储能器中的电能传送到直流母线上供起重设备的电动机使用；

所述第二直流稳压滤波电路，用于滤除双向直流变换器输出电压电流中的高次谐波。

10.根据权利要求9所述的储能系统，其特征在于，所述双向直流变换器包括采样单元和控制单元；

所述采样单元，用于周期性采样所述直流母线上的电压，得到采样电压；

所述控制单元，用于在所述采样电压大于充电阈值电压时，控制所述储能系统启动充电模式，从所述直流母线上吸收电能并存储到所述储能器中；在所述采样电压小于放电阈值电压时，控制所述储能系统启动放电模式，从所述储能器中释放电能到所述直流母线上供起重设备使用；在所述采样电压小于充电阈值电压，大于放电阈值电压时，控制所述储能系统进入待机模式；其中，所述充电阈值电压大于所述放电阈值电压。