CN108767882A - 一种分布式储能系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式储能系统，所述分布式储能系统包含一条储能母线和N个分布式变流器，N≥2；所述分布式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，可以通过第一开关组将储能单元与电力电子变换单元分离，可以通过第二开关组将分布式变流器与储能母线分离。本发明还提供一种控制方法，可通过控制开关组，使各个分布式变流器可以共享储能单元，故障时可以将故障单元隔离，大大提升了设备的利用率和可靠性，节约成本。

Description

一种分布式储能系统及控制方法

技术领域

本发明属于电力电子变流器领域，特别涉及一种分布式储能系统。

背景技术

近年来分布式发电技术的不断进步以及电力电子技术的日益成熟，分布式发电在电网中的应用范围越来越广泛，且逐渐成为大电网的有效补充，由于大量的分布式电源并入电网运行，分布式电源本身的出力波动性较大，因此需要大容量的储能单元平抑潮流的波动，达到供需的平衡。集中式储能通过大容量变流器并网，储能单元内部或者变流器发生故障后，整套系统都无法正常运行，可靠性和灵活性较差；传统的分布式储能方式中，各个储能单元独立运行，无法实现储能单元的共享，系统整体利用率低。储能系统本身的成本很高和占地面积大，急需一种经济、灵活、可靠性高的储能系统。

发明内容

本发明旨在解决上述方案的不足，提供一种分布式储能系统，该系统兼具集中式储能和分布式储能的优势，实现储能单元的共享，使储能单元经济、可靠的接入电网。

为了达到上述目的，本发明提供一种分布式储能系统，具体如下：

所述分布式储能系统包含一条储能母线和N个分布式变流器(N≥2)；

所述分布式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离；所述第二开关组串联在储能单元与储能母线之间，可通过分开第二开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与储能母线分离；

其中，所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与分离式储能单元连接，另一端作为直流输出端。

其中，所述电力电子变换单元为直-交变换器，所述直-交变换器的直流端与分离式储能单连接，另一端作为交流输出端。

其中，所述变流器还包含直流开关与限流电阻的并联连接，所述并联连接串联在第二开关组与储能母线之间。

其中，所述分布式储能系统还包含N个分布式控制器(N≥2)，所述分布式控制器一对一控制分布式变流器。

其中，所述分布式储能系统还包含1个主控制器，所述主控制器与N个分布式控制器通讯。

其中，所述直流开关由两个带反并联二极管的功率半导体开关器件反向串联连接构成。

本发明还包括了分布式储能系统控制方法：

(1)当分布式变流器独立运行时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分开所有分布式变流器中的第二开关组；

步骤2：分开所有分布式变流器中的直流开关；

步骤3：闭合所有分布式变流器中的第一开关组；

步骤4：启动分布式变流器中的电力电子变换单元。

(2)当分布式变流器共享储能单元时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：闭合所有分布式变流器中的第一开关组；

步骤2：分开所有分布式变流器中的直流开关；

步骤3：闭合所有分布式变流器中的第二开关组；

步骤4：等待各个分布式变流器的直流电压均衡后，闭合所有分布式变流器中的直流开关。

步骤5：启动分布式变流器中的电力电子变换单元。

(3)当分布式变流器共享储能单元时，其中一个分布式变流器的电力电子单元发生故障时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分布式变流器检测电流超过限流动作门槛后，分开直流开关；

步骤2：判断出发生故障的分布式变流器；

步骤3：分开故障变流器的第二开关组以及第一开关组；

步骤4：等待其他分布式变流器的直流电压均衡后，闭合其他分布式变流器中的直流开关。

步骤5：闭合故障变流器的第二开关组。

步骤6：等待故障变流器的直流电容电压正常后，分开直流开关。

本发明的有益效果是：

(1)通过构建储能母线以及储能单元的可分离设计，实现了各个分布式变流器中储能单元的共享，当单个储能单元容量不足时，可以控制储能容量过剩的储能单元对其进行支援，极大的提高了系统储能容量的利用率。

(2)限流电阻与旁路开关并联构成限流单元，可以有效的限制分布式储能单元之间相互支援过程中的充放电电流，并在系统内部发生短路故障时，限制短路电流，提高系统可靠性。

(3)通过协调控制，使系统既可运行于集中共享储能模式，也可以运行于独立储能模式，灵活性好，性价比高。

附图说明

图1是本发明分布式储能系统拓扑示意图；

图2是本发明分布式变流器拓扑示意图；

图3是本发明直-直变换器一种实施示意图；

图4是本发明直-交变换器一种实施示意图；

图5是本发明直流开关的一种实施示意图；

图6是本发明分布式变流器运行于独立模式系统拓扑示意图的一种实施例；

图7是本发明分布式变流器储能单元共享时系统拓扑示意图一种实施例；

图8是本发明分布式变流器1中的电力电子变换单元发生故障后的一种实施例；

图中标号名称：1、主控制器；2、储能母线；3、电力电子变换单元；4、分布式控制器1；5、分布式控制器2；6、分布式控制器3；7、分布式控制器N；8、分布式变流器1；9、分布式变流器2；10、分布式变流器3；11、分布式变流器N；12、开关组1；13、开关组2；14、储能单元；15、限流电阻；16、直流开关；

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，所述分布式储能系统包含一条储能母线和N个分布式变流器(N≥2)；

所述分布式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离；所述第二开关组串联在储能单元与储能母线之间，可通过分开第二开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与储能母线分离；如图2所示。

其中，所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与分离式储能单元连接，另一端作为直流输出端，如图3所示。

其中，所述电力电子变换单元为直-交变换器，所述直-交变换器的直流端与分离式储能单连接，另一端作为交流输出端，如图4所示。

其中，所述变流器还包含直流开关与限流电阻的并联连接，所述并联连接串联在第二开关组与储能母线之间。

其中，所述分布式储能系统还包含N个分布式控制器(N≥2)，所述分布式控制器一对一控制分布式变流器。

其中，所述分布式储能系统还包含1个主控制器，所述主控制器与N个分布式控制器通讯。

其中，所述直流开关由两个带反并联二极管的功率半导体开关器件反向串联连接构成，如图5所示。

本实施例还提供分布式储能系统控制方法：

(1)当分布式变流器独立运行时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分开所有分布式变流器中的第二开关组；

步骤2：分开所有分布式变流器中的直流开关；

步骤3：闭合所有分布式变流器中的第一开关组；

步骤4：启动分布式变流器中的电力电子变换单元。

最终状态如图6所示。

(2)当分布式变流器共享储能单元时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：闭合所有分布式变流器中的第一开关组；

步骤2：分开所有分布式变流器中的直流开关；

步骤3：闭合所有分布式变流器中的第二开关组；

步骤4：等待各个分布式变流器的直流电压均衡后，闭合所有分布式变流器中的直流开关。

步骤5：启动分布式变流器中的电力电子变换单元。

最终状态如图7所示。

(3)当分布式变流器共享储能单元时，其中一个分布式变流器的电力电子单元发生故障时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分布式变流器检测电流超过限流动作门槛后，分开直流开关；

步骤2：判断出发生故障的分布式变流器；

步骤3：分开故障变流器的第二开关组以及第一开关组；

步骤4：等待其他分布式变流器的直流电压均衡后，闭合其他分布式变流器中的直流开关。

步骤5：闭合故障变流器的第二开关组。

步骤6：等待故障变流器的直流电容电压正常后，分开直流开关。

最终状态如图8所示。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式储能系统，其特征在于，所述分布式储能系统包含一条储能母线和N个分布式变流器，N≥2；

所述分布式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离；所述第二开关组串联在储能单元与储能母线之间，通过分开第二开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与储能母线分离。

2.如权利要求1所述的分布式储能系统，其特征在于，所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与分离式储能单元连接，另一端作为直流输出端。

3.如权利要求1所述的分布式储能系统，其特征在于，所述电力电子变换单元为直-交变换器，所述直-交变换器的直流端与分离式储能单连接，另一端作为交流输出端。

4.如权利要求1所述的分布式储能系统，其特征在于，所述变流器还包含直流开关与限流电阻的并联连接，所述并联连接串联在第二开关组与储能母线之间。

5.如权利要求1所述的分布式储能系统，其特征在于，所述分布式储能系统还包含N个分布式控制器，N≥2，所述分布式控制器一对一控制分布式变流器。

6.如权利要求5所述的分布式储能系统，其特征在于，所述分布式储能系统还包含1个主控制器，所述主控制器与N个分布式控制器通讯。

7.如权利要求1所述的分布式储能系统，其特征在于，所述直流开关由两个带反并联二极管的功率半导体开关器件反向串联连接构成。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的一种分布式储能系统控制方法，其特征在于，当分布式变流器独立运行时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分开所有分布式变流器中的第二开关组；

步骤2：分开所有分布式变流器中的直流开关；

步骤3：闭合所有分布式变流器中的第一开关组；

步骤4：启动分布式变流器中的电力电子变换单元。

9.如权利要求1至7中任意一项所述的一种分布式储能系统控制方法，其特征在于，当分布式变流器共享储能单元时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：闭合所有分布式变流器中的第一开关组；

步骤2：分开所有分布式变流器中的直流开关；

步骤3：闭合所有分布式变流器中的第二开关组；

步骤4：等待各个分布式变流器的直流电压均衡后，闭合所有分布式变流器中的直流开关。

步骤5：启动分布式变流器中的电力电子变换单元。

10.如权利要求1至7中任意一项所述的一种分布式储能系统控制方法，其特征在于，当分布式变流器共享储能单元时，其中一个分布式变流器的电力电子单元发生故障时，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：分布式变流器检测电流超过限流动作门槛后，分开直流开关；

步骤2：判断出发生故障的分布式变流器；

步骤3：分开故障变流器的第二开关组以及第一开关组；

步骤4：等待其他分布式变流器的直流电压均衡后，闭合其他分布式变流器中的直流开关。

步骤5：闭合故障变流器的第二开关组。

步骤6：等待故障变流器的直流电容电压正常后，分开直流开关。