CN110034611A - 一种错峰用电混合储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种错峰用电混合储能系统，涉及储能技术领域。混合储能系统的储能单元由大容量锂电池组和超级电容组构成，将锂电池的能量密度大和超级电容器的功率密度大相结合，发挥不同储能技术的优势。根据峰谷用电时间，利用监控系统对锂电池组和超级电容组进行充放电过程合理科学的自动控制管理，在电网用电峰值时段，将储能单元储存的电能主动释放以满足用户用电需求，不足部分由电网补充，在用电平值时段，由电网为用户负载供电，储能系统停止工作，在谷值时段，由电网向用户负载供电，且为处于馈电状态的储能系统进行充电。混合储能系统可以在不影响用户正常用电的情况下实现电网的错峰用电，减少电网的峰谷负荷差，降低用电成本。

Description

一种错峰用电混合储能系统

技术领域

本发明涉及储能系统技术领域，特别是涉及一种错峰用电混合储能系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展、产业结构的升级调整、人民生活水平的不断提高，社会各方面对电力的需求急剧增大，而电力的供应跟不上建设发展的需要，导致电力供需矛盾的不断加剧。

为了缓解电力紧张的压力，各地纷纷出台政策，在用电高峰出了保证一些如职能部门、医院、学校等正常用电，对企业和区域用户限电，并实行“错峰”优惠电价，通过经济杠杆鼓励企业“错峰用电”。然而，错峰用电需要变更企业生产作息时间，对企业正常生产经营造成很大影响。

因此，帮助用户在不改变用电习惯的情况下进行错峰用电，不仅可以避免对正常生活和生产经营活动的影响，还能够降低用电成本。对于电网而言，也会显著提高电网的利用率，降低系统损耗。有效的储能技术则可以很好的实现这一目标。

锂电池是一种通过可逆的电化学反应实现能量储存和转化的储能器，以磷酸铁锂为活性物质的锂离子电池具有较高的能量密度、较低的制造成本以及使用寿命长等特点，但由于其功率密度低，不宜进行大功率放电。

超级电容器是近年来出现的一种新型储能器件，它具有很好的功率特性，可以大电流、高效率、快速的充放电，循环使用寿命长等诸多优点，正日益发展成为一种高效、实用的能量储存器件。但其缺点也较明显，其能量密度和锂电池相比较低，储存能量少，维持其功率特性的时间短。

因此，单独一种储能技术都很难完全兼顾安全可靠、高功率/能量密度、高效率、长寿命、低成本等多个方面。而采用混合储能形式，将不同性能的储能系统进行组合，可充分发挥不同储能技术的优势，以满足功率和能量等多方面的需求，这将是分布式储能技术的发展和应用趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够满足错峰用电要求的混合储能系统装置，通过在电价低时充电，电价高时放电，帮助用户在不改变用电习惯的情况下进行错峰用电，降低用电成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明是一种错峰用电混合储能系统，包括储能单元、双向能量转换系统、监控系统组成。其中，锂电池组、超级电容组和管理系统构成储能单元，混合储能系统根据电网峰谷时段调整储能单元的运行控制方式以满足企业正常用电需求。

为满足用户大容量用电需求，锂电池组储能模块由单体锂电池串/并联组合而成；

为满足用户大功率用电要求，超级电容组储能模块由超级电容器单体串/并联组合而成；

储能单元管理系统由锂电池管理系统BMS和超级电容管理系统CMS组成，通过监测锂电池组和超级电容器组的各种状态，包括电压、电流、温度、荷电状态，健康状态等，对储能单元充电和放电过程进行安全管理，防止过充、过放，对可能出现的故障进行报警和应急保护处理，保证储能系统安全、可靠、稳定的运行，以及对锂电池模块和超级电容模块的运行进行控制优化，减小锂电池模块充放电循环次数，延长使用寿命。

双向能量转换系统即双向DC/AC逆变系统，双向DC/AC逆变系统既可以把外部电网的高压交流电转换成低压直流电储存到储能单元，又可以把储能单元的低压直流电转换成高压交流电供负载使用。

监控系统由数据采集卡、数据运算处理器、IO模块和通讯模块组成。主要用于监测、管理与控制混合储能系统各部件，并提供控制策略，发出控制指令。如通过控制策略实现对储能单元充放电过程的有序控制；通过控制策略实现对储能单元电压和荷电状态的均衡管理等；通过控制策略为系统提供双向可控的有功、无功功率，实现系统有功、无功功率平衡。

监控系统在满足以下任意条件时，均会通过双向能量转换系统结束储能单元放电过程：峰值时段放电过程结束时间到；储能单元放电容量达到预设最低值；储能单元管理系统监测到电池参数的异常情况，包括电压异常、温度异常或容量异常。

监控系统在满足以下任意条件时，均会通过双向能量转换系统结束储能系统充电过程：谷值时段充电过程结束时间到；储能单元充电容量达到预设最大值；储能单元管理系统监测到电池参数的异常情况，包括电压异常、温度异常或容量异常。

本发明根据电网负荷特性，利用监控系统对储能单元的充放电过程进行有序控制，即在用电峰时时段，将储能单元储存的电能主动释放以满足用户用电需求，不足部分由电网补充；在用电平值时段，由电网为用户负载供电，储能系统停止工作；在谷值时段，由电网向用户负载供电，且为处于馈电状态的储能系统进行充电。以此实现电网错峰用电，减小电网的峰谷负荷差，降低用户用电成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的错峰用电混合储能系统工作原理图。

图2是大容量锂电池组组成方式示意图。

图3是超级电容组组成方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施案例

电网在一天中不同时段的用电负荷是不同的，用电负荷比较高的时段通常称为峰值时段，用电负荷比较低的时段称为谷值时段。我国很多地区根据用地负荷情况制定了相对应的峰谷电价，即在峰值时段采用高电价，在谷值时段采用低电价，在峰谷时段之间为平电价。在确定出电网的峰值时段和谷值时段后，采用储能系统在峰值时段放电、谷值时段充电进行有序控制，即可实现对电网的错峰用电。

如图1所示为本发明错峰用电混合储能系统工作原理图。错峰用电混合储能系统包括：超级电容储能模块、锂电池储能模块、储能单元管理系统、双向能量转换系统和监控系统。

因受电池单体端电压低、比能量及比功率有限、充放电倍率不高等因素的制约，大容量电池系统（LCBS）一般由众多电池单体经串并联后而组成。由电池单体经串/并联成LCBS 的方式较多，本发明锂电池组的成组方式为：先由多个电池单体经串/并联后形成电池模块（Battery Module，BM），再将多个电池模块串联成电池串，最后由多个电池串经并联而成 LCBS。如图 2所示为LCBS 成组方式示意图，电池系统由m个电池串并联而成，每个电池串由 n 个电池单体或模块串联而成。

同样的，超级电容储能模块中也通过采用多个超级电容单体串并联以达到所需的电压与功率等级。以改进串联RC模型为例，本发明采用的超级电容组的成组结构如图3所示。假设各超级电容单体均无差别，超级电容组中单体的串并联数分别为n、m。等效电路中，Rs表征了超级电容内部的发热损耗，以及在充放电过程中引起的压降。并联等效电阻Rp称为漏电电阻，表征超级电容的漏电流效应，是影响超级电容长期储能的参数。

根据电网负荷特性，在用电峰值时段，将储能单元储存的电能主动释放以满足用户用电需求，不足部分由电网补充；在用电平值时段，由电网为用户负载供电，储能系统停止工作；在谷值时段，由电网向用户负载供电，且为处于馈电状态的储能系统进行充电。

监控系统在满足以下任意条件时结束储能单元放电过程：峰值时段放电过程结束时间到；储能单元放电容量达到预设最低值；储能单元管理系统监测到电池参数的异常情况，包括电压异常、温度异常或容量异常。

监控系统在满足以下任意条件时结束储能系统充电过程：谷值时段充电过程结束时间到；储能单元充电容量达到预设最大值；储能单元管理系统监测到电池参数的异常情况，包括电压异常、温度异常或容量异常。

Claims (6)

1.一种错峰用电混合储能系统，包括：储能单元、双向能量转换系统和监控系统。

2.储能单元包括锂电池组、超级电容组和管理系统；控系统通过管理系统收集储能单元以及负载信息，按照预设的峰谷时段对储能单元发出充放电指令，并通过双向能量转换系统实现由电网到储能单元，以及由储能单元到负载的双向逆变，满足用户的错峰用电需求。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于由单体电池串/并联组成大容量锂电池组。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于由超级电容单体串/并联组成超级电容组。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在满足以下任意条件时，监控系统通过双向能量转换系统结束储能单元放电过程：1）峰值时段放电过程结束时间到；2）储能单元放电容量达到预设最低值；3）储能单元管理系统监测到电池参数的异常情况，包括电压异常、温度异常或容量异常。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在满足以下任意条件时，监控系统通过双向能量转换系统结束储能单元充电过程：1）谷值时段充电过程结束时间到；2）储能单元充电容量达到预设最高值；3）储能单元管理系统监测到电池参数的异常情况，包括电压异常、温度异常或容量异常。