CN112671020A - 一种岸电储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岸电储能系统，包括锂电池系统和超级电容储能系统，所述锂电池系统为若干电池模块组，电池模块组经DC/DC变流器与双向变流器的直流侧连接，所述电池模块组为若干串联的电池模块，所述电池模块与电池管理系统连接，所述超级电容储能系统为若干个相互独立的超级电容支路模块，所述超级电容支路模块经DC/DC变流器与双向变流器的直流侧连接，双向变流器的交流侧经升压变压器接入供电网，所述DC/DC变流器、双向变流器均与电容管理系统连接。本发明对锂电池系统和超级电容储能系统进行监测和控制，能够很好的应对冲击性负荷，满足港口岸电系统建设储能的要求。

Description

一种岸电储能系统

技术领域

本发明属于岸电储能技术领域，特别涉及一种岸电储能系统。

背景技术

岸电是指船舶在靠港期间停用船上辅机发电，船上的负荷在不停电的情况下切换到岸电供电，以维持船上照明、制冷、装卸货等所有设备的电力需求。使用岸电进行船用燃油电能替代，能够显著减少港口污染气体排放、降低船舶燃料成本，提高停泊时船舶的舒适性，提升电能质量、功率因素和效率，同时能够增加电网公司的电量营销，具有显著的环境、经济和社会效益。

然而，港口岸电系统负荷以冲击性负荷为主，高负荷时间占比较低，港口供配电网络利用率低，运行经济性较差。此外，国内港口电气设备大量电力电子化，这些电能变换装置及其用电设备属于非线性负载，是典型的谐波源。上述存在的电能质量问题已严重影响岸电系统及其相邻供电区域的安全可靠优质供电。

随着储能技术的发展，岸电集合储能将可提高港口电网运行效率，减少或延缓电网升级改造投资，改善系统电能质量。港口岸电系统建设储能，对于完善港口电力规划布局，提高可再生能源和冲击性负荷接入适应性，支撑系统调峰和故障响应，实现港口电力系统平滑控制，均具有巨大的经济和环境效益。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种岸电储能系统，对锂电池系统和超级电容储能系统进行监测和控制，能够很好的应对冲击性负荷，满足港口岸电系统建设储能的要求。

本发明采用的技术方案是：一种岸电储能系统，包括锂电池系统和超级电容储能系统，所述锂电池系统为若干电池模块组，电池模块组经DC/DC变流器与双向变流器的直流侧连接，所述电池模块组为若干串联的电池模块，所述电池模块与电池管理系统连接，所述超级电容储能系统为若干个相互独立的超级电容支路模块，所述超级电容支路模块经DC/DC变流器与双向变流器的直流侧连接，双向变流器的交流侧经升压变压器接入供电网，所述DC/DC变流器、双向变流器均与电容管理系统连接。

作为优选，所述电容管理系统用于控制DC/DC变流器和双向变流器，并监测DC/DC变流器和双向变流器的电流和电压值。

作为优选，所述电容管理系统包括控制器和光纤分配板，所述控制器通过两条PWM信号线和一条反馈信号线与所述光纤分配板连接，所述光纤分配板与所述DC/DC变流器、双向变流器连接。

作为优选，所述控制器与电气控制屏连接，所述电气控制屏与超级电容支路模块的控制器连接。

作为优选，所述电池管理系统包括电池模组监测装置、储能系统管理单元和电池堆管理单元，

所述电池模组监测装置用于采集电池模块的数据，并将数据上传给储能系统管理单元，同时根据储能系统管理单元下发的指令完成电池模块的电池组间的均衡；

所述储能系统管理单元用于处理电池模组监测装置的上传数据，管理电池模块的预充电和充放电，并将数据上传给电池堆管理单元；

所述电池堆管理单元用于分析和处理储能系统管理单元的上传数据，并转发给电池系统监控系统。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1.本发明同时具备锂电池系统和超级电容储能系统，平时供电时，使用锂电池系统，出现冲击性负荷时，超级电容储能系统参与供电，能够很好的应对冲击性负荷，可提高港口电网运行效率；使用电池管理系统和电容管理系统分别控制锂电池系统和超级电容储能系统，满足多种随机性电源和负荷的接入需求。

2.本发明将超级电容储能系统设计成若干个相互独立的超级电容支路模块，每个超级电容支路模块都可以作为独立的负载或电源被直接调度；每个超级电容支路模块配备一个DC/DC变流器，独立控制，具备独立的恒压、恒流、恒功率充放电控制能力，配合双向变流器并网电流控制可接收电网调度，进行有功、无功独立调节，功率因数任意可调。

3.本发明的电容管理系统和超级电容支路模块的控制器都连接在电气控制屏上，控制按钮/指示灯集中，在电气控制屏上可以直接实现超级电容支路模块的控制。

4.本发明的锂电池系统也被设计成若干个电池模块组，电池模块组为若干串联的电池模块，电池模块由多个电池组串并联形成，电池管理系统对整个电池模块组进行智能化管理和控制，直接检测及管理电池模块组运行的全过程，包括电池运行基本信息测量、电量估计、单体电池间的均衡、系统运行状态分析、电池系统故障诊断和保护、系统上下电策略控制、电池数据的监控与显示、数据通信等几个方面。

附图说明

图1为本发明实施例的超级电容储能系统拓扑图；

图2为本发明实施例的电容变流的主电路拓扑图；

图3为本发明实施例的电容管理系统的结构示意图；

图4为本发明实施例的电池模块组原理示意框图；

图5为本发明实施例的主控箱的的主控面板示意图。

图中 1-超级电容支路模块，2-DC/DC变流器，3-双向变流器，4-升压变压器，5-控制器，6-光纤分配板，7-电池模块，8-主控箱。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例提供了一种岸电储能系统，其包括锂电池系统和超级电容储能系统，超级电容储能系统总容量为1MW×15s，被分为两套500kW×15s系统进行使用。如附图1所示，每个500kW×15s系统由4个相互独立的125kW×15s超级电容支路模块1组成，每个超级电容支路模块1都可以作为独立的负载或电源被微电网能量管理系统直接调度。每个超级电容支路模块1经过一个DC/DC变流器2到直流总线上，再经过双向变流器3、升压变压器4(400V：6KV)到6KV交流总线，且能量流动为双向的，满足超级电容的充放电需求。

DC/DC变流器2和双向变流器3的电路拓扑结构如附图2所示。对于DC/DC变流器2独立控制，具备恒压、恒流、恒功率充放电控制能力；对于DC/AC双向变流器3并网电流控制：可接收电网调度，进行有功、无功独立调节，功率因数任意可调；针对三相不平衡电网下的并网电流控制，采用正负序分离技术，保证并网电流平衡；采用VPI谐波电流提取技术，对特定次谐波电流进行抑制。

所述DC/DC变流器2、双向变流器3均与电容管理系统连接。所述电容管理系统用于控制DC/DC变流器2和双向变流器3，并监测DC/DC变流器2和双向变流器3的电流和电压值。所述电容管理系统包括控制器5和光纤分配板6，所述控制器5通过两条PWM信号线和一条反馈信号线与所述光纤分配板6连接，所述光纤分配板6与所述DC/DC变流器2、双向变流器3连接，如附图3所示。电容管理系统选用控制器5TMS320F28377D+主流FPGA，分别对DC/AC双向变流器3及4路DC/DC变流器2进行控制；由于变流器开关状态量数目较多，因此采用行业主流FPGA完成逻辑控制以及PMW发波；基于Code Composer Studio集成开发环境由C++语言设计具体控制策略以及通讯，FPGA基于Quartus集成开发环境由Verilog HDL编写，实现具体的PWM拓展、开关量控制以及辅助控制。电容管理系统检测四路DC/DC变流器2的电压和电流、双向变流器3直流侧电压和交流侧三相电压和电流、直流总线处两电容电流。所述控制器5与电气控制屏连接，所述电气控制屏与超级电容支路模块1的控制器连接。电气控制屏采用前、后单开门设计，各个125kW储能支路的控制器、操作按钮/指示灯及500kW储能系统控制器都安装固定在前面板上，无需开启柜门就可实现系统及各支路的控制，各个操作按钮及指示灯下方均用标牌显示其具体功能。

所述锂电池系统为4MW/8MWh锂电池系统，采用方型铝壳的磷酸铁锂电芯为基本单元进行系统配置，整体电源系统冗余设计。所述锂电池系统为五个233.47KWh电池模块组，每个电池模块组分为38个电池模块7，每个电池模块7由48个3.2V40Ah磷酸铁锂电芯按6串联8并联方式进行成组。每个电池模块组进过主控箱8，形成一路主正、主负，5路主正、主负汇流于1路后接入DC/DC变流器2、双向变流器3。电池模块组如附图4所示。

每个电池模块组由一个电池管理系统监控，所述电池管理系统包括电池模组监测装置(BMU)、储能系统管理单元(BCMU)和电池堆管理单元(BAMS)，所述电池模组监测装置安装在电池模块组处，用于采集电池模块7的数据，并将数据上传给储能系统管理单元，同时根据储能系统管理单元下发的指令完成电池模块7的电池组间的均衡；所述储能系统管理单元安装在主控箱8，负责电池模块组的管理工作，接收电池模组监测装置的上传数据，采样电池模块组的电压和电流，进行SOC、SOH计算和修正，完成电池模块组预充电和充放电管理，并将数据上传给电池堆管理单元；所述电池堆管理单元安装在主控箱8，用于分析和处理储能系统管理单元的上传数据，并转发给电池系统监控系统。5个电池模块组共用1个电池堆管理单元。

主控箱的主控面板如图5所示，主控箱主要组件如表1所示：

表1主控箱主要组件

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (5)

1.一种岸电储能系统，其特征在于：包括锂电池系统和超级电容储能系统，所述锂电池系统为若干电池模块组，电池模块组经DC/DC变流器与双向变流器的直流侧连接，所述电池模块组为若干串联的电池模块，所述电池模块与电池管理系统连接，所述超级电容储能系统为若干个相互独立的超级电容支路模块，所述超级电容支路模块经DC/DC变流器与双向变流器的直流侧连接，双向变流器的交流侧经升压变压器接入供电网，所述DC/DC变流器、双向变流器均与电容管理系统连接。

2.如权利要求1所述的岸电储能系统，其特征在于：所述电容管理系统用于控制DC/DC变流器和双向变流器，并监测DC/DC变流器和双向变流器的电流和电压值。

3.如权利要求1或2所述的岸电储能系统，其特征在于：所述电容管理系统包括控制器和光纤分配板，所述控制器通过两条PWM信号线和一条反馈信号线与所述光纤分配板连接，所述光纤分配板与所述DC/DC变流器、双向变流器连接。

4.如权利要求3所述的岸电储能系统，其特征在于：所述控制器与电气控制屏连接，所述电气控制屏与超级电容支路模块的控制器连接。

5.如权利要求1所述的岸电储能系统，其特征在于：所述电池管理系统包括电池模组监测装置、储能系统管理单元和电池堆管理单元，

所述电池模组监测装置用于采集电池模块的数据，并将数据上传给储能系统管理单元，同时根据储能系统管理单元下发的指令完成电池模块的电池组间的均衡；

所述储能系统管理单元用于处理电池模组监测装置的上传数据，管理电池模块的预充电和充放电，并将数据上传给电池堆管理单元；

所述电池堆管理单元用于分析和处理储能系统管理单元的上传数据，并转发给电池系统监控系统。

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