CN114336701B - 一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1…An、B1…Bn、C1…Cn；所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇。本发明提供一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，能够满足大规模储能技术的快速发展需求，提高能量转换效率。
Description
技术领域
本发明属于中压储能技术领域，特别涉及一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构。
背景技术
随着低碳型的能源转型，以风电、光伏为主的新能源在电力系统的占比将逐年提高；据相关研究在2050年，新能源的装机容量将占电网容量的70％；高比例电力电子化的电力系统将是未来电网的发展的必然趋势，电力系统的惯量及稳定性将受到极大的挑战；储能尤其是高功率、大容量的储能技术将是确保电网系统的有效手段。
目前，储能平抑新能源功率波动、跟踪计划出力等稳态运行方面已做了大量研究和示范，而在储能用于电网电站黑启动，以及提高新能源电站的暂态运行风险防御能力方面潜力尚未充分挖掘；对储能系统的本体和成组技术方面进行了大量研究，而在高效的能量转换技术方面研究的不够，已有的示范项目中储能系统主要是通过低压电网汇集经升压变压器接入中压电网，存在能量转换环节多、转换效率低的问题，不能满足大规模储能技术的快速发展需求。中压直挂式储能在单机大功率、容量利用率、电池安全、动态响应等关键技术均有明显优势，本专利提出一种适用于大容量角接中压直挂式储能拓扑结构。
发明内容
本发明提供一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，能够满足大规模储能技术的快速发展需求，提高能量转换效率。
本发明具体为一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1…An、B1…Bn、C1…Cn；
所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；
所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇。
所述中压直挂式储能系统拓扑结构能够在保证容量的同时保证储能系统的安全可靠性。
单相链节总电池电压为：U＝Uab×1.414×(1+x％)×(1+y％)×(1+z％)，其中Uab为所述电网相电压，x％为所述中压直挂式储能系统与电网连接电抗的电抗率，y％为电压波动系数，z％为三相系统不平衡度。
所述电池簇每簇电池电压运行范围[Umin,Umax]，当所述中压直挂式储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求所述中压直挂式储能系统输出电压最大，同时需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行。
所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝P/U，其中P为所述中压直挂式储能系统设计功率。
所述电池簇的数量为N≥U/Umin。
与现有技术相比，有益效果是：所述中压直挂式储能系统拓扑结构采用角接拓扑，较Y接拓扑结构每相换流单元电流，能够提高系统安全运行，降低了交流系统设计和直流电气元件的选择难度，同时能够保证更高的储能系统容量。
附图说明
图1为Y接直挂式储能系统拓扑结构图。
图2为本发明一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构图。
图3为级联子模块单元电气图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，为Y接直挂式储能系统拓扑结构图。
如图2所示，本发明的中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1…An、B1…Bn、C1…Cn；
所述级联子模块单元电气图如图3所示，所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；
所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇。
所述中压直挂式储能系统拓扑结构能够在保证容量的同时保证储能系统的安全可靠性。
单相链节总电池电压为：U＝Uab×1.414×(1+x％)×(1+y％)×(1+z％)，其中Uab为所述电网相电压，x％为所述中压直挂式储能系统与电网连接电抗的电抗率，y％为电压波动系数，z％为三相系统不平衡度。
所述电池簇每簇电池电压运行范围[Umin,Umax]，当所述中压直挂式储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求所述中压直挂式储能系统输出电压最大，同时需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行。
所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝P/U，其中P为所述中压直挂式储能系统设计功率。
所述电池簇的数量为N≥U/Umin。
以10kV电网电压为例，Uab＝10KV，考虑中压电力系统的最小短路阻抗的需求，储能装置与电网连接电抗的电抗率为x％，电压波动系数y％、三相系统不平衡度z％，每簇电池电压运行范围[Umin,Umax]，当储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求储能系统输出电压最大，在该点需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行，此时要求单相链节总电池电压为：U＝10×1000×1.414×(1+x％)×(1+y％)×(1+z％)
所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝P/10000。
本发明提出的角接直挂式储能相对Y接直挂式储能系统的优势主要有以下几个方面：
(1)电压和电流
角接拓扑每相级联换流单元跨接在线电压之间，相电流等于线电流/1.732；
Y接拓扑每相级联换流单元跨接在相电压之间，线电流等于相电流。
(2)散热与均流
以10kV/10MW/10MWh中压级联储能系统为例，采用Y型拓扑，相电流达到577A，为保证系统安全运行，必须采用两只600AIGBT并联使用，这样带来两个问题：一个是均流问题；另一个就是散热问题，必须采用热管或水冷才能保证IGBT的正常运行；采用Y型拓扑，直流侧设计压力相当大，要满足系统容量10MWh的要求，必须增加链数，而链数的增加必然导致直流母线电压降低，相反，要保证储能系统容量为10MWh，必须在直流侧增加并联电池提高容量，这对交流系统设计和直流电气元件的选择都带来了很大的困难。
如采用角接拓扑，每相换流单元虽然承受10kV线电压，但相电流确实Y型接法相电流的1/1.732，即333A，换流单元采用单管600AIGBT管子就可以满足要求，采用风冷就可以满足IGBT散热的要求，同时，由于每相换流单元承受线电压，换流单元链数自然增加，在保证直流母线控制电压不变的情况下，每簇并联的电池就比较少，直流侧电流比较小，电气元器件选型比较容易，电池容量也能满足设计要求。
(3)储能系统容量
Y型直挂式拓扑储能系统功率最大为6MW，当储能系统容量超过6MW，应考虑角接拓扑。
角接直挂式拓扑储能系统功率最大为10MW。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (2)
1.一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，其特征在于，所述中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1…An、B1…Bn、C1…Cn；
所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；
所述中压直挂式储能系统拓扑结构能够在保证容量的同时保证储能系统的安全可靠性；
所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇；
单相链节总电池电压为：U＝Uab×1.414×(1+x％)×(1+y％)×(1+z％)，其中Uab为电网相电压，x％为所述中压直挂式储能系统与电网连接电抗的电抗率，y％为电压波动系数，z％为三相系统不平衡度；
所述电池簇每簇电池电压运行范围[Umin,Umax]，当所述中压直挂式储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求所述中压直挂式储能系统输出电压最大，同时需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行；
所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝P/U，其中P为所述中压直挂式储能系统设计功率。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，其特征在于，所述电池簇的数量为N≥U/Umin。
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116345513A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-06-27 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种基于svg的能量型直流储能装置及其控制方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012024984A1 (zh) * | 2010-07-22 | 2012-03-01 | 荣信电力电子股份有限公司 | 基于模块化多电平变换器的无变压器电池储能拓扑结构 |
| CN103199630A (zh) * | 2013-03-13 | 2013-07-10 | 中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司 | 一种大容量中压电池储能系统 |
| WO2015074529A1 (zh) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 国家电网公司 | 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法 |
| CN108306324A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-07-20 | 北京交通大学 | 模块化集中式储能系统 |
| CN108599216A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-28 | 上海交通大学 | 链式电池储能系统及其工作方法 |
| EP3661043A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-03 | Hitachi, Ltd. | Modular multilevel converter with parallel arms in each phase and inter-arm current circulation |
| CN111600321A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-28 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种10kV中压直挂式储能电站系统 |
| KR20210086969A (ko) * | 2019-12-31 | 2021-07-09 | 한국전자기술연구원 | 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012024984A1 (zh) * | 2010-07-22 | 2012-03-01 | 荣信电力电子股份有限公司 | 基于模块化多电平变换器的无变压器电池储能拓扑结构 |
| CN103199630A (zh) * | 2013-03-13 | 2013-07-10 | 中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司 | 一种大容量中压电池储能系统 |
| WO2015074529A1 (zh) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 国家电网公司 | 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法 |
| CN108306324A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-07-20 | 北京交通大学 | 模块化集中式储能系统 |
| CN108599216A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-28 | 上海交通大学 | 链式电池储能系统及其工作方法 |
| EP3661043A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-03 | Hitachi, Ltd. | Modular multilevel converter with parallel arms in each phase and inter-arm current circulation |
| KR20210086969A (ko) * | 2019-12-31 | 2021-07-09 | 한국전자기술연구원 | 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 이의 운용 방법 |
| CN111600321A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-28 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种10kV中压直挂式储能电站系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Optimal_Dispatching_Strategy_for_Shared_Battery_Station_of_Electric_Vehicle_by_Divisional_Battery_Control;JIE YANG;《IEEE Access》;第7卷;第38224-38235页 * |
| State_of_Charge_Equalization_Control_Strategy_of_Modular_Multilevel_Converter_with_Battery_Energy_Storage_System;Qi Wang;《2020 5th International Conference on Power and Renewable Energy (ICPRE)》;第316-320页 * |
| 储能系统在微网系统中的应用研究;李官军;《电力电子技术》;第47卷(第11期);第9-11页 * |
| 高压直挂储能功率变换技术与世界首例应用;蔡旭;《中国电机工程学报》;第40卷(第1期);第200-211页 * |
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