CN115764051A - 结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法，包括：确定高密度中压储能系统的结构组成；计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率；设计储能电池组、变流器组的布置和相邻储能电池簇间电压差最低的连接方案；规划散热方案；以检修空间最优，箱体内部结构紧凑，外部体积最小为目标构建集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统。可减小高密度中压储能系统的体积，提高运维便利性，提高设备在不同环境下的适用性。

Description

结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法

技术领域

本发明属于中压储能系统技术领域，涉及结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法。

背景技术

随着现代科技的不断发展，电能在人们的生产生活中越来越重要，各种用电设备负载变化越来越大，对电力能源的稳定性要求也越来越高。同时对电力生产基础设施投入也越来越高，尤其是风电、光伏等可再生新能源的并网容量逐年递增。

为有效解决电力系统变负荷和新能源电力接入产生的问题，保持电网高效安全运行和电力供需平衡，需要配置具备充放电能力的储能系统。随着电网对储能系统容量和电压的需求提升，开展新型的高密度中压储能系统研究成为目前电力储能行业的新方向。

高密度中压储能系统需要在标准储能箱基础上配置120％以上容量的储能电池、变流器、控制系统以及其它的安全辅助设施，并需要在工作电压条件下，设计足够的绝缘和电气距离，这使得高密度中压储能系统体积巨大、运输困难、安装维护不便，阻碍了高密度中压储能系统技术在电网中的推广应用。

现有的高密度中压储能系统通常未考虑簇间电压仅适用于低压储能PCS模块安装在电池簇下部，严重的PCS故障或起火会引燃上部的电池，存在巨大隐患；空调安装在集装箱顶上开口处，存在密封老化漏水风险；送风风道途经两次90度弯角，风压损失较大，回风口设置在电池最顶部，使得最下部的PACK冷却风循环路径最长，上下PACK散热效果差距大。有的电池布置思路为在集装箱内部面对面布置，两列电池间留有检修通道，在通道的一端设置检修门，其缺点是检修通道占用了集装箱的30％体积，增加了占地面积，限制了储能系统的功率密度，电池室只在端部有一个检修门，在检修时如电池故障，无法保障运检人员安全。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法，减小高密度中压储能系统的体积，提高运维便利性。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组、变流器组、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；

步骤2，计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并计算储能电池簇的发热功率；

步骤3，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，安装储能电池组和变流器组，并实现储能电池组中相邻储能电池簇间电压差最低连接；

步骤4，根据储能电池簇的发热功率选配空调并规划散热方案，设置散热模组；

步骤5，以检修空间最优，外部体积最小为目标搭建适配于步骤1-4方案的集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，步骤1确定的结构组成为：

所述储能电池组包括n个储能电池簇，储能电池簇包括若干个串联的电池PACK；

所述变流器组包括n个串联的变流器单元；

所述散热模组包括若干风机、空调和送风风道；

所述消防模组包括消防主机、消防警示器和消防监测单元；消防主机包含消防控制单元和灭火主机；

所述控制系统包含变流器控制单元和电池管理单元；

所述连接线束包括一次连接线缆和光纤；

所述外部接口包括外部一次输入连接端子、外部一次输出连接端子和外部二次连接端子。

优选地，步骤2中，变流器组链节数量n计算公式如下：

式中，Us为交流输入电压；

K_v为电网电压波动值；

K_b为电网电压不平衡度允许值；

K_L为电感压降；

U_DCmin为电池最低运行电压。

优选地，步骤2中，根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率，计算公式为：

Q＝I²rt

式中，Q为储能电池簇发热功率；

I为额定工况下电池充电或放电电流；

r为电池内阻；

t为电池充电或放电时间。

优选地，步骤3中，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，储能电池组、变流器组和储能电池簇间的安装位置按拓扑顺序依次对应，使每个储能电池簇与周围相邻的其它储能电池簇电压差最低；

变流器组内的变流器单元采用链式拓扑方案依次相连，端间电压随变流器单元数量增加而逐渐升高；

且变流器组中的所有变流器单元，分两列叠层布置；

储能电池组中的所有储能电池簇通过背对背并留有间隔的方式连续布置；

储能电池簇与变流器单元的直流端通过一次连接线缆连接；

所述一次连接线缆交叉敷设在储能电池簇底部与集装箱壳底部之间的空隙内，使相邻储能电池簇间电压差最低；

储能电池组通过光纤连接电池管理单元，变流器组通过光纤连接变流器控制单元。

优选地，步骤4中，根据所有储能电池簇的发热功率，考虑使用环境温度的影响，选配空调，满足在室外环境温度最高时空调的制冷功率不小于储能电池簇发热功率；且所述空调数量不少于储能电池簇的数量；

散热方案具体为：两个储能电池簇以背对背的方式，并且预留200mm空间，再将预留空间的两侧通过绝缘盖板围挡起来，形成一个送风风道，风机安装在送风风道的顶部；

循环空气做为载热介质经过空调冷却吹出，再被风机送入送风风道后，依次经过电池PACK表面，吸收电池PACK发出的热量升温后回到空调内进行冷却。

优选地，步骤5中，构建适配于步骤1-4方案的集装箱壳，为由型钢焊接而成的具备多面保温功能的金属箱体，并在集装箱壳外墙安装若干检修门，每面检修门上安装空调；

所述集装箱壳内部设置隔墙将内部隔成电池室和变流器室两个独立空间；

所述储能电池组与变流器组分别安装在集装箱壳内的电池室和变流器室，所述储能电池组的储能电池簇按顺序依次背对背沿集装箱壳长度方向布置，所述变流器组的变流器单元分两列从左下向上依次串联到顶部单元后，横向连接到右上单元再依次向下到右下单元；

所述变流器室中间设置钢网隔栅门，钢网隔栅内侧为变流器安装空间，钢网隔栅外侧为控制系统和消防主机安装空间。

优选地，步骤5中，消防模组的设置方式为：消防监测单元安装在储能电池簇上，消防警示器安装在集装箱壳外墙上，消防灭火单元安装在集装箱壳内顶部；消防控制单元同时与消防监测单元和消防警示器连接，灭火主机与消防灭火单元连接；

外部接口的设置方式为：集装箱壳外部墙面两侧分别设置外部一次输入连接端子和外部一次输出连接端子，集装箱壳外墙设置外部二次连接端子；外部一次输入连接端子和外部一次输出连接端子分别连接变流器组的首尾两台变流器单元的交流端子；

控制系统的设置方式为：控制系统安装在集装箱壳内部，并与外部二次连接端子连接。

优选地，一次输入连接端子和外部一次输出连接端子分别配置活动防护盖板。

优选地，所述高密度中压储能系统的结构组成包括储能电池组、变流器组、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；

其中，储能电池组和变流器组根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积安装，并实现储能电池组中相邻储能电池簇间电压差最低连接；

散热模组通过根据储能电池簇的发热功率选配空调后规划得到的散热方案设置；

集装箱壳以及消防模组、外部接口和控制系统以检修空间最优，外部体积最小为目标搭建并设置。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

本发明首先确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组、变流器组、连接线束、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；然后计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率；根据一次拓扑方案设计储能电池组、变流器组的布置和连接方案；规划散热方案，设置散热模组、散热方式及路径；通过构建适配于上述设计方案的集装箱壳并以检修空间最优，箱体内部结构紧凑，外部体积最小为目标设置消防模组、外部接口和控制系统，提高了设备在不同环境下的适用性。具体的：

本发明设计的高密度中压储能系统中，储能电池簇按背靠背方式依次顺序布置，储能电池组与变流器组一次接线充分利用簇底空间并采取交叉铺设方案，使各相邻电池簇间电压差距最小，前后两电池簇能够共用冷却风道，极大缩减了电池簇间所需安全距离，提高空间利用率；

本发明设计的高密度中压储能系统中，不涉及内部检修通道，每个储能电池簇对应的集装箱墙面上都设计有检修门，故集装箱内无须预留集中检修通道，其体积与通常设计方案相比大为缩减，同时安装接线检修等工作均无须进入箱内操作，运维便利性得到显著提高。本发明的空调安装在电池簇面对的集装箱检修门上，不仅省去了占地需求，同时还通过风道顶部安装的风机，将空调吹出的冷空气经送风风道送入电池簇内部给电池PACK降温。

附图说明

图1是本发明设计方法流程图；

图2是本发明设计的高密度中压储能系统原理示意图；

图3是本发明设计的高密度中压储能系统布置连线示意图；

图4是本发明设计的集装箱内布置示意图；

图5是本发明设计的箱体侧立剖面示意图；

其中，图2-5中的附图标记为：1-储能电池组，2-变流器组，3-一次连接线缆，4-储能电池簇，5-风机，6-送风风道，7-外部一次输入连接端子，8-集装箱壳，9-外部二次连接端子，10-控制系统，11-消防主机，12-消防警示器，13-外部一次输出连接端子，14-变流器单元，15-检修门，16-空调，17-消防灭火单元，18-消防监测单元，19-电池PACK，20-循环空气。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤1-5：

步骤1，确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组1、变流器组2、连接线束、散热模组、集装箱壳8、消防模组、外部接口和控制系统10；

进一步优选地，确定的结构组成为：

所述储能电池组1包括n个储能电池簇4，储能电池簇4包括若干个串联的电池PACK19；即所述储能电池组1是由若干储能电池簇4组成的储能电池阵列。

所述变流器组2包括n个串联的变流器单元14，n为正整数，由网侧电压及电池簇放电后最低电压值计算求整得出；

所述散热模组包括若干风机5、空调16和送风风道6；

所述消防模组包括消防主机11、消防警示器12和消防监测单元18；消防主机11包含消防控制单元17和灭火主机；

所述控制系统10包含变流器控制单元和电池管理单元；

所述连接线束包括一次连接线缆3和光纤；

所述外部接口包括外部一次输入连接端子7、外部一次输出连接端子10和外部二次连接端子9。

步骤2，计算变流器组2链节数量及储能电池组1中每个储能电池簇4的容量和体积，并计算储能电池簇4的发热功率；

计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇4的容量和体积，并根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇4分别在充电和放电过程中的发热功率；

进一步优选地，变流器组链节数量n计算公式如下：

式中，Us为交流输入电压；

K_v为电网电压波动值，取1.15；

K_b为电网电压不平衡度允许值；

K_L为电感压降，取1.08；

U_DCmin为电池最低运行电压。

根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率，计算公式为：

Q＝I²rt

式中，Q为储能电池簇发热功率；

I为额定工况下电池充电或放电电流；

r为电池内阻；

t为电池充电或放电时间。

步骤3，根据变流器组2链节数量及储能电池组1中每个储能电池簇4的容量和体积，安装储能电池组1和变流器组2，并实现储能电池组1中相邻储能电池簇4间电压差最低连接；

进一步优选地，设计的储能电池组1、变流器组2的布置和连接方案为：

根据变流器组2链节数量及储能电池组1中每个储能电池簇4的容量和体积，储能电池组1、变流器组2和储能电池簇4间的安装位置按拓扑顺序依次对应，使每个储能电池簇4与周围相邻的其它储能电池簇4电压差最低，从而能够降低各储能电池簇4间的安装距离，提高空间利用比率；

变流器组2内的变流器单元4采用链式拓扑方案依次相连，端间电压随变流器单元4数量增加而逐渐升高。相邻越近的变流器单元4，其端间电压越低，反之相邻越远的变流器单元4，其端间电压越高。

且变流器组2中的所有变流器单元4，分两列叠层布置；

储能电池组1中的所有储能电池簇4通过背对背并留有间隔的方式连续布置；

储能电池簇4与变流器单元14的直流端通过一次连接线缆3连接；

所述一次连接线缆3交叉敷设在储能电池簇4底部与集装箱壳8底部之间的空隙内，使相邻储能电池簇4间电压差最低。

储能电池组1通过光纤连接电池管理单元，变流器组14通过光纤连接变流器控制单元。

即每个变流器单元14的交流端依次串联，每个变流器单元14的直流端与一组储能电池簇4连接。

所述一次连接线缆3材质是中高压阻燃硅橡胶软电缆，两端安装有接线铜端子。

步骤4，根据储能电池簇4的发热功率选配空调并规划散热方案，设置散热模组、散热方式及路径；

进一步优选地，规划的散热方案为：根据所有储能电池簇4的发热功率，考虑使用环境温度的影响，选配空调6，满足在室外环境温度最高时空调的制冷功率不小于储能电池簇4发热功率；且所述空调6数量不少于储能电池簇4的数量；

散热方案具体为：两个储能电池簇4以背对背的方式，并且预留200mm空间，再将预留空间的两侧通过绝缘盖板围挡起来，形成一个送风风道6，风机5安装在送风风道6的顶部；

循环空气20做为载热介质经过空调6冷却吹出，再被风机5送入送风风道6后，依次经过电池PACK9表面，吸收电池PACK9发出的热量升温后回到空调6内进行冷却。

每台空调6安装在储能电池簇4正面的门面板上，并通过在空调的进出风口间设置隔板，防止造成冷却路径的短路；

通过在空调出风口与电池之间增加风机实现风向可靠转变，保证电池散热均匀一致。

散热功率根据储能电池组的额定充电速率和放电速率计算得出。

步骤5，以检修空间最优，箱体内部结构紧凑，外部体积最小为目标搭建适配于步骤1-4方案的集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统10。

进一步优选地，构建适配于步骤1-4方案的集装箱壳，为由型钢焊接而成的具备六面保温功能的金属箱体，并在集装箱壳8外墙需要位置安装若干检修门15，例如集装箱壳8在长度方向上与每个储能电池簇4相对的位置开设检修门15，每面检修门15上安装空调16；

所述集装箱壳内部设置隔墙将内部隔成电池室和变流器室两个独立空间；

所述储能电池组1与变流器组2分别安装在集装箱壳8内的电池室和变流器室，所述储能电池组1的储能电池簇4按顺序依次背对背沿集装箱壳长度方向布置，所述变流器组2的变流器单元14分两列从左下向上依次串联到顶部单元后，横向连接到右上单元再依次向下到右下单元；

所述一次连接电缆从变流器室进入电池室后交叉铺设，使前后相邻电池簇间电压最低。

所述变流器室中间设置钢网隔栅门，钢网隔栅内侧为变流器安装空间，钢网隔栅外侧为控制系统10和消防主机11安装空间。

消防模组的设置方式为：消防监测单元18安装在储能电池簇4前面板上，消防警示器12安装在集装箱壳8外墙上，消防灭火单元17安装在集装箱壳8内顶部；消防控制单元同时与消防监测单元18和消防警示器12连接，灭火主机与消防灭火单元17连接；

外部接口的设置方式为：集装箱壳8外部墙面两侧分别设置外部一次输入连接端子7和外部一次输出连接端子10，集装箱壳8外墙设置外部二次连接端子9；外部一次输入连接端子7和外部一次输出连接端子10分别连接变流器组2的首尾两台变流器单元14的交流端子；

控制系统的设置方式为：控制系统10安装在集装箱壳8内部，并与外部二次连接端子9连接。

一次输入连接端子7和外部一次输出连接端子10分别配置活动防护盖板。

本发明的实施例2提供了一种根据上述设计方法设计得到的所述的高密度中压储能系统，所述高密度中压储能系统的结构组成包括储能电池组1、变流器组2、散热模组、集装箱壳8、消防模组、外部接口和控制系统10；

其中，储能电池组1和变流器组2根据变流器组2链节数量及储能电池组1中每个储能电池簇4的容量和体积安装，并实现储能电池组1中相邻储能电池簇4间电压差最低连接；

散热模组通过根据储能电池簇4的发热功率选配空调后规划得到的散热方案设置；

集装箱壳以及消防模组、外部接口和控制系统10以检修空间最优，箱体内部结构紧凑，外部体积最小为目标搭建并设置。

如图2-5所示，高密度中压储能系统包括：储能电池组1，变流器组2，一次连接线缆3，风机5，送风风道6，外部一次输入连接端子7，集装箱壳8，外部二次连接端子9，控制系统10，消防主机11，消防警示器12，外部一次输出连接端子13，变流器单元14，空调16，消防灭火单元17，消防监测单元18，循环空气20。

其中，储能电池组1包括n个独立的储能电池簇4，每两个储能电池簇4背对背留有一定距离，如图3-4所示的顺序和位置，由B1到Bn依次排列在集装箱壳8内部，背对背的两个储能电池簇4中间空间两侧通过绝缘盖板将其围挡起来形成送风风道6，送风风道6的顶部安装有风机5。

每个电池簇4包括若干电池PACK19，电池PACK19是由电芯串联组合装配而成的单个储能电池包，不可拆分。

变流器组2包括n个变流器单元14，如图3所示，变流器单元14分两列从下向上按序号M1到Mn叠层布置。

每个储能电池簇4通过一次连接线缆3与对应的变流器单元14的直流端子连接。

一次连接线缆3在储能电池簇4底部与集装箱壳8底部之间的空隙内敷设。

变流器组2的首尾两台变流器单元14的交流端子分别与集装箱壳8两侧的外部一次输入连接端子7和外部一次输出连接端子10连接。

一次输入连接端子7和外部一次输出连接端子10安装在集装箱壳8两侧墙面，并配有可打开的防护盖板。

控制系统10包括变流器控制单元、电池管理单元。控制系统10安装在集装箱壳8内部，并与安装在集装箱壳8外墙的外部二次连接端子9连接。

消防主机11包括消防控制单元和灭火主机，消防主机11的消防控制单元同时与安装在储能电池簇4上的消防监测单元18和安装在集装箱壳8外墙的消防警示器12连接，消防主机11的灭火主机与安装在集装箱壳8内顶部的消防灭火单元17连接。

集装箱壳8外墙安装有若干检修门15，每面检修门15上安装有空调16。

循环空气20在空调16内被降温冷却后从上部出口吹出，经风机5输送到送风风道6内部，从后部依次进入储能电池簇4内，流过电池PACK19表面，吸收电池PACK19耗散的热量，循环空气20温度升高后从储能电池簇4前部流出，被吸入空调16进风口，在空调内部再次被降温冷却，完成一个散热循环。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

本发明首先确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组、变流器组、连接线束、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；然后计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率；根据一次拓扑方案设计储能电池组、变流器组的布置和连接方案；规划散热方案，设置散热模组、散热方式及路径；通过构建适配于上述设计方案的集装箱壳并以检修空间最优，箱体内部结构紧凑，外部体积最小为目标设置消防模组、外部接口和控制系统，提高了设备在不同环境下的适用性。

本发明设计的高密度中压储能系统中，储能电池簇按背靠背方式依次顺序布置，储能电池组与变流器组一次接线充分利用簇底空间并采取交叉铺设方案，使各相邻电池簇间电压差距最小，前后两电池簇能够共用冷却风道，极大缩减了电池簇间所需安全距离，提高空间利用率；

本发明设计的高密度中压储能系统中，每个储能电池簇对应的集装箱墙面上都设计有检修门，故集装箱内无须预留集中检修通道，其体积与通常设计方案相比大为缩减，同时安装接线检修等工作均无须进入箱内操作，运维便利性得到显著提高。本发明的空调安装在电池簇面对的集装箱检修门上，不仅省去了占地需求，同时还通过风道顶部安装的风机，将空调吹出的冷空气经送风风道送入电池簇内部给电池PACK降温。

在本专利中，PCS模块集中安装在PCS室内，电池集中安装在电池室内，两者由高压直流电缆进行连接，减少了PCS与电池簇之间的直接影响，保证运行相对安全；空调安装在正对电池的门上，无漏水风险；空调冷风经风道顶部风机直接送到PACK，空调回风口正对电池中部，各PACK风量均匀，散热效果一致。

本专利所涉及的方案，不涉及内部检修通道，集装箱内部空间被充分利用，相同容量的储能系统采用本方案更节省占地面积，且本专利全部为箱外开门检修，保障了运检人员的生命安全。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组、变流器组、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；

步骤2，计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并计算储能电池簇的发热功率；

步骤3，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，安装储能电池组和变流器组，并实现储能电池组中相邻储能电池簇间电压差最低连接；

步骤4，根据储能电池簇的发热功率选配空调并规划散热方案，设置散热模组；

步骤5，以检修空间最优，外部体积最小为目标搭建适配于步骤1-4方案的集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统。

2.根据权利要求1所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤1确定的结构组成为：

所述储能电池组包括n个储能电池簇，储能电池簇包括若干个串联的电池PACK；

所述变流器组包括n个串联的变流器单元；

所述散热模组包括若干风机、空调和送风风道；

所述消防模组包括消防主机、消防警示器和消防监测单元；消防主机包含消防控制单元和灭火主机；

所述控制系统包含变流器控制单元和电池管理单元；

所述连接线束包括一次连接线缆和光纤；

所述外部接口包括外部一次输入连接端子、外部一次输出连接端子和外部二次连接端子。

3.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤2中，变流器组链节数量n计算公式如下：

式中，Us为交流输入电压；

K_v为电网电压波动值；

K_b为电网电压不平衡度允许值；

K_L为电感压降；

U_DCmin为电池最低运行电压。

4.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤2中，根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率，计算公式为：

Q＝I²rt

式中，Q为储能电池簇发热功率；

I为额定工况下电池充电或放电电流；

r为电池内阻；

t为电池充电或放电时间。

5.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤3中，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，储能电池组、变流器组和储能电池簇间的安装位置按拓扑顺序依次对应，使每个储能电池簇与周围相邻的其它储能电池簇电压差最低；

变流器组内的变流器单元采用链式拓扑方案依次相连，端间电压随变流器单元数量增加而逐渐升高；

且变流器组中的所有变流器单元，分两列叠层布置；

储能电池组中的所有储能电池簇通过背对背并留有间隔的方式连续布置；

储能电池簇与变流器单元的直流端通过一次连接线缆连接；

所述一次连接线缆交叉敷设在储能电池簇底部与集装箱壳底部之间的空隙内，使相邻储能电池簇间电压差最低；

储能电池组通过光纤连接电池管理单元，变流器组通过光纤连接变流器控制单元。

6.根据权利要求5所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤4中，根据所有储能电池簇的发热功率，考虑使用环境温度的影响，选配空调，满足在室外环境温度最高时空调的制冷功率不小于储能电池簇发热功率；且所述空调数量不少于储能电池簇的数量；

散热方案具体为：两个储能电池簇以背对背的方式，并且预留200mm空间，再将预留空间的两侧通过绝缘盖板围挡起来，形成一个送风风道，风机安装在送风风道的顶部；

循环空气做为载热介质经过空调冷却吹出，再被风机送入送风风道后，依次经过电池PACK表面，吸收电池PACK发出的热量升温后回到空调内进行冷却。

7.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤5中，构建适配于步骤1-4方案的集装箱壳，为由型钢焊接而成的具备多面保温功能的金属箱体，并在集装箱壳外墙安装若干检修门，每面检修门上安装空调；

所述集装箱壳内部设置隔墙将内部隔成电池室和变流器室两个独立空间；

所述储能电池组与变流器组分别安装在集装箱壳内的电池室和变流器室，所述储能电池组的储能电池簇按顺序依次背对背沿集装箱壳长度方向布置，所述变流器组的变流器单元分两列从左下向上依次串联到顶部单元后，横向连接到右上单元再依次向下到右下单元；

所述变流器室中间设置钢网隔栅门，钢网隔栅内侧为变流器安装空间，钢网隔栅外侧为控制系统和消防主机安装空间。

8.根据权利要求7所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

步骤5中，消防模组的设置方式为：消防监测单元安装在储能电池簇上，消防警示器安装在集装箱壳外墙上，消防灭火单元安装在集装箱壳内顶部；消防控制单元同时与消防监测单元和消防警示器连接，灭火主机与消防灭火单元连接；

外部接口的设置方式为：集装箱壳外部墙面两侧分别设置外部一次输入连接端子和外部一次输出连接端子，集装箱壳外墙设置外部二次连接端子；外部一次输入连接端子和外部一次输出连接端子分别连接变流器组的首尾两台变流器单元的交流端子；

控制系统的设置方式为：控制系统安装在集装箱壳内部，并与外部二次连接端子连接。

9.根据权利要求8所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：

一次输入连接端子和外部一次输出连接端子分别配置活动防护盖板。

10.根据权利要求1-9任意一项所述设计方法设计得到的所述的高密度中压储能系统，其特征在于：

所述高密度中压储能系统的结构组成包括储能电池组、变流器组、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；

其中，储能电池组和变流器组根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积安装，并实现储能电池组中相邻储能电池簇间电压差最低连接；

散热模组通过根据储能电池簇的发热功率选配空调后规划得到的散热方案设置；

集装箱壳以及消防模组、外部接口和控制系统以检修空间最优，外部体积最小为目标搭建并设置。

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