CN115833192A - 储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种储能系统。储能系统电连接于一电网，且包含多个电池簇、多个功率调节器、变压器及集中控制器。多个功率调节器架构于控制多个电池簇的充放电，其中每一功率调节器电性耦接于对应的至多两个电池簇。变压器的第一端电性耦接于多个功率调节器，变压器的第二端电性耦接于电网。集中控制器耦接于多个功率调节器及多个电池簇，以控制多个功率调节器及多个电池簇，其中集中控制器与多个功率调节器之间通过光纤进行通信，光纤的数据传输速率大于1Mbit/s。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种储能系统。
背景技术
随着科技发展，对于能源的需求亦不断增长。为了在满足能源需求的同时尽可能降低碳排放量，需大规模应用风力发电、光伏发电等可再生能源。然而，可再生能源具有输出不稳定的特性，例如在风力较弱或缺乏太阳光时，对应的风力发电或光伏发电无法稳定输出能量。为避免可再生能源的不稳定输出影响电网的安全运行，需采用储能系统(ESS,energy storage system)对电网进行调峰调频，以稳定电网。
在现有储能系统中，通常将多组电池簇相互并联，再通过单一大功率的功率调节变换器(PCS,power conditioning system)将电池簇所提供的直流电转换为交流电，进而将交流电并入电网。然而，在多组电池簇并联后，各个电池簇中的电池的内阻或特性不均将引起电池簇之间产生环流、电池容量得不到充分利用以及电池的短路电流过大等问题，进而影响整个储能系统的可用容量、使用安全、使用寿命和效率等等。
因此，如何发展一种可改善上述公知技术的储能系统，实为目前迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能系统，其每个功率调节器电性耦接于至多两个电池簇，从而可避免过多电池簇相互并联后，因各个电池簇中的电池的内阻或特性不均而导致电池簇之间产生环流、电池容量无法得到充分利用以及电池的短路电流过大等问题，因而可提升储能系统的可用容量、使用寿命、使用安全和效率等诸多方面，并且利于储能系统的模块化以及可扩展化。此外，各个功率调节器与集中控制器之间通过光纤进行通信，通过光纤的高数据传输速率，可有效减少通信延时，将其控制在us级，进而提高储能系统的整体响应速度，缩短响应时间。
为达上述目的，本发明提供一种储能系统，电连接于一电网，且包含多个电池簇、多个功率调节器、变压器及集中控制器。多个功率调节器架构于控制多个电池簇的充放电，其中每一功率调节器电性耦接于对应的至多两个电池簇。变压器的第一端电性耦接于多个功率调节器，变压器的第二端电性耦接于电网。集中控制器耦接于多个功率调节器及多个电池簇，以控制多个功率调节器及多个电池簇，其中集中控制器与多个功率调节器之间通过光纤进行通信，光纤的数据传输速率大于1Mbit/s。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种储能系统，其每个功率调节器电性耦接于至多两个电池簇，从而可避免过多电池簇相互并联后，因各个电池簇中的电池的内阻或特性不均而导致电池之间产生环流、电池容量无法得到完全利用和电池的短路电流过大等问题，因而可提升储能系统的使用安全、可用容量、使用寿命和效率。同时，相对于传统储能系统的架构，本发明用多个小功率的功率调节器取代一个大功率的功率调节器，有利于实现储能系统的模块化和可扩展性。
附图说明
图1为本发明第一实施例的储能系统的架构示意图。
图2为本发明第二实施例的储能系统的架构示意图。
图3为本发明第三实施例的储能系统的架构示意图。
附图标记如下：
1：储能系统
2：电网
11：电池簇
12：功率调节器
121：第一控制单元
122：第二控制单元
13：变压器
14：集中控制器
141：第三控制单元
142：第四控制单元
1a：储能系统
111：保护开关
1b：储能系统
Q1、Qm：交流开关
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
图1为本发明第一实施例的储能系统1的架构示意图。如图1所示，本发明的储能系统1电连接于电网2，包含多个电池簇11、多个功率调节器12、变压器13及集中控制器14，其中储能系统1可自电网2接收电能，所接收的电能经由变压器13转换后储存于各电池簇11，储能系统1亦可由其电池簇11提供电能，所提供的电能经由变压器13转换后输出至电网2，由此稳定电网2。此外，储能系统1还通过功率调节器12实现对电网2的调峰调频以及动态电压支撑等功能。
该多个功率调节器12架构于控制该多个电池簇11的充放电，其中每一功率调节器12电性耦接于对应的至多两个电池簇11。于此实施例中，每一功率调节器12电性耦接于对应的一个电池簇11，但实际上并不以此为限，于另一些实施例中，每一功率调节器12亦可电性耦接于对应的两个电池簇11。须注意的是，各个电池簇11的电压可分别由对应的功率调节器12进行调节，电性耦接于不同功率调节器12的电池簇11的电压互不影响，因此，耦接于不同功率调节器12的电池簇11的电压可为相等或不相等，借此，可提升储能系统1的兼容性。
于一些实施例中，每一电池簇11包含串联或并联电连接的多个电池模块1～电池模块n，其中n为大于1的整数。每个电池模块可包含多个电池。此外，电池簇11中的电池的类型可为例如但不限于锂电池、铅酸电池及镍基电池等等，且不同的电池簇11可采用相同或不同的电池类型，均不受限制。
变压器13的第一端电性耦接于所有功率调节器12，具体地，所有功率调节器12的交流端并联连接后，与变压器13的第一端电性耦接；变压器13的第二端电性耦接于电网2。其中，变压器13的第一端和第二端可以分别为变压器13的原边和副边，反之亦可。
集中控制器14耦接于所有功率调节器12及电池簇11，以控制所有功率调节器12及电池簇11。再者，为了最大限度地降低通信延时对储能系统响应速度的影响，集中控制器14与各功率调节器12之间通过光纤进行通信，其中光纤的数据传输速率大于1Mbit/s。
由于每个功率调节器12电性耦接于至多两个电池簇11，故可避免过多电池簇11相互并联后，因各个电池簇11中的电池的内阻或特性不均而导致电池簇之间产生环流、电池容量得不到充分利用以及电池的短路电流过大等问题，因而可提升储能系统1的可用容量、使用安全、使用寿命和效率等。此外，各个功率调节器12与集中控制器14之间通过光纤进行通信，通过光纤的高数据传输速率，可有效减少通信延时，进而缩短储能系统1的整体功率响应时间。
于一些实施例中，每一功率调节器12包含第一控制单元121及第二控制单元122，其中第一控制单元121架构于执行相应的功率调节器12内部的算法控制、运行逻辑管理以及内部运行信息的收集和纪录等等，第二控制单元122与第一控制单元121及集中控制器14相通信，且架构于处理保护逻辑、进行信号转换以及接收和输出光纤信号等。于任一功率调节器12中，第一控制单元121将功率调节器12的运作信息传输至第二控制单元122，第二控制单元122将运作信息转换为第一光纤信号，并通过光纤将第一光纤信号传输至集中控制器14。再者，集中控制器14产生控制指令，并将控制指令转换为第二光纤信号，第二控制单元122通过光纤从集中控制器14接收第二光纤信号，并将第二光纤信号转换为控制指令并传输至第一控制单元121，第一控制单元121依据控制指令控制相应的功率调节器12。于一些实施例中，同一功率调节器12中的第一控制单元121与第二控制单元122之间通过并口通信方式进行通信，且并口通信方式的数据传输速率大于1Mbit/s。
于一些实施例中，集中控制器14包含第三控制单元141及第四控制单元142，其中第四控制单元142架构于收集所有功率调节器12的运作信息并产生各个功率调节器12的控制指令，第三控制单元141与第四控制单元142及各个功率调节器12的第二控制单元122相通信，并架构于进行信号转换以及接收和输出光纤信号。于集中控制器14及任一功率调节器12中，第三控制单元141通过光纤从第二控制单元122接收第一光纤信号，并将第一光纤信号转换为功率调节器12的运作信息并传输至第四控制单元142。再者，第四控制单元142产生控制指令并传输至第三控制单元141，第三控制单元141将该控制指令转换为第二光纤信号，并通过光纤传输至该第二控制单元122。于一些实施例中，同一集中控制器14中的第三控制单元141与第四控制单元142之间通过并口通信方式进行通信，且并口通信方式的数据传输速率大于1Mbit/s。
此外，于一些实施例中，集中控制器14与各电池簇11之间，以及功率调节器12与其对应的电池簇11之间亦可相互进行通信，具体的通信方式可例如为光纤、CAN、LIN等等，但亦不以此为限。
图2为本发明第二实施例的储能系统的架构示意图，图1及图2中以相同标号表示具有相同结构及功能的元件，故于此不再赘述。然而相较于图1，在图2所示的实施例中，储能系统1a的每一功率调节器12电性耦接于对应的两个电池簇11，且每一功率调节器12具有两个直流端口，功率调节器12的两个直流端口分别电性耦接于对应的两个电池簇11。再者，每一电池簇11包含保护开关111，保护开关111电连接于电池簇11中的多个电池模块与对应的功率调节器12之间，且保护开关111具有过流保护功能，可在流经的电流超出预设值时切断电路，以实现保护。保护开关111可为例如但不限于断路器、熔丝与隔离开关的组合、熔丝与接触器的组合等等。由此，无须于各电池簇11的汇流处再设置直流保护开关，可节省成本。
图3为本发明第三实施例的储能系统的架构示意图。图1-图3中以相同标号表示具有相同结构及功能的元件，故于此不再赘述。然而相较于图1及图2，在图3所示的实施例中，储能系统1b还包含至少一个交流开关Q1、…、Qm，其中每一交流开关Q1、…、Qm的第一端电性耦接于对应的多个功率调节器12，每一交流开关Q1、…、Qm的第二端电性耦接于变压器13的第一端。各个交流开关Q1、…、Qm电性耦接的功率调节器12的数量可为相同或不相同，均不受限制。以图3所示为例，交流开关Q1和Qm分别电性耦接的功率调节器12的数量可为相同或不相同，均不受限制，其中m为大于1的整数。交流开关Q1、…、Qm可为例如但不限于断路器、熔丝与隔离开关的组合、熔丝与接触器的组合等等。
在现有的储能系统中，多为每一功率调节器对应设置一个交流开关。而本发明的储能系统1b则使多个功率调节器12共用一个交流开关，有效减少交流开关的数量，可节省硬件成本。再者，随着交流开关数量的减少，亦可减少现场维护时操作交流开关的时间，从而节省现场维护的时间和人力成本。
须注意的是，为便于说明及理解，前述说明中分别以图2及图3示出本发明的储能系统中的保护开关和交流开关，然而实际上，本发明的储能系统亦可同时包含图2及图3所示的保护开关111和交流开关Q1、…、Qm。此外，为使附图简洁，图2及图3中未再重复示出图1中的集中控制器14和各个控制单元。
综上所述，本发明提供一种储能系统，其每个功率调节器电性耦接于至多两个电池簇，从而可避免过多电池簇相互并联后，因各个电池簇中的电池的内阻或特性不均而导致电池之间产生环流、电池容量无法得到完全利用和电池的短路电流过大等问题，因而可提升储能系统的使用安全、可用容量、使用寿命和效率。同时，相对于传统储能系统的架构，本发明用多个小功率的功率调节器取代一个大功率的功率调节器，有利于实现储能系统的模块化和可扩展性。此外，各个功率调节器与集中控制器之间通过光纤进行通信，通过光纤的高数据传输速率，可有效减少通信延时，进而缩短储能系统的整体功率响应时间。另外，每一电池簇可包含具过流保护功能的保护开关，无须于各电池簇的汇流处再设置直流保护开关，可节省成本。再者，可使多个功率调节器共用交流开关，有效减少交流开关的数量，可节省硬件成本及现场维护的时间和人力成本。
须注意，上述仅是为说明本发明而提出的较佳实施例，本发明不限于所述的实施例，本发明的范围由如附权利要求书决定。且本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而皆不脱如附权利要求书所欲保护。
Claims (13)
1.一种储能系统，电连接于一电网，且包含：
多个电池簇；
多个功率调节器，架构于控制该多个电池簇的充放电，其中每一该功率调节器电性耦接于对应的至多两个该电池簇；
一变压器，其中该变压器的第一端电性耦接于该多个功率调节器，该变压器的第二端电性耦接于该电网；以及
一集中控制器，耦接于该多个功率调节器及该多个电池簇，以控制该多个功率调节器及该多个电池簇，其中该集中控制器与该多个功率调节器之间通过光纤进行通信，该光纤的数据传输速率大于1Mbit/s。
2.如权利要求1所述的储能系统，其中每一该功率调节器包含一第一控制单元及一第二控制单元，于任一该功率调节器中，该第一控制单元将该功率调节器的运作信息传输至该第二控制单元，该第二控制单元将该运作信息转换为一第一光纤信号，并通过该光纤将该第一光纤信号传输至该集中控制器；该集中控制器产生一控制指令，并将该控制指令转换为一第二光纤信号，该第二控制单元通过该光纤从该集中控制器接收该第二光纤信号，并将该第二光纤信号转换为该控制指令并传输至该第一控制单元，该第一控制单元依据该控制指令控制该功率调节器。
3.如权利要求2所述的储能系统，其中于任一该功率调节器中，该第一控制单元与该第二控制单元之间通过并口通信方式进行通信，且该并口通信方式的数据传输速率大于1Mbit/s。
4.如权利要求2所述的储能系统，其中该集中控制器包含一第三控制单元及一第四控制单元，于该集中控制器及任一该功率调节器中，该第三控制单元通过该光纤从该第二控制单元接收该第一光纤信号，并将该第一光纤信号转换为该运作信息并传输至该第四控制单元；该第四控制单元产生该控制指令并传输至该第三控制单元，该第三控制单元将该控制指令转换为该第二光纤信号，并通过该光纤传输至该第二控制单元。
5.如权利要求4所述的储能系统，其中该集中控制器的该第三控制单元与该第四控制单元之间通过并口通信方式进行通信，且该并口通信方式的数据传输速率大于1Mbit/s。
6.如权利要求1所述的储能系统，其中每一该电池簇包含串联或并联电连接的多个电池模块。
7.如权利要求6所述的储能系统，其中每一该功率调节器电性耦接于对应的一个该电池簇。
8.如权利要求7所述的储能系统，其中分别电性耦接于该多个功率调节器的该多个电池簇的电压不完全相等。
9.如权利要求6所述的储能系统，其中每一该功率调节器电性耦接于对应的两个该电池簇，且具有两个直流端口，该两个直流端口分别电性耦接于对应的两个该电池簇。
10.如权利要求9所述的储能系统，其中每一该电池簇包含一保护开关，该保护开关电连接于该电池簇中的该多个电池模块与对应的该功率调节器之间，且该保护开关具有过流保护功能。
11.如权利要求1所述的储能系统，还包含至少一个交流开关，其中该交流开关的第一端电性耦接于对应的多个该功率调节器，该交流开关的第二端电性耦接于该变压器的该第一端。
12.如权利要求11所述的储能系统，其中该储能系统包含多个该交流开关，且多个该交流开关分别耦接的该功率调节器的数量不相同。
13.如权利要求1所述的储能系统，其中，至少一个该电池簇中的电池的类型不同于其他该电池簇中的电池的类型。
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