CN201656532U - 一种三相并网电池储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相并网电池储能装置。传统电池储能装置的充电和放电由不同的电路来完成，典型的三桥臂三相电压型变流器由于只有三线制的输出，无法带三相不对称负载和单相负载。本实用新型提供了一种三相并网电池储能装置，其特征在于所述三相电压型变流器的直流侧分别连有直流断路器和直流接触器，直流接触器的一侧与一直流母线并联；所述三相电压型变流器的交流侧连接三相滤波电抗器，该三相滤波电抗器的另一侧并联三相RC滤波电路，并连接交流接触器，所述的交流接触器与一三相隔离变压器的原边相连。本实用新型实现了并网和离网自动切换；同时能供电给三相不对称负载和单相负载。

Description

一种三相并网电池储能装置

技术领域

本实用新型涉及大规模电力储能系统，具体地说是一种三相并网电池储能装置。

背景技术

随着我国经济的高速发展，用电负荷和电力系统的规模也在迅速增长。一方面，系统负荷的峰谷差的逐年增大以及风电、光伏等间歇性可再生能源的接入，使得系统调峰任务变得越来越严峻；另一方面，大规模的电网互联使得电力系统结构和运行方式更加复杂多变，大电网一旦发生故障造成连锁反应，将引起大面积的停电事故，而从用户的角度，对供电的可靠性的要求越来越高。

大规模电力储能系统能够有效调节系统负荷的峰谷差，帮助解决电力系统供需瞬时平衡的问题；同时，在大电网故障时能迅速为敏感负荷提供电力供应，从而保证重要负荷的供电可靠性。目前，在各种电力储能系统中，电池储能装置因其具有成本低、可靠性好、使用方便等优点，在电力系统中有广泛的应用前景。

传统电池储能装置的充电和放电由不同的电路来完成，电路结构复杂，需要的开关器件数量多，成本较高。典型的三桥臂三相电压型变流器由于只有三线制的输出，无法带三相不对称负载和单相负载。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种三相并网电池储能装置，其采用单极式结构，将充电电路和放电电路合二为一，实现并网和离网自动切换；同时在交流侧采用隔离变压器，能供电给三相不对称负载和单相负载。

为此，本实用新型采用的技术方案是：一种三相并网电池储能装置，包括三相电压型变流器，其特征在于所述三相电压型变流器的直流侧通过直流断路器和直流接触器与外部的蓄电池组相连，直流接触器两端并联由二极管和充电电阻串联构成的预充电支路，直流接触器的另一侧与直流母线并联，直流母线上并联直流储能电容同时并联到三相电压型变流器的直流侧；三相电压型变流器的交流侧连接三相滤波电抗器，三相滤波电抗器的另一侧并联三相RC滤波电路，并连接交流接触器，交流接触器与D/Y0型三相隔离变压器的原边相连，隔离变压器的副边通过交流断路器与三相电网及负载相连，所述的隔离变压器除调整电压和电气隔离作用外，还使得本实用新型能够连接独立的单相负载。

本实用新型配备液晶显示操作面板及远程通信接口，所述装置的控制方式分为“就地控制”和“远程控制”两种。“就地控制”在操作面板上完成，“远程控制”通过上位机按照通讯规约通过远程通信接口下达控制指令给本实用新型来完成，其中“就地控制”具有较高的优先级。

本实用新型的电压型变流器由三桥臂的智能功率模块构成，利用同一个电压型变流器实现充电和放电功能的原理为：在充电过程中，电压型变流器的交流侧与三相电网相连，直流侧与蓄电池组相连，电压型变流器工作于PWM整流状态，按照蓄电池组的特性对其进行恒流或者恒压充电；在放电过充中，电压型变流器的直流侧与蓄电池组相连，交流侧与三相电网或者负载相连，所述的电压型逆变器工作于PWM逆变状态，根据蓄电池组的荷电状态，按照电网或者负载的需要，为电网或者负载提供电能。

所述的三相并网电池储能装置有并网运行模式和离网运行模式两种运行模式，其中并网运行模式分为并网充电状态、并网放电状态两种主要的工作状态，离网运行模式是独立逆变状态，不同工作状态之间可实现自动切换。两种运行模式对应的工作状态描述如下：

并网充电状态是指本实用新型的交流侧与电网交流母线连接，直流侧与蓄电池组相连，且根据电池的荷电状态，通过外接交流母线吸收有功对蓄电池组进行充电；并能根据电网需要提供动态无功。

本实用新型通过充放电控制策略实现对蓄电池组进行充电和放电功能。并网充电控制策略分为预充、快充、均充和浮充四个阶段；其中预充为小电流恒流充电，快充为大电流恒流限压充电，均充为恒压限流充电，浮充为小电流恒流限压充电；本实用新型由并网放电状态、待机状态等其它状态转为并网充电状态时，均能根据蓄电池组当前的荷电状态自动判别需要采用的充电策略。所述的四阶段充电控制策略描述如下：

(1)当蓄电池组长期不用导致电压过低时(低于1.8V/节)，将首先进入“预充”阶段，按照0.02C进行小电流恒流充电；

(2)当蓄电池组电压高于1.9V/节且低于2.35V/节时，自动进入“快充”阶段，按照0.1C进行大电流恒流限压充电；

(3)当蓄电池组电压高于2.35V/节时，自动进入“均充”阶段，按照恒压限流方式进行充电；

(4)在“均充”阶段，当充电电流低于0.05C时，自动进入“浮充阶段”，按照0.01C进行恒流限压充电；

(5)当浮充过程达到设定时间时，蓄电池组充满，自动转入待机状态。

并网放电状态是指本实用新型的直流侧与蓄电池组相连，交流侧与电网交流母线连接，并根据电网需要，按照主控系统远程给定的功率和功率因数，将蓄电池组能量逆变送往外接交流母线的过程。

本实用新型的并网放电控制策略有“蓄电池恒流放电”和“交流侧恒功率放电”两种，在并网放电状态下，按默认的放电策略和放电参数进行放电，用户可就地通过液晶面板或远程通过上位机修改参数，放电电流不得超过0.12C(蓄电池允许条件下可放宽到0.4C)。

独立逆变状态时指本实用新型外接的交流母线与电网断开，其作为恒压/恒频的UPS电源，外接入交流母线，根据负载需要以及蓄电池组的荷电状态，按照主控系统的指令独立为交流母线上接入的负载供电的状态。

本实用新型在并网运行模式下，功率因数可由远程上位机根据系统需要来实时设定，即可以为系统提供动态无功补偿；在并网运行模式下，并网充电和并网放电状态之间可以根据控制指令直接进行切换；在并网充电状态下，完成对蓄电池组四个阶段的充电过程后，自动进入待机状态，等待放电指令；在并网放电状态下，蓄电池组电压达到放电终止电压(低电压)后，如果控制指令允许，本实用新型将自动转到并网充电状态，否则进入待机状态。

本实用新型具有以下有益效果：1)适用于各种储能电池以充电和放电的形式与电网交换能量；2)用以对储能元件进行充、放电的控制与管理；3)当与电网调度系统相配合时，能实现对电网负荷的“削峰填谷”；4)与间歇式分布式能源(小型风电、光伏)配合时，能平抑间歇式能源的波动性，使得间歇式能源的负荷特性趋于可控制的“电网友好型负荷”；5)当电网需要时，可作为D-STATCOM(配网静止无功发生器)使用，在总容量范围内提供就地的无功功率支撑；6)当与就地负荷、其他分布式能源组成微网并孤网运行时，能够为微网内的负荷提供稳定的电压和频率。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图。

图2为本实用新型运行模式及工作状态下的示意图。

图3为本实用新型四阶段充电控制策略框图。

图4为本实用新型并网放电控制策略框图。

图5为本实用新型控制策略框图。

具体实施方式

本实用新型所述的三相并网电池储能装置构成的100kW并网储能系统如图1中所示，外部的蓄电池组1由280节单体电压为2.35V的铅晶电池串联组成，每节蓄电池的容量为300Ah，蓄电池组的工作电压为500V～660V。三相电压型变流器4的直流侧通过直流断路器3和直流接触器2与外部蓄电池组1相连，直流接触器2的两端并联由二极管和500欧姆的充电电阻串联构成的预充电支路，直流接触器2的另一侧与直流母线11并联，直流母线11上并联容量为9000uF直流储能电容10，同时并联到三相电压型变流器4的直流侧。三相电压型变流器由耐压1200V的3桥臂的IPM智能功率模块构成，三相电压型变流器4的交流侧连接三相滤波电抗器5，三相滤波电抗器5的另一侧并联三相RC滤波电路6，并连接交流接触器7，交流接触器7与D/Y0型三相隔离变压器8的原边相连，隔离变压器8的副边通过交流断路器9与380V三相电网或100kW以内的负载相连(其中每相负载最大为35kW)。

本实用新型采用的控制器由以MCU和FPGA为核心的数字信号处理系统构成，所述的控制器采集直流侧的电压Udc、电流Idc，以及交流侧的电压uab、ubc、uca和电流ia、ib、ic，采用先进的无差拍数字控制技术产生控制信号，并通过光纤方式对三相电压型变流器进行控制。

本实用新型的运行模式及相应的工作状态的示意图如图2中所示，当工作在并网充电状态时，将采用所述的预充、快充、均充和浮充四阶段充电控制策略对蓄电池组进行充电。四阶段充电控制的逻辑框图如图3所示，其中Vc0、Vc1、Vc2分别为蓄电池组充电过程的拐点电压设定值；当工作在并网放电状态和独立逆变状态时，控制策略的逻辑框图分别为图4和5中所示，其中Vf1、Vf2分别为蓄电池组在静态和动态条件下的允许放电电压。

本实用新型在工作过程中，通过其上的液晶显示操作面板或远程的上位机进行“就地控制”或“远程控制”，其中“就地控制”具有较高的优先级。并网储能系统的工作状态可通过“就地”或“远程”的方式进行设定。

Claims (6)

1.一种三相并网电池储能装置，包括三相电压型变流器(4)，其特征在于所述三相电压型变流器(4)的直流侧分别连有直流断路器(3)和直流接触器(2)，直流接触器(2)的两端并联由二极管和充电电阻串联构成的预充电支路，直流接触器(2)的一侧与一直流母线(11)并联，该直流母线(11)上并联直流储能电容(10)同时并联到三相电压型变流器(4)的直流侧；所述三相电压型变流器(4)的交流侧连接三相滤波电抗器(5)，该三相滤波电抗器(5)的另一侧并联三相RC滤波电路(6)，并连接交流接触器(7)，所述的交流接触器(7)与一三相隔离变压器(8)的原边相连，该三相隔离变压器(8)的副边与交流断路器(9)相连。

2.根据权利要求1所述的三相并网电池储能装置，其特征在于所述的三相电压型变流器(4)的直流侧分别通过直流断路器(3)和直流接触器(2)与蓄电池组(1)相连。

3.根据权利要求2所述的三相并网电池储能装置，其特征在于所述三相隔离变压器(8)的副边通过交流断路器(9)与三相电网及负载相连。

4.根据权利要求1或2所述的三相并网电池储能装置，其特征在于所述的三相电压型变流器由三桥臂的智能功率模块构成。

5.根据权利要求1或3所述的三相并网电池储能装置，其特征在于所述的三相隔离变压器采用D/Y0型。

6.根据权利要求1所述的三相并网电池储能装置，其特征在于它有液晶显示操作面板及远程通信接口。

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