CN205039552U - 一种储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种储能系统，其中包含多个基本单元；每个基本单元设有能量转换系统和与之连接的电池组，所述能量转换系统的交流侧通过隔离变压器接入交流电网；其中，所有基本单元的电池组都是能量型储能的磷酸铁锂电池；或者，其中一些基本单元的电池组使用能量型储能的磷酸铁锂电池，另一些基本单元的电池组使用功率型储能的钛酸锂电池。本实用新型具备并网运行模式，可实现调峰控制、调频控制、无功电压控制的运行功能，充分发挥不同储能元件的各自优势，有效降低投资、运行成本。

Description

一种储能系统

技术领域

本实用新型涉及电力领域，特别涉及一种储能系统。

背景技术

常见的储能设备可分为功率型和能量型。前者具有功率密度大，响应速度快等优点，但能量密度较小，如超级电容器、超导储能、飞轮储能等；后者具有能量密度大，但功率响应较慢不适于频繁充放电，如蓄电池和抽水蓄能等。由于上述缺点的限制，单一种类的储能设备往往很难满足分布式发电与微网的要求，因此，结合两种或更多的储能组成混合储能系统，可以充分发挥两种储能设备技术上的互补性。混合储能技术是将具有快速响应特性循环周期寿命长的功率型储能和具有大容量储能特性的能量型储能联合使用，协调控制以最大限度地发挥各种储能技术的长处，提高储能系统的技术经济优势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种储能系统，具备并网运行模式，可实现调峰控制、调频控制、无功电压控制的运行功能，充分发挥不同储能元件的各自优势，有效降低投资、运行成本。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种储能系统，其中包含：

多个基本单元；每个基本单元设有能量转换系统和与之连接的电池组，所述能量转换系统的交流侧通过隔离变压器接入交流电网；

其中，所有基本单元的电池组都是能量型储能的电池；或者，其中一些基本单元的电池组使用能量型储能的电池，另一些基本单元的电池组使用功率型储能的电池。

优选地，所述能量型储能的电池是磷酸铁锂电池；

所述功率型储能的电池是钛酸锂电池。

优选地，在2MWh的储能系统中设有四个基本单元；每个基本单元设有500kW的能量转换系统，和与之对应的500kW×1h电池组使用磷酸铁锂电池。

优选地，在2MWh的储能系统中设有四个基本单元；每个基本单元设有500kW的能量转换系统；

其中一个基本单元设置的500kW×3h电池组使用磷酸铁锂电池，其余三个基本单元设置的500kW×0.333h电池组使用钛酸锂电池。

优选地，所述储能系统设置有电池管理系统，其分别通过CAN总线与各个能量转换系统进行通信，对所述能量转换系统各自对应的电池组进行监控保护。

优选地，所述储能系统设置有后台监控系统，其通过网关，对所述电池管理系统及各个基本单元内的能量转换系统进行监控。

优选地，所述储能系统与风电场分布式电源构成微网系统，通过低通滤波，计算钛酸锂电池和磷酸铁锂电池的参考功率分别为：

$P_{TL\_ref}=-\frac{T_{TL}\·S}{1+T_{TL}\·S}{P}_T$

$P_{LL\_ref}=-\frac{T_{LL}\·S}{(1+T_{TL}\·S)(1+T_{LL}\·S)}{P}_T$

其中，TL表示钛酸锂电池、LL表示磷酸铁锂电池，时间常数T_TL、T_LL；风电场分布式电源总的出力P_T。

本实用新型的储能系统，其优点在于：

利用磷酸铁锂储能系统具有高能量长时间充放电特性，满足系统较长时间的调峰功能需求；

利用功率型钛酸锂电池储能系统具有大功率高倍率充放电特性，满足系统短时的调频或定功能需求。

本实用新型提供的混合储能系统，兼具高功率密度、高能量密度、高循环寿命的特点，既能避免单独采用磷酸铁锂电池储能造成的功率超额配置，又可避免单独采用钛酸锂电池储能所引起的成本增加，有效降低了储能系统的投资成本。

附图说明

图1是本实用新型中以磷酸铁锂电池构建的2MWh储能系统的原理框图；

图2是本实用新型中以磷酸铁锂+钛酸锂电池构建的2MWh储能系统的原理框图；

图3是风电场与混合储能构成的微网系统的示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的储能系统，是一种2MWh电池储能系统，可采用两种方案实现。

如图1所示，方案一的储能系统中，电池系统全部采用磷酸铁锂电池。其中，设有4台PCS(能量转换系统)及其各自对应的磷酸铁锂电池10，具有高能量长时间充放电特性，可以满足系统较长时间的调峰功能需求。

储能系统以500kW×1h为基本单元，每个单元内部为1台500kW的PCS及与之分别连接的电池组及电池管理系统(BMS)构成，PCS的交流侧通过隔离变压器接入交流电网；由4套单元构成本方案所述的2MWh储能系统。

电池管理系统通过CAN总线与PCS进行通信，实现对电池的监控及保护；电池管理系统通过以太网和后台监控系统通信，实现大量非实时数据的上传和监控。配置监控系统一套，该监控系统通过网关实现对各基本单元内PCS和电池管理系统的监控。

如图2所示，方案二的储能系统中，电池系统采用两种类型的电池储能，包含500kWh的功率型电池系统(如钛酸锂电池系统)，和1.5MWh的能量型电池系统(如磷酸铁锂储能系统)。

功率型电池储能系统设有3台PCS及其各自对应的功率型电池30，具有大功率高倍率充放电特性，可以满足系统短时的调频或稳定功能需求；能量型的磷酸铁锂储能系统由1台PCS和对应的磷酸铁锂电池20组成，具有高能量长时间充放电特性，可以满足系统较长时间的调峰功能需求。

功率型电池储能系统以500W×0.333h为基本单元，磷酸铁锂储能系统以500kW×3h为基本单元，每个基本单元内部由1台500kWPCS及分别与之连接的相应电池组及电池管理系统构成，PCS的交流侧通过隔离变压器接入交流电网；3+1套单元构成本方案所述的2MWh储能系统。

电池管理系统通过CAN总线与PCS进行通信，实现对电池的监控及保护；电池管理系统通过以太网和后台监控系统通信，实现大量非实时数据的上传和监控。配置监控系统一套，监控通过网关实现对各基本单元内PCS装置和电池管理系统的监控。

本方案中从充分发挥不同储能元件的各自优势，降低投资、运行成本的角度出发，制定协调控制策略规则为：

1)功率密度大，循环寿命长的钛酸锂电池遵循优先放电的原则，同时充当“功率缓冲器”，用于平抑尖峰及往复性风电功率波动，从而减少蓄电池的匹配容量，避免蓄电池进行小功率、超倍率充放电，延长蓄电池使用寿命，降低投资、运行成本；

2)能量密度大的磷酸铁锂电池，是系统中的主要能量来源，用于平抑风电功率的长期稳态波动，并实时调节钛酸锂电池荷电状态，以及时响应风电功率的下次波动。

通过实施上述协调控制策略，使整个储能系统兼具高功率密度、高能量密度、高循环寿命的特点，既能避免单独采用磷酸铁锂电池储能造成的功率超额配置，又可避免单独采用钛酸锂电池储能所引起的成本增加，有效降低了储能系统的投资成本。

以图3所示由风电场与混合储能构成的微网系统为例，储能放电功率为正，充电功率为负，图3中的变量关系如下：

P_E＝P_line-P_W

其中：P_E为储能输出功率；P_line为并网联络线功率；P_W为风电输出功率。

上图的微网并网运行时，为减少风电等间歇式分布式电源对配网电能质量的影响，要对并网联络线输出功率进行平滑。钛酸锂电池功率密度大，循环寿命长，用于平抑尖峰及往复性风电功率波动；磷酸铁锂电池功率密度小能量密度大，用来补偿波动频率小但幅值较大的分量。

根据图3结合分布式电源并网功率波动要求和混合储能配置的容量，可确定钛酸锂电池和磷酸铁锂电池分别需要平抑的波动频率段，从而确定低通滤波对应的时间常数，得到各自的输出功率参考值。

可得钛酸锂电池和磷酸铁锂电池的参考功率分别为：

$P_{TL\_ref}=-\frac{T_{TL}\·S}{1+T_{TL}\·S}{P}_T$

$P_{LL\_ref}=-\frac{T_{LL}\·S}{(1+T_{TL}\·S)(1+T_{LL}\·S)}{P}_T$

上述TL表示钛酸锂电池、LL表示磷酸铁锂电池，时间常数T_TL、T_LL；P_T为分布式电源总的出力。将低通滤波得到的参考功率作为储能系统恒功率控制的参考值，即可达到平滑波动的控制效果。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种储能系统，其特征在于，包含：

多个基本单元；每个基本单元设有能量转换系统和与之连接的电池组，所述能量转换系统的交流侧通过隔离变压器接入交流电网；

其中，所有基本单元的电池组都是能量型储能的电池；或者，其中一些基本单元的电池组使用能量型储能的电池，另一些基本单元的电池组使用功率型储能的电池。

2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，

所述能量型储能的电池是磷酸铁锂电池；

所述功率型储能的电池是钛酸锂电池。

3.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，

在2MWh的储能系统中设有四个基本单元；每个基本单元设有500kW的能量转换系统，和与之对应的500kW×1h电池组使用磷酸铁锂电池。

4.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，

在2MWh的储能系统中设有四个基本单元；每个基本单元设有500kW的能量转换系统；

其中一个基本单元设置的500kW×3h电池组使用磷酸铁锂电池，其余三个基本单元设置的500kW×0.333h电池组使用钛酸锂电池。

5.如权利要求3或4所述的储能系统，其特征在于，

所述储能系统设置有电池管理系统，其分别通过CAN总线与各个能量转换系统进行通信，对所述能量转换系统各自对应的电池组进行监控保护。

6.如权利要求5所述的储能系统，其特征在于，

所述储能系统设置有后台监控系统，其通过网关，对所述电池管理系统及各个基本单元内的能量转换系统进行监控。

7.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，

所述储能系统与风电场分布式电源构成微网系统，钛酸锂电池和磷酸铁锂电池的参考功率分别为：

$P_{TL\_ref}=-\frac{T_{TL}\·S}{1+T_{TL}\·S}{P}_T$

$P_{LL\_ref}=-\frac{T_{LL}\·S}{(1+T_{TL}\·S)(1+T_{LL}\·S)}{P}_T$

其中，TL表示钛酸锂电池、LL表示磷酸铁锂电池，时间常数T_TL、T_LL；风电场分布式电源总的出力P_T。