CN206023241U - 一种共直流母线的混合储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共直流母线的混合储能系统，包括电池管理系统、储能系统、能量转换系统和储能监控系统，电池管理系统与储能系统连接，储能系统与能量转换系统PCS的输入端连接，能量转换系统PCS的输出端与交流电网连接；能量转换系统PCS包括双向DC/DC变换模块、双向DC/AC变换模块、隔离变压器和PCS控制器，双向DC/DC变换模块通过直流母线与双向DC/AC变换模块的输入端连接，双向DC/AC变换模块的输出端与隔离变压器的输入端连接；PCS控制器分别与双向DC/DC变换模块和双向DC/AC变换模块连接。本实用新型的优点在于：其集成了多种不同储能特性的电池单元，克服了传统单一储能元件方案的缺陷，最大程度地发挥了各种储能单元的优点，提高了储能系统的经济性。

Description

一种共直流母线的混合储能系统

技术领域

本实用新型涉及电力储能领域，具体地指一种共直流母线的混合储能系统。

背景技术

储能作为能源互联网建设中的重要支撑环节，具有削峰填谷、平滑电网波动以及消纳清洁能源等重要作用。目前储能技术种类繁多，单一的储能技术很难同时满足能量密度、功率密度、系统效率、使用寿命、成本等性能指标。超级电容器功率密度大、响应速度快、循环寿命长，但能量密度小，不适合长时间储能；锂离子电池能量密度大，电压平台宽，不适合补偿短时脉冲功率波动；全钒液流电池循环寿命长，可以大功率深度充放电，但能量密度偏低。因此，在电网应用中，储能的发展趋势之一是将两种或多种储能技术进行复合利用最大程度地发挥各种储能技术的优势，降低储能系统全寿命周期费用，提高储能系统的经济性。

中国专利号201210460685.9公开了一种共直流母线混合储能系统的协调控制方法，通过对锂离子储能系统和超级电容器储能系统的协调控制，实现了不同类型储能系统的合理利用，但是该发明仅限于光伏、储能以及负荷在直流系统的应用，未涉及混合储能系统与交流电网的接入。

中国专利号201010197033.1公开了一种混合储能系统，包含超级电容器和蓄电池组两种储能元件，充分发挥了两种储能元件的优势，形成了寿命长、效率高和功率大的混合储能系统。该系统克服了单一储能的劣势，但是缺少容量配置灵活的能量型储能元件，不适用于大规模的电力储能领域。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要提供一种共直流母线的混合储能系统，该系统集成了多种性能互补的储能元件，具有响应速度快，系统扩容方便，冗余性好，可靠性高等特点，克服了传统单一储能元件方案的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型所设计的一种共直流母线的混合储能系统，它包括电池管理系统、储能系统、能量转换系统和储能监控系统，所述电池管理系统与储能系统连接，所述储能系统与能量转换系统PCS的输入端连接，所述能量转换系统PCS的输出端与交流电网连接；所述能量转换系统PCS包括双向DC/DC变换模块、双向DC/AC变换模块、隔离变压器和PCS控制器，所述双向DC/DC变换模块的输出端通过直流母线与双向DC/AC变换模块的输入端连接，所述双向DC/AC变换模块的输出端与隔离变压器的输入端连接；所述PCS控制器分别与双向DC/DC变换模块和双向DC/AC变换模块连接；所述储能系统与双向DC/DC变换模块的输入端连接，所述隔离变压器的输出端与交流电网连接。

进一步地，所述隔离变压器与交流电网之间设有隔离开关。

更进一步地，还包括储能监控系统，所述储能监控系统分别与电池管理系统、PCS控制器、隔离开关和交流电网连接。

作为优选项，所述电池管理系统、储能系统和双向DC/DC变换模块均设有多个，所述电池管理系统与其对应的储能系统连接，所述储能系统与其对应的双向DC/DC变换模块连接，多个所述DC/DC变换模块均通过直流母线与双向DC/AC变换模块连接。

本实用新型的优点在于：其集成了多种不同储能特性的电池单元，克服了传统单一储能元件方案的缺陷，最大程度地发挥了各种储能单元的优点，提高了储能系统的经济性。同时，其能量转换装置采用了共直流母线的拓扑结构，简化了系统的电路结构，实现了多种储能单元灵活接入交流电网，能有效平抑新能源发电和配电网中的各种低频、中频和高频波动，提高储能系统保障电网供电质量和供电稳定性的能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：电池管理系统1、储能系统2、能量转换系统PCS3、交流电网4、双向DC/DC变换模块5、直流母线6、双向DC/AC变换模块7、隔离变压器8、PCS控制器9、隔离开关10、储能监控系统11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1所示的一种共直流母线的混合储能系统，包括电池管理系统1、储能系统2、能量转换系统PCS3和储能监控系统11，所述电池管理系统1与储能系统2连通，所述储能系统2与能量转换系统PCS3的输入端连接，所述能量转换系统PCS3的输出端与交流电网4连接；所述能量转换系统PCS3包括双向DC/DC变换模块5、双向DC/AC变换模块7、隔离变压器8和PCS控制器9，所述双向DC/DC变换模块5的输出端通过直流母线6与双向DC/AC变换模块7的输入端连接，所述双向DC/AC变换模块7的输出端与隔离变压器8的输入端连接；所述PCS控制器9分别与DC/DC变换模块5和双向DC/AC变换模块7连接；所述储能系统2与双向DC/DC变换模块7的输入端连接，所述隔离变压器8的输出端通过隔离开关10与交流电网4连接。所述电池管理系统1、储能系统2和双向DC/DC变换模块5均设有多个，所述电池管理系统1与其对应的储能系统2连接，所述储能系统2与其对应的双向DC/DC变换模块5连接，所述多个DC/DC变换模块5均通过直流母线6与双向DC/AC变换模块7连接。

其还包括储能监控系统11，所述储能监控系统11分别与电池管理系统1、PCS控制器9、隔离开关10和交流电网4连接。

实际使用时：

电池管理系统1采集储能系统2的单体电压、总电压、总电流、温度等参数，监视储能系统2的运行状态，保障储能电池组的安全稳定可靠运行。

储能系统2由具有不同储能特性的电池单元组成，分别是功率型储能元件、功率能量混合型储能元件和能量型储能元件，不同电池单元之间特性互补，最大程度地发挥各种储能技术的优势。

能量转换系统PCS3实现储能系统2交直流充放电转换，不同特性的储能系统2经过双向DC/DC变换模块5接入直流母线6，双向DC/AC变换模块7经过隔离变压器8接入交流电网4，PCS控制器9通过内部高速通信总线与双向DC/DC变换模块5和双向DC/AC变换模块7进行实时通信，实现对双向DC/DC变换模块5和双向DC/AC变换模块7的控制。能量转换系统PCS3具有以太网通信接口，方便与储能监控系统通信，通信协议采用标准的MODBUS-TCP通信规约。

隔离变压器8用于隔离交流电网4以及匹配电网电压。

储能监控系统11通过串口或CAN通信接口与电池管理系统1连接，与PCS控制器9采用以太网进行通信，同时控制隔离开关10的断开和闭合，通过隔离开关15的控制实现储能系统与电网的接入和断开。

当储能系统2处于并网运行模式时，储能监控系统11采集交流电网4输入侧三相电压、三相电流等运行参数，根据交流电网4状态以及各储能系统2的运行参数控制混合储能系统2的各储能单元进行恒电流或恒功率充放电控制。

当储能系统2处于离网运行模式时，储能监控系统11控制能量转换系统PCS3由P/Q模式切换到V/f模式，支撑微电网内的重要负荷供电。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种共直流母线的混合储能系统，包括电池管理系统(1)、储能系统(2)、能量转换系统PCS(3)和储能监控系统(11)，其特征在于：所述电池管理系统(1)与储能系统(2)连接，所述储能系统(2)与能量转换系统PCS(3)的输入端连接，所述能量转换系统PCS(3)的输出端与交流电网(4)连接；

所述能量转换系统PCS(3)包括双向DC/DC变换模块(5)、双向DC/AC变换模块(7)、隔离变压器(8)和PCS控制器(9)，所述双向DC/DC变换模块(5)的输出端通过直流母线(6)与双向DC/AC变换模块(7)的输入端连接，所述双向DC/AC变换模块(7)的输出端与隔离变压器(8)的输入端连接；所述PCS控制器(9)分别与双向DC/DC变换模块(5)和双向DC/AC变换模块(7)连接；

所述储能系统(2)与双向DC/DC变换模块(5)的输入端连接，所述隔离变压器(8)的输出端与交流电网(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种共直流母线的混合储能系统，其特征在于：还包括储能监控系统(11)，所述储能监控系统(11)分别与电池管理系统(1)、PCS控制器(9)、隔离开关(10)和交流电网(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种共直流母线的混合储能系统，其特征在于：所述电池管理系统(1)、储能系统(2)和双向DC/DC变换模块(5)均设有多个，所述电池管理系统(1)与其对应的储能系统(2)连接，所述储能系统(2)与其对应的双向DC/DC变换模块(5)连接，所述多个DC/DC变换模块(5)通过直流母线(6)与双向DC/AC变换模块(7)连接。

4.根据权利要求1所述的一种共直流母线的混合储能系统，其特征在于：所述隔离变压器(8)与交流电网(4)之间设有隔离开关(10)。