CN215009622U - 一种储能系统并网装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能系统并网装置，包括用于连接电源与电网的并网变压器，并网装置还包括新增绕组、新增母线以及储能装置；新增绕组设置在并网变压器内，与并网变压器的网侧绕组耦合；新增母线连接新增绕组和储能装置；储能装置包括储能变流器，通过储能变流器监测电源，根据电源的状态通过新增绕组对电网进行无功补偿，且储能变流器包括串联的储能功率单元，通过串联的储能功率单元直接输出新增母线电压等级的相电压。该储能系统并网装置内无需设置升压变压器就能实现与电网连接，节省了设备成本和能量损耗，并且在实现储能的同时，还可以对电网进行无功补偿。

Description

一种储能系统并网装置

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，特别涉及一种储能系统并网装置。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，国家政策的大力扶持，电化学储能系统已经广泛应用于火力电厂的调峰调频、平滑风力和光伏发电的功率波动、用户侧后备电源调峰等诸多领域。

目前在新能源项目中，较多采用常规储能系统，即多簇电池架并联接入一台集中式低压PCS(Process Control System，过程控制系统)，多台集中式低压PCS并联，然后经升压变压器升压，通过环网柜接入集成线路，最终接入电网。采用传统的集中式低压储能系统，每个2.5MW的储能单元都需配置1台升压变压器，且还需要投入无功补偿装置及其升压设备。

现有新能源场景下的储能系统方案存在以下缺点：1.储能系统的转换效率会因为每个储能单元都必备的变压器和相关配套设备产生的损耗而降低3％左右；2.每个储能单元的变压器和相关配套设备成本之和占成套储能系统的6％左右，导致储能电站投资成本上升；3.新能源项目必须配置的无功补偿装置需通过变压器才能接入新能源母线的开关间隔，而无功补偿装置在新能源场站中的利用率并不高，但一旦启动就会产生非常大的损耗。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种储能系统并网装置，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开一种储能系统并网装置，包括用于连接电源与电网的并网变压器，所述并网装置还包括新增绕组、新增母线以及储能装置；

所述新增绕组设置在所述并网变压器内，与所述并网变压器的网侧绕组耦合；

所述新增母线连接所述新增绕组和所述储能装置；

所述储能装置包括储能变流器，通过所述储能变流器监测所述电源，根据所述电源的状态通过所述新增绕组对电网进行无功补偿，且所述储能变流器包括串联的储能功率单元，通过串联的储能功率单元直接输出所述新增母线电压等级的相电压。

进一步地，所述新增母线的电压等级为10kV或6kV。

进一步地，所述储能变流器通过每一相串联12-24个相同的所述储能功率单元，直接输出10kV或6kV的相电压。

进一步地，每个所述储能功率单元均包括功率变换电路；对应每个所述储能功率单元分别设置有独立的电池簇；

各所述功率变换电路的直流侧端口连接各自对应的电池簇，各所述功率变换电路的交流侧端口彼此串联。

进一步地，所述功率变换电路包括由IGBT组成的H桥以及滤波电容，所述滤波电容与所述电池簇并联。

进一步地，所述储能装置包括三个相集装箱，每个相集装箱用于放置产生一相电压的全部电池簇和储能变流器；

所述电池簇和所述储能变流器分别布置在相互独立的两个室内，两个室之间通过防火门隔离布置。

进一步地，放置所述储能变流器的室底部采用蜂窝孔结构，两侧设有若干个用于散热的排风装置。

进一步地，放置所述电池簇的室顶部设有若干个调温装置，放置所述电池簇的电池架之间设有风道。

进一步地，各所述电池簇之间通过防火板材阻隔。

进一步地，所述储能装置的各相链路上均设有电抗器。

本实用新型的优点及有益效果是：

本实用新型的储能系统并网装置中，储能装置直接通过新增母线与并网变压器内的新增绕组连接，能够向电网直接输出与新增母线电压等级相匹配的三相交流电，相比于现有技术中储能系统通过设置额外的并网变压器与电网连接，该储能系统并网装置只需在原并网变压器中设置新增绕组，就可实现并网，省去了设置额外并网变压器。并且，由于储能装置可以直接输出与新增母线电压等级相同的相电压，因而在储能装置与新增母线之间无需设置变压器以及变压器的相关设备，提高了整体能量传递的效率。该并网装置中变压器使用数量少，节约了储能设备的成本，降低了整体装置的能量损耗，减小了占地面积。同时，该并网装置可实现对电网进行无功补偿，省去了无功补偿装置的配置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型的一个实施例中储能系统并网装置的连接结构图；

图2为本实用新型的一个实施例中储能装置的连接结构图；

图3为本实用新型的一个实施例中储能功率单元的连接结构图；

图4为本实用新型的一个实施例中相集装箱内部结构的俯视图；

图5为本实用新型的一个实施例中中控集装箱内部结构的俯视图；

图6为本实用新型的一个实施例中控制室的截面图；

图7为本实用新型的一个实施例中电池室的截面图。

图中：1、电源；2、并网变压器；3、新增绕组；4、新增母线；5、储能装置；6、储能功率单元；7、功率变换电路；8、电池簇；9、防火门；10、排风装置；11、调温装置；12、风道；13、风机；14、电抗器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

本实用新型一个实施例公开一种储能系统并网装置，如图1所示，该并网装置包括用于连接电源1与电网的并网变压器2，并网装置还包括新增绕组3、新增母线4以及储能装置5；其中，电源1为新能源发电装置，比如通过太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能或潮汐能等实现发电的装置。

新增绕组3设置在并网变压器2内，与并网变压器2的网侧绕组耦合；并网变压器2内具体包括网侧绕组、阀侧绕组和新增绕组3，网侧绕组与电网连接，阀侧绕组与电源1连接，新增绕组3通过新增母线4与储能装置5连接。例如，新增母线4为10kV母线，并网变压器2为10-15MVA的变压器，并网变压器2的一次侧额定电压为110kV甚至更高，二次侧额定电压分别为35kV\10kV。

储能装置5包括储能变流器，通过储能变流器监测电源1，储能装置5根据电源1的状态通过新增绕组3对电网进行无功补偿；当监测到电源1的输出功率高于额定功率，电压过高时，电网中的电能通过新增绕组3和新增母线4流向储能变流器，实现多余电能的存储，进而降低电网的电压；当监测到电源1的输出功率低于额定功率，电压过低时，储能变流器中的电能通过新增母线4和新增绕组3流向电网，实现电网电能的补偿，进而提高电网的电压；且储能变流器包括串联的储能功率单元，通过串联的储能功率单元6直接输出新增母线4电压等级的相电压，因此在储能功率单元6与新增母线4之间无需设置升压变压器。具体地，储能变流器包括三条储能功率链路，分别为A相、B相和C相，每条储能功率链路上串联设置若干个储能功率单元6。

综上，本实施例的储能系统并网装置中，储能装置5直接通过新增母线4与并网变压器2内的新增绕组3连接，能够向电网直接输出满足要求的较高电压的三相交流电，相比与现有技术中储能系统通过设置额外的并网变压器与电网连接，该储能系统并网装置只需在电源1的并网变压器2中设置新增绕组3，就可实现并网，节省了额外的并网变压器。并且，由于储能装置5可以直接输出与新增母线4电压等级相同的相电压，因而在储能装置5与新增母线4之间无需设置变压器以及变压器的相关设备，提高了整体能量传递的效率。该并网装置中只需设置一台站用变压器用于站内设备操作控制、照明、直流充电装置和检修电源，变压器使用数量变少，节约了储能设备的成本，降低了整体装置的能量损耗，减小了占地面积。同时，该并网装置采用的四象限解耦与控制技术可以有效解决储能系统并网运行过程中有功功率和无功功率的独立控制与快速调节问题，实现对电网进行无功补偿，省去了无功补偿装置的配置。

优选地，新增母线4的电压等级为10kV或6kV。当然可以根据需要，新增母线4为其他电压等级。

在一个实施例中，为了使储能变流器直接输出新增母线电压等级的相电压，储能变流器通过每一相串联12-24个相同的储能功率单元6，进而直接输出10kV或6kV的相电压，如图2所示，储能变流器每一相串联20个储能功率单元6。其中，储能变流器每相中储能功率单元6的数量相同，且各储能功率单元6的规格相同，进而保证各相输出电压相同。

在一个实施例中，如图3所示，每个储能功率单元6均包括：功率变换电路7；对应每个储能功率单元6分别设置有独立的电池簇8。

各功率变换电路7的直流侧端口连接各自对应的电池簇8，各功率变换电路7的交流侧端口彼此串联，每个功率变换电路7和一个电池簇8构成一个回路，减少甚至杜绝了电池簇8与电池簇8之间的并联，由于单个电池簇8不会影响其他电池簇8的充放电情况，大大提高了电池簇8的一致性，提高了储能系统的可利用容量。

储能功率单元6还包括单元控制器；单元控制器与功率变换电路7电性连接，单元控制器用于功率变换电路7的信号采样、信号转换、驱动控制以及监控设备间的通讯。

优选地，如图3所示，功率变换电路包括由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)组成的H桥以及滤波电容C，滤波电容C与电池簇8并联。功率变换电路的具体连接为：第一IGBT Q1的集电极与储能功率单元6的直流侧端口的正极相连，发射极与第二IGBT Q2的集电极相连，第二IGBT Q2的发射极与储能功率单元6的直流侧端口的负极相连，构成H桥的第一桥臂，第三IGBT Q3的发射极与第四IGBT Q4的集电极相连，构成H桥的第二桥臂，第一桥臂、第二桥臂和滤波电容C并联连接。滤波电容C的作用为储能和滤波。

根据监测的电源状态，通过控制IGBT的工作状态，实现储能或功率补偿。储能装置的输出电压由多个储能功率单元6输出电压移相叠加而成，该储能装置中无需滤波即可输出接近正弦波的电压波形，且输出的电能质量满足相关国家标准要求。

在一个实施例中，储能装置包括三个相集装箱，每个相集装箱用于放置产生一相电压的全部电池簇和储能变流器；三个相集装箱通过互差120°进行设置，三个相集装箱组成即可输出三相对称的输出电压等级。

如图4所示，相集装箱分为控制室和电池室，电池簇和储能变流器分别布置在这两个相互独立的室内，控制室和电池室之间通过防火门9隔离布置。

控制室内可设置多个控制柜，用于放置储能变流器；电池室内可设置多个电池架，用于放置电池簇。

储能装置还包括中控集装箱，如图5所示，中控集装箱内设有进线柜、启动柜、主控制柜和EMS(Energy Management System，能量管理系统)柜等，用于放置主控设备以及新增母线与储能变流器之间的接线、隔离开关等，实现对各相集装箱内设备的控制。

在一个优选实施例中，放置储能变流器的室底部采用蜂窝孔结构，保证箱外的空气能流入箱内，并且蜂窝孔结构中的小孔可有效防止蚊子等小动物的进入箱内，另外也会对空气进行过滤处理，减少粉尘的进入箱内。如图4和图6所示，控制室的两侧设有若干个用于散热的排风装置10，排风装置10可以把控制室内的热空气排出箱外，使箱外的冷空气从蜂窝孔结构进入箱内，实现空气循环，进而降低箱内温度。

在一个实施例中，如图7所示，放置电池簇的室顶部设有若干个调温装置11，调温装置11可为空调，放置电池簇的电池架之间设有风道12，风机13把电池簇产生的热空气吸入风道12内，调温装置11把风道12内的热空气吸进，然后制成冷风吹出，形成一个热量循环系统，进而降低电池簇因为充放电而产生的热量，提高电池簇的使用寿命；各电池簇之间通过防火板材阻隔，例如采用涂覆有防火材料的钢板阻隔，用于阻断火势的蔓延。

优选地，如图2所示，储能装置的各相链路上均设有电抗器14，电抗器14主要起到限流和滤波的作用。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能系统并网装置，包括用于连接电源与电网的并网变压器，其特征在于，所述并网装置还包括新增绕组、新增母线以及储能装置；

所述新增绕组设置在所述并网变压器内，与所述并网变压器的网侧绕组耦合；

所述新增母线连接所述新增绕组和所述储能装置；

所述储能装置包括储能变流器，通过所述储能变流器监测所述电源，根据所述电源的状态通过所述新增绕组对电网进行无功补偿，且所述储能变流器包括串联的储能功率单元，通过串联的储能功率单元直接输出所述新增母线电压等级的相电压。

2.根据权利要求1所述的储能系统并网装置，其特征在于，所述新增母线的电压等级为10kV或6kV。

3.根据权利要求2所述的储能系统并网装置，其特征在于，所述储能变流器通过每一相串联12-24个相同的所述储能功率单元，直接输出10kV或6kV的相电压。

4.根据权利要求1所述的储能系统并网装置，其特征在于，每个所述储能功率单元均包括功率变换电路；对应每个所述储能功率单元分别设置有独立的电池簇；

各所述功率变换电路的直流侧端口连接各自对应的电池簇，各所述功率变换电路的交流侧端口彼此串联。

5.根据权利要求4所述的储能系统并网装置，其特征在于，所述功率变换电路包括由IGBT组成的H桥以及滤波电容，所述滤波电容与所述电池簇并联。

6.根据权利要求4所述的储能系统并网装置，其特征在于，所述储能装置包括三个相集装箱，每个相集装箱用于放置产生一相电压的全部电池簇和储能变流器；

所述电池簇和所述储能变流器分别布置在相互独立的两个室内，两个室之间通过防火门隔离布置。

7.根据权利要求6所述的储能系统并网装置，其特征在于，放置所述储能变流器的室底部采用蜂窝孔结构，两侧设有若干个用于散热的排风装置。

8.根据权利要求6所述的储能系统并网装置，其特征在于，放置所述电池簇的室顶部设有若干个调温装置，放置所述电池簇的电池架之间设有风道。

9.根据权利要求6所述的储能系统并网装置，其特征在于，各所述电池簇之间通过防火板材阻隔。

10.根据权利要求1所述的储能系统并网装置，其特征在于，所述储能装置的各相链路上均设有电抗器。

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