CN216121816U - 一种混合储能电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合储能电源装置，包括控制柜，控制柜连接功率柜，功率柜连接有电池柜，所述电池柜连接超级电容柜；本实用新型的装置使得储能电源装置的功率输出大幅提高，充放电速度更快，能够对新能源发电的输出进行快速调节，响应速度更快，同时超级电容器混合储能电源装置整体的使用寿命及温度性能也大幅提升。

Description

一种混合储能电源装置

技术领域

本实用新型属于电气行业储能技术领域，涉及一种混合储能电源装置。

背景技术

采用磷酸铁锂的电化学储能装置广泛应用于电网中，用于解决新能源发电间隙性、不稳定的问题。部分地区要求新上的新能源发电场，强制标配10％的储能装置，用于提高功率稳定输出、削峰填谷等。

对于现有的电化学储能装置存在不少的问题，磷酸铁锂电池的循环使用寿命只有几千次，使用的温度范围-20℃－60℃左右，同时装置的充放电速度一般只有1C，充放电速度相对慢，对于需要快速功率支撑的场合时，装置无法做出反应。

超级电容器混合储能电源装置，采用超级电容器及锂离子电池作为储能器件，装置结合继承了锂离子电池大容量的特性的同时，也继承了超级电容器充放电速度快、寿命长、温度范围广等特性。超级电容器在储能电源装置中的使用，对磷酸铁锂电池也是一种互补，减少电池的快速充放电的次数，可提高磷酸铁锂电池的寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种混合储能电源装置，解决了现有储能装置中存在输出功率小、功率输出响应慢、寿命短的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种混合储能电源装置，包括控制柜，控制柜连接功率柜，功率柜连接有电池柜，电池柜连接超级电容柜。

本实用新型的特点还在于：

其中控制柜包括控制器、显示器、电池及超容管理系统、升压变、380V母线；

所述功率柜包括电池PCS、超级电容器PCS、超级电容器DC/DC模块；

所述电池柜包括电池模组；

所述超级电容柜包括超容模组；

所述电池PCS与超级电容器PCS分别通过开关与380V母线相联，电池PCS与电池模组相联，超级电容器PCS与超级电容器DC/DC模块相联，超级电容器DC/DC模块与超容模组相联；电池模组、超容模组通过通信线与电池及超容管理系统相联；电池PCS、超级电容器PCS、超级电容器DC/DC模块通过通信线与控制器相联；控制器与电池及超容管理系统通过通信线相联；控制器与显示器通过通信线相联；升压变与380V母线相联；

其中升压变可替换为所需电压等级的变压器。

其中电池及超容管理系统可替换成电池管理系统与超级电容器管理系统两部分，分别与电池PCS和超级电容器PCS相联结；

其中电池模组包括磷酸铁锂电池或蓄电池或钛酸锂电池；

其中电池PCS为功率转换单元，电池PCS的直流DC端连接电池，电池PCS的交流AC端通过开关连接380V母线；超级电容器DC/DC模块为直流功率转换单元，超级电容器DC/DC模块的低压直流DC端连接超容模组，超级电容器DC/DC模块的高压DC端连接超级电容器PCS。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种混合储能电源装置使得储能电源装置的功率输出大幅提高，充放电速度更快，能够对新能源发电的输出进行快速调节，响应速度更快，同时超级电容器混合储能电源装置整体的使用寿命及温度性能也大幅提升；同时使用超级电容器、磷酸铁锂电池作为储能器件的储能电源装置，广泛应用于风电场、光伏场、用于快速的解决新能源发电间隙性输出的问题，使用输出的功率更加稳定。

附图说明

图1是本实用新型的一种混合储能电源装置的外观图；

图2是本实用新型的一种混合储能电源装置的原理图。

图中，1.控制柜，2.功率柜，3.电池柜，4.超级电容柜，5.电池PCS，6.电池模组，7.超级电容器PCS，8.超级电容器DC/DC模块，9.超容模组，10.控制器，11.电池及超容管理系统，12.显示器，13.380V母线，14.升压变。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供了一种混合储能电源装置，如图1所示，整个装置外形由4部分组成，控制柜1与功率柜2相连，功率柜2与电池柜3相连，电池柜3与超级电容柜4相连；

控制柜1由控制器10、显示器12、电池及超容管理系统11、升压变14、380V母线13组成；功率柜2由电池PCS 5、超级电容器PCS 7、超级电容器DC/DC模块8组成；电池柜3由电池模组6组成；超级电容器柜4由超容模组9组成；

如图2所示，其中电池PCS5通过开关与380V母线13相联，超级电容器PCS7也通过开关与380V母线13相联，电池PCS 5与电池模组6相联，超级电容器PCS 7与超级电容器DC/DC模块8相联，超级电容器DC/DC模块8与超容模组9相联；电池模组6、超容模组9通过通信线与电池及超容管理系统11相联；电池模组6包括磷酸铁锂电池或蓄或钛酸锂电池等，电池PCS5、超级电容器PCS 7、超级电容器DC/DC模块8通过通信线与控制器10相联；控制器10与电池及超容管理系统11通过通信线相联；电池及超容管理系统11可替换成电池管理系统与超级电容器管理系统两部分，分别与电池PCS5和超级电容器PCS7相联结，控制器10与显示器12通过通信线相联；升压变14与380V母线13相联；其中升压变14可去掉，或更换成所需电压等级的变压器；

超级电容器PCS 7用于能量的快速的释放，快速的充放电，在需要快速的功率支撑时，超容电容器进行功率的支撑，超级电容器放电电压范围可以是从0V到额定电压，磷酸铁锂电池具有能量密度大的特点，用于长时间的能量输出，使装置具备削峰填谷的功能；

电池PCS5为功率转换单元，电池PCS5直流DC端连接电池，电池PCS5交流AC端通过开关连接380V母线13，电池PCS5用于电池的充放电，对电池的能量进行转换；超级电容器DC/DC模块8为直流功率转换单元，低压直流DC端连接超级电容器，高压DC端连接超级电容器PCS7，用于将0V－600V的直流电转化为稳定的700V直流电；超级电容器PCS7跟电池PCS5为功率转换单元功能一样，将稳定的700V直流电转化为母线交流380V电压；

控制器10用于对电池PCS5、超级电容器PCS7、超级电容器DC/DC模块8等进行控制，控制电池PCS5及超级电容器PCS7的充放电时间，控制三者的功率输出；同时控制器10与电池及超容管理系统11相联，用于显示电池与超级电容器的运行状态；

控制器在装置中起整体协调控制作用，控制策略如下：

控制器接收风机等输出的电压、电流信号，控制器对输入的信号进行分析，计算风机等的输出功率，对功率数据进行记录并进行显示；

控制器对功率的数据进行跟踪分析，对输出功率进行预测，计算出一段时间内的平均值，及功率的波动方差，当功率大于平均值一定量后，控制器将充电的命令发送给PCS5、PCS7、超级电容器DC/DC模块8，对超级电容器及电电池进行充电；如电池及超容已经充满电则让其处于热备用状态；

当功率小于平均值一定量后，控制器首先将放电的命令发送给PCS7、超级电容器DC/DC模块8，利用超级电容器对输出功率进行快速的支撑；当超级电容器放电完后，控制器再将放电的命令发送给PCS5，对电池进行放电，对风机等的输出功率进行补偿；

电池及超容管理系统11用于对电池及超级电容器的运行状态进行管理，对电池的运行电压、电流、温度数据进行采集并将数据发送给控制器，同时对电池及超级电容器进行保护；

显示器12用于对控制器的状态、记录、参数、报警等进行显示。升压变14用于将交流380V电压转化为风机常用的690V交流电等；

控制器10对电池PCS5、超级电容器PCS7、超级电容器DC/DC模块8等同时进行控制，让三者协调工作，控制电池、超级电容器的充放电，控制其快速的进行功率支撑；

电池及超容管理系统11是将电池及超级电容管理系统做在一起，能够同时采集超级电容器及电池的电流、电压、温度等数据；

储能元件同时有超级电容器及电池，并且同时发挥超级电容器功率密度大、充放电快、寿命长、温度范围广的特点及电池能量密度大的特点，在需快速支撑时，超级电容器进行充放电，在需要长时间的能量支撑时使用电池；

本实用新型的一种混合储能电源装置的具体使用过程为：

装置上电、各开关合闸后，控制器10将充电指令发给电池PCS5，对电池进行充电，并同时发送给超级电容器PCS7、超级电容器DC/DC模块8对超级电容器进行充电，电池PCS5及超容管理系统11采集电池及超级电容器PCS7的电流、电压、温度等数据并传输级控制器10，控制器10将数据传输给显示器12并进行显示；

当外界380V母线13频率低于设定值时，控制器10利用超级电容器PCS7支路快速放电的特性，将放电的指令发送给超级电容器PCS7、超级电容器DC/DC模块8放超级电容器的能量进行释放，用于380V母线13的频率快速支撑；当时间长于设定值时电池支路也进行输出，对电网频率进行补充；

当外界380V母线13功率高于设定值时，控制器10利用超级电容器PCS7支路快速放电的特性，将放电的指令发送给超级电容器PCS7、超级电容器DC/DC模块8放超级电容器的能量进行释放，用于380V母线13的功率快速支撑；当时间长于设定值时电池支路也进行输出，对电网功率进行补充；当外界380V母线13功率高于设定值时，控制器10将充电的指令发送给超级电容器PCS7、超级电容器DC/DC模块8对超级电容器进行充电，降低母线的功率。

Claims (5)

1.一种混合储能电源装置，其特征在于，包括控制柜(1)，控制柜(1)连接功率柜(2)，功率柜(2)连接有电池柜(3)，所述电池柜(3)连接超级电容柜(4)；

控制柜(1)包括控制器(10)、显示器(12)、电池及超容管理系统(11)、升压变(14)、380V母线(13)；

所述功率柜(2)包括电池PCS(5)、超级电容器PCS(7)、超级电容器DC/DC模块(8)；

所述电池柜(3)包括电池模组(6)；

所述超级电容柜(4)包括超容模组(9)；

所述电池PCS(5)与超级电容器PCS(7)分别通过开关与380V母线(13)相联，电池PCS(5)与电池模组(6)相联，超级电容器PCS(7)与超级电容器DC/DC模块(8)相联，超级电容器DC/DC模块(8)与超容模组(9)相联；电池模组(6)、超容模组(9)通过通信线与电池及超容管理系统(11)相联；电池PCS(5)、超级电容器PCS(7)、超级电容器DC/DC模块(8)通过通信线与控制器(10)相联；控制器(10)与电池及超容管理系统(11)通过通信线相联；控制器(10)与显示器(12)通过通信线相联；升压变(14)与380V母线(13)相联。

2.根据权利要求1所述的一种混合储能电源装置，其特征在于，所述升压变(14)可替换为所需电压等级的变压器。

3.根据权利要求1所述的一种混合储能电源装置，其特征在于，所述电池及超容管理系统(11)可替换成电池管理系统与超级电容器管理系统两部分，分别与电池PCS(5)和超级电容器PCS(7)相联结。

4.根据权利要求1所述的一种混合储能电源装置，其特征在于，所述电池模组(6)包括磷酸铁锂电池或蓄电池或钛酸锂电池。

5.根据权利要求1所述的一种混合储能电源装置，其特征在于，所述电池PCS(5)为功率转换单元，电池PCS(5)的直流DC端连接电池，电池PCS(5)的交流AC端通过开关连接380V母线(13)；超级电容器DC/DC模块(8)为直流功率转换单元，超级电容器DC/DC模块(8)的低压直流DC端连接超容模组(9)，超级电容器DC/DC模块(8)的高压DC端连接超级电容器PCS(7)。

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