CN218586896U - 一种基于单相全桥逆变器的储能系统 - Google Patents

一种基于单相全桥逆变器的储能系统 Download PDF

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杨沛豪
兀鹏越
寇水潮
燕云飞
刘海斌
刘鹏峰
陈忠勇
黄志涛
骆冠
林艳娇
彭衍斌
曹伟
林光元
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Abstract

本实用新型涉及一种基于单相全桥逆变器的储能系统，其中，所述储能系统包括：发电单元、高压厂用负荷单元、400V交流厂用母线、低压厂用负荷单元和飞轮储能供电单元；所述发电单元与所述高压厂用负荷单元连接；所述发电单元通过所述400V交流厂用母线分别与所述低压厂用负荷单元、所述飞轮储能供电单元连接；其中，所述飞轮储能供电单元包括：A单相全桥逆变器、B单相全桥逆变器和C单相全桥逆变器。本实用新型提供的技术方案，利用飞轮储能模块向厂用负荷提供电能，无需升压变，节约了场地与投资，同时提高了系统的可靠性。

Description

一种基于单相全桥逆变器的储能系统
技术领域
本实用新型涉及储能技术领域，具体涉及一种基于单相全桥逆变器的储能系统。
背景技术
近年来，随着储能产业的发展，多种新型储能技术不断突破，在越来越多的场景实现示范应用，主要有储热技术、氢储能技术、电磁储能和超级电容储能等。随着风电和光伏的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调节任务更加繁重。储能单元作为可以灵活充放电的电源，能够实现在电网中动态吸收、释放能量，且因为其响应快速、控制灵活，在维持电网电压稳定有无可替代的优势。
目前在火电储能领域，大多采用集中换流方式，需要储能升压变连接至火电机组厂用段，这无疑增加了设备故障率和设备投资金额。集中换流方式因为将储能电池经过串并联连接于直流侧，如果单个电池模组出现问题，木桶短板效应加剧，直流环流效率降低，不同电芯出力不均/部分电芯衰减过快/温升过高，使得储能系统的安全风险较大。
发明内容
本实用新型提供一种基于单相全桥逆变器的储能系统，以至少解决相关技术中储能系统的安全风险较大的技术问题。
本实用新型第一方面实施例提出一种基于单相全桥逆变器的储能系统，包括：发电单元、高压厂用负荷单元、400V交流厂用母线、低压厂用负荷单元和飞轮储能供电单元；
所述发电单元与所述高压厂用负荷单元连接；
所述发电单元通过所述400V交流厂用母线分别与所述低压厂用负荷单元、所述飞轮储能供电单元连接；
其中，所述飞轮储能供电单元包括：A单相全桥逆变器、B单相全桥逆变器和C单相全桥逆变器。
优选的，所述发电单元包括：发电机、发电机主变、高压厂用降压变、6KV交流厂用并网断路器、6KV交流厂用母线和低压厂用降压变；
所述发电机通过所述发电机主变接入电网系统；
所述高压厂用降压变的高压侧连接至所述发电机的出口，所述高压厂用降压变的低压侧通过所述6KV交流厂用并网断路器与所述6KV交流厂用母线连接；
所述低压厂用降压变的高压侧连接至所述6KV交流厂用母线。
进一步的，所述高压厂用负荷单元，包括：6KV交流负荷并网断路器和6KV交流负荷；
所述6KV交流负荷通过所述6KV交流负荷并网断路器连接至所述6KV交流厂用母线。
进一步的，所述低压厂用负荷单元包括：400V交流负荷并网断路器和400V交流负荷；
所述400V交流负荷通过所述400V交流负荷并网断路器连接至所述400V交流厂用母线。
进一步的，所述储能系统还包括：400V交流厂用并网断路器；
所述400V交流厂用母线通过所述400V交流厂用并网断路器连接至所述低压厂用降压变的低压侧。
进一步的，所述飞轮储能供电单元还包括：A相交流汇流母线、B相交流汇流母线和C相交流汇流母线、A相飞轮储能子模块、B相飞轮储能子模块和C相飞轮储能子模块；
所述A相飞轮储能子模块通过所述A单相全桥逆变器连接至所述A相交流汇流母线；
所述B相飞轮储能子模块通过所述B单相全桥逆变器连接至所述B相交流汇流母线；
所述C相飞轮储能子模块通过所述C单相全桥逆变器连接至所述C相交流汇流母线。
进一步的，所述飞轮储能供电单元还包括：飞轮储能交流并网断路器；
所述飞轮储能交流并网断路器一端与所述400V交流厂用母线连接，另一端与分别与所述A相交流汇流母线、所述B相交流汇流母线及所述C相交流汇流母线连接。
进一步的，所述A相飞轮储能子模块、B相飞轮储能子模块和C相飞轮储能子模块均包括：多个飞轮储能可控供电模组；
所述飞轮储能可控供电模组包括：飞轮储能电池和所述DC-DC换流装置，其中所述飞轮储能电池与所述DC-DC换流装置并联。
进一步的，所述A相飞轮储能子模块中的各飞轮储能可控供电模组串联；
所述B相飞轮储能子模块中的各飞轮储能可控供电模组串联；
所述C相飞轮储能子模块中的各飞轮储能可控供电模组串联。
进一步的，各飞轮储能可控供电模组串联，包括：
所述各飞轮储能可控供电模组中的DC-DC换流装置串联。
本实用新型的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本实用新型提供的一种基于单相全桥逆变器的储能系统，其中，所述储能系统包括：发电单元、高压厂用负荷单元、400V交流厂用母线、低压厂用负荷单元和飞轮储能供电单元；所述发电单元与所述高压厂用负荷单元连接；所述发电单元通过所述400V交流厂用母线分别与所述低压厂用负荷单元、所述飞轮储能供电单元连接；其中，所述飞轮储能供电单元包括：A单相全桥逆变器、B单相全桥逆变器和C单相全桥逆变器。本实用新型提供的技术方案，利用飞轮储能模块向厂用负荷提供电能，无需升压变，节约了场地与投资，同时提高了系统的可靠性。
本实用新型附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例提供的一种基于单相全桥逆变器的储能系统的结构图；
图2是根据本实用新型一个实施例提供的一种基于单相全桥逆变器的储能系统的详细结构图；
图3是根据本实用新型一个实施例提供的非隔离型半桥双向DC-DC换流装置的结构图；
附图标记：
发电单元1、高压厂用负荷单元2、400V交流厂用母线3、低压厂用负荷单元4、飞轮储能供电单元5、A单相全桥逆变器5-1、B单相全桥逆变器5-2、C单相全桥逆变器5-3、发电机1-1、发电机主变1-2、高压厂用降压变1-3、6KV交流厂用并网断路器1-4、6KV交流厂用母线1-5、低压厂用降压变1-6、6KV交流负荷并网断路器2-1、6KV交流负荷2-2、400V交流负荷并网断路器4-1、400V交流负荷4-2、400V交流厂用并网断路器6、A相交流汇流母线5-4、B相交流汇流母线5-5、C相交流汇流母线5-6、A相飞轮储能子模块5-7、B相飞轮储能子模块5-8、C相飞轮储能子模块5-9、飞轮储能交流并网断路器5-10、飞轮储能可控供电模组5-11、飞轮储能电池5-11-1、所述DC-DC换流装置5-11-2、第一晶闸管5-11-2-1、第二晶闸管5-11-2-2、滤波电容5-11-2-3、滤波电感5-11-2-4。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型提出的一种基于单相全桥逆变器的储能系统，其中，所述储能系统包括：发电单元、高压厂用负荷单元、400V交流厂用母线、低压厂用负荷单元和飞轮储能供电单元；所述发电单元与所述高压厂用负荷单元连接；所述发电单元通过所述400V交流厂用母线分别与所述低压厂用负荷单元、所述飞轮储能供电单元连接；其中，所述飞轮储能供电单元包括：A单相全桥逆变器、B单相全桥逆变器和C单相全桥逆变器。本实用新型提供的技术方案，利用飞轮储能模块向厂用负荷提供电能，无需升压变，节约了场地与投资，同时提高了系统的可靠性。
下面参考附图描述本实用新型实施例的一种基于单相全桥逆变器的储能系统。
实施例1
图1为本公开实施例提供的一种基于单相全桥逆变器的储能系统的结构图，如图1所示，包括：发电单元1、高压厂用负荷单元2、400V交流厂用母线3、低压厂用负荷单元4和飞轮储能供电单元5；
所述发电单元1与所述高压厂用负荷单元2连接；
所述发电单元1通过所述400V交流厂用母线3分别与所述低压厂用负荷单元4、所述飞轮储能供电单元5连接；
其中，所述飞轮储能供电单元5包括：A单相全桥逆变器5-1、B单相全桥逆变器5-2和C单相全桥逆变器5-3。
在本公开实施例中，如图2所示，所述发电单元1包括：发电机1-1、发电机主变1-2、高压厂用降压变1-3、6KV交流厂用并网断路器1-4、6KV交流厂用母线1-5和低压厂用降压变1-6；
所述发电机1-1通过所述发电机主变1-2接入电网系统；
所述高压厂用降压变1-3的高压侧连接至所述发电机1-1的出口，所述高压厂用降压变1-3的低压侧通过所述6KV交流厂用并网断路器1-4与所述6KV交流厂用母线1-5连接；
所述低压厂用降压变1-6的高压侧连接至所述6KV交流厂用母线1-5。
进一步的，如图2所示，所述高压厂用负荷单元2，包括：6KV交流负荷并网断路器2-1和6KV交流负荷2-2；
所述6KV交流负荷2-2通过所述6KV交流负荷并网断路器2-1连接至所述6KV交流厂用母线1-5。
进一步的，如图2所示，所述低压厂用负荷单元4包括：400V交流负荷并网断路器4-1和400V交流负荷4-2；
所述400V交流负荷4-2通过所述400V交流负荷并网断路器4-1连接至所述400V交流厂用母线3。
在本公开实施例中，如图2所示，所述储能系统还包括：400V交流厂用并网断路器6；
所述400V交流厂用母线3通过所述400V交流厂用并网断路器6连接至所述低压厂用降压变1-6的低压侧。
进一步的，如图2所示，所述飞轮储能供电单元5还包括：A相交流汇流母线5-4、B相交流汇流母线5-5和C相交流汇流母线5-6、A相飞轮储能子模块5-7、B相飞轮储能子模块5-8和C相飞轮储能子模块5-9；
所述A相飞轮储能子模块5-7通过所述A单相全桥逆变器5-1连接至所述A相交流汇流母线5-4；
所述B相飞轮储能子模块5-8通过所述B单相全桥逆变器5-2连接至所述B相交流汇流母线5-5；
所述C相飞轮储能子模块5-9通过所述C单相全桥逆变器5-3连接至所述C相交流汇流母线5-6。
进一步的，如图2所示，所述飞轮储能供电单元5还包括：飞轮储能交流并网断路器5-10；
所述飞轮储能交流并网断路器5-10一端与所述400V交流厂用母线3连接，另一端与分别与所述A相交流汇流母线5-4、所述B相交流汇流母线5-5及所述C相交流汇流母线5-6连接。
其中，如图2所示，所述A相飞轮储能子模块5-7、B相飞轮储能子模块5-8和C相飞轮储能子模块5-9均包括：多个飞轮储能可控供电模组5-11；
所述飞轮储能可控供电模组5-11包括：飞轮储能电池5-11-1和所述DC-DC换流装置5-11-2，其中所述飞轮储能电池5-11-1与所述DC-DC换流装置5-11-2并联。
需要说明的是，所述A相飞轮储能子模块5-7中的各飞轮储能可控供电模组5-11串联；
所述B相飞轮储能子模块5-8中的各飞轮储能可控供电模组5-11串联；
所述C相飞轮储能子模块5-9中的各飞轮储能可控供电模组5-11串联。
进一步的，所述各飞轮储能可控供电模组5-11串联，包括：
所述各飞轮储能可控供电模组5-11中的DC-DC换流装置5-11-2串联。
在本公开实施例中，利用飞轮储能电池5-11-1为储能设备，当厂用负荷失电后，飞轮储能电池5-11-1可以作为后备电源供电，维持厂用负荷运行，一个飞轮储能电池5-11-1并联一个DC-DC换流装置5-11-2，形成飞轮储能可控供电模组5-11，飞轮储能可控供电模组5-11串联升压，通过A/B/C相全桥逆变器形成一相交流电，每相采用热备用冗余设计，可靠性显著提升。
同时，一个飞轮储能电池5-11-1并联一个DC-DC换流装置5-11-2可以实现电压控制，飞轮储能电池5-11-1的电能与电压成正比关系，为了实现一相飞轮储能子模块电压稳定，需要实时调节DC-DC换流装置5-11-2，保证飞轮储能电池5-11-1在充/电过程中电压稳定，所述A/B/C相全桥逆变器，采用全控功率器件，电流最大为额定电流的1.5倍，对于断路器动热稳定性要求不高，保护简单，故障范围不会扩大。
在本公开实施例中，各相的飞轮储能可控供电模组5-11分别串联升压，应用直流电压叠加原理，串联升压到直流537V，无需升压变，经过单相全桥逆变换流变成380V交流电，飞轮储能电池5-11-1分散在每个可控供电模组中，运行相互独立，耦合度低，节约了场地与投资，设备可靠性得到了加强，同时各相的飞轮储能可控供电模组采用串联方案，也不存在并联方案里的不同飞轮储能电池出力不均问题，温升得到了控制，也不存在温升过高引发的安全风险，也解决了飞轮储能电池5-11-1过充过放和环流等影响设备安全的主要问题。
在本公开实施例中，所述飞轮储能可控供电模组中的DC-DC换流装置5-11-2为非隔离型半桥双向DC-DC换流装置，实现飞轮储能电池5-11-1电能与电压变换，所述非隔离型半桥双向DC-DC换流装置的结构如图3所示，包括两个串联的第一晶闸管5-11-2-1、第二晶闸管5-11-2-2，与两晶闸管并联的滤波电容5-11-2-3，一端连接在两晶闸管间的滤波电感5-11-2-4。
通过采用全桥逆变器，可以实现飞轮储能可控供电模组之间无通信线下的功率分配，采用下垂控制策略可以按照火电低压400V厂用母线电压与频率特性进行输出功率自动调节。
综上所述，本实施例提出的一种基于单相全桥逆变器的储能系统，利用飞轮储能模块向厂用负荷提供电能，无需升压变，节约了场地与投资，同时提高了系统的可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于单相全桥逆变器的储能系统，其特征在于，包括：发电单元、高压厂用负荷单元、400V交流厂用母线、低压厂用负荷单元和飞轮储能供电单元；
所述发电单元与所述高压厂用负荷单元连接；
所述发电单元通过所述400V交流厂用母线分别与所述低压厂用负荷单元、所述飞轮储能供电单元连接；
其中，所述飞轮储能供电单元包括：A单相全桥逆变器、B单相全桥逆变器和C单相全桥逆变器。
2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述发电单元包括：发电机、发电机主变、高压厂用降压变、6KV交流厂用并网断路器、6KV交流厂用母线和低压厂用降压变；
所述发电机通过所述发电机主变接入电网系统；
所述高压厂用降压变的高压侧连接至所述发电机的出口，所述高压厂用降压变的低压侧通过所述6KV交流厂用并网断路器与所述6KV交流厂用母线连接；
所述低压厂用降压变的高压侧连接至所述6KV交流厂用母线。
3.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述高压厂用负荷单元，包括：6KV交流负荷并网断路器和6KV交流负荷；
所述6KV交流负荷通过所述6KV交流负荷并网断路器连接至所述6KV交流厂用母线。
4.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述低压厂用负荷单元包括：400V交流负荷并网断路器和400V交流负荷；
所述400V交流负荷通过所述400V交流负荷并网断路器连接至所述400V交流厂用母线。
5.如权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括：400V交流厂用并网断路器；
所述400V交流厂用母线通过所述400V交流厂用并网断路器连接至所述低压厂用降压变的低压侧。
6.如权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述飞轮储能供电单元还包括：A相交流汇流母线、B相交流汇流母线和C相交流汇流母线、A相飞轮储能子模块、B相飞轮储能子模块和C相飞轮储能子模块；
所述A相飞轮储能子模块通过所述A单相全桥逆变器连接至所述A相交流汇流母线；
所述B相飞轮储能子模块通过所述B单相全桥逆变器连接至所述B相交流汇流母线；
所述C相飞轮储能子模块通过所述C单相全桥逆变器连接至所述C相交流汇流母线。
7.如权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述飞轮储能供电单元还包括：飞轮储能交流并网断路器；
所述飞轮储能交流并网断路器一端与所述400V交流厂用母线连接，另一端与分别与所述A相交流汇流母线、所述B相交流汇流母线及所述C相交流汇流母线连接。
8.如权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述A相飞轮储能子模块、B相飞轮储能子模块和C相飞轮储能子模块均包括：多个飞轮储能可控供电模组；
所述飞轮储能可控供电模组包括：飞轮储能电池和DC-DC换流装置，其中所述飞轮储能电池与所述DC-DC换流装置并联。
9.如权利要求8所述的储能系统，其特征在于，所述A相飞轮储能子模块中的各飞轮储能可控供电模组串联；
所述B相飞轮储能子模块中的各飞轮储能可控供电模组串联；
所述C相飞轮储能子模块中的各飞轮储能可控供电模组串联。
10.如权利要求9所述的储能系统，其特征在于，各飞轮储能可控供电模组串联，包括：
所述各飞轮储能可控供电模组中的DC-DC换流装置串联。
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