一种储能能量路由器及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种储能能量路由器，包括第一整流器、逆变器、变压器、第二整流器、和储能模块；所述第一整流器、逆变器、变压器和第二整流器通过母线依次连接，所述储能模块与所述母线连接。本发明还公开了一种储能能量路由器控制方法，包括储能控制模式和放电控制模式；在所述储能控制模式，通过控制第一断路器导通，通过第一转换器向储能模块充电；所述放电控制模式，通过所述第二转换器由储能模块向负载供电。本发明具有结构简单，可根据需求任意选择不同类型的储能模块，可动态调整储能容量，易于实现结构冗余，可输出不同电压等级电源，输出电源质量高等优点。
【专利说明】
一种储能能量路由器及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种能量路由器及控制方法，尤其涉及一种储能能量路由器及控制方法。
【背景技术】
[0002]为了缓解能源危机、减少环境污染，电网中接入了越来越多的分布式可再生能源，但这些可再生能源往往都具有地理分散性、间歇性。这便要求在电网中加入大量储能设备来缓冲这些波动的能量。另一方面，传统的单一集中式发电网正逐渐转变为集中式和分布式共存的发电模式，电能的单向流动也开始变为多向流动。在未来智能电网规划中，所有用户不仅是需求方，加上风光储系统后，用户也可以生产并储存电力，能够与电网和其余用户自由交易电力。因此，能够主动控制调度能量流的能量路由器是未来智能电网的重要组成部分，需要相应的储能设备来缓冲波动的能量。
[0003]专利号为CN102315645B，名称为《用于分布式发电的能量路由器》的发明专利公开了一种用于分布式发电的能量路由器，该装置中，各分布式发电电源和储能单元电能形式并不相同，需要通过相应的变换器才能将其转换为频率、相位相同的交流电，各转换器引入的谐波会被引入交流母线，且并未进一步提及储能单元的构成。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单，可根据需求任意选择不同类型的储能模块，可动态调整储能容量，易于实现结构冗余，可输出不同电压等级电源，输出电源质量高的储能能量路由器及控制方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:一种储能能量路由器，包括第一整流器、逆变器、变压器、第二整流器、和储能模块;所述第一整流器、逆变器、变压器和第二整流器通过母线依次连接，所述储能模块与所述母线连接。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述储能模块包括至少一个储能单元。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述储能单元包括依次连接的第一转换器、储能体和第二转换器;所述第一转换器与所述母线连接。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述储能单元包括多个并联的储能体。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述储能单元还包括第一断路器;储能单元中所述储能体通过所述第一断路器与所述第一转换器连接。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述储能体的类型包括机械储能体、电磁储能体、电化学储能体;所述同一储能单元中的储能体的类型相同。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述第一转换器包括交直转换器、交交转换器和直直转换器;所述第二转换器包括交直转换器和直直转换器。
[0012]—种储能能量路由器控制方法，包括储能控制模式和放电控制模式;在所述储能控制模式，通过控制第一断路器导通，通过第一转换器向储能模块充电；所述放电控制模式，通过所述第二转换器由储能模块向负载供电。
[0013]作为本发明的进一步改进，包括电能质量控制策略和电网电能管理策略两种储能模块选择策略;所述电能质量控制策略包括，在储能控制模式下，优先选择为储能体为电磁储能体的储能模块进行充电，在放电控制模式下，优先选择以储能体为电磁储能体的储能模块向负载供电;所述电网电能管理策略包括，在储能控制模式下，优先选择为储能体为机械储能体或电化学储能体的储能模块进行充电，在放电控制模式下，优先选择以储能体为机械储能体或电化学储能体的储能模块向负载供电。
[0014]作为本发明的进一步改进，获取母线上的电压，当所述电压大于预设的储能电压阈值时，储能能量路由器进入储能控制模式；当所述电压小于预设的放电电压阈值时，储能能量路由器进入放电控制模式。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明结构简单，可根据需求任意选择不同类型的储能模块，输出不同电压等级电源。
[0016]2、本发明可根据需求动态调整储能容量，易于实现结构冗余。
[0017]3、本发明具备电能质量控制策略与电网电能管理策略，可有效抑制震荡、削峰填谷、稳定电能输出，有效改善电能质量。
【附图说明】
[0018]图1为本发明具体实施例储能能量路由器结构示意图。
[0019]图2为本发明具体实施例储能单元结构示意图。
[0020]图3为本发明储能能量路由器控制流程图。
[0021 ]图例说明:1、第一整流器;2、逆变器;3、变压器;4、第二整流器;5、储能模块;51、储能单元;511、第一转换器;512、储能体;513、第二转换器;514、第一断路器;6、母线。
【具体实施方式】
[0022]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0023]如图1所示，本实施例一种储能能量路由器，包括第一整流器1、逆变器2、变压器3、第二整流器4、和储能模块5;第一整流器1、逆变器2、变压器3和第二整流器4通过母线6依次连接，储能模块5与母线6连接。储能模块5包括至少一个储能单元51。在本实施例中，储能单元51可连接至任意一段母线6上，当储能模块5包括多个储能单元51时，各储能单元51可以同时与一段母线6连接，也可以分别与不同的母线6连接。需要说明的是，对于如光伏发电及风能发电等分布式能源，也可以根据需要接入其中任意一段母线6。
[0024]如图2所示，在本实施例中，储能单元51包括依次连接的第一转换器511、储能体512和第二转换器513;第一转换器511与母线6连接。储能单元51包括多个并联的储能体512。储能单元51还包括第一断路器514;储能单元51中储能体512通过第一断路器514与第一转换器511连接。储能体512的类型包括机械储能体、电磁储能体、电化学储能体；同一储能单元51中的储能体512的类型相同。在本实施例中，储能单元51中的储能体512为冗余设计，包括多个并联的储能体512，当其中一个储能体512失效时，直接通过第一断路器514将该储能体旁路，仍可保证整个储能单元51的正常运行。储能体512通过第一断路器514与第一转换器511连接，可根据需求控制第一断路器514的断开与导通，从而动态的调整储能模块51的储能容量。在本实施例中，可根据需求选择不同类型的储能体512，包括如采用超级电容和超导的电磁储能体，如采用飞轮储能的机械储能体，如采用电化学储能的电化学储能体，通过选择不同类型的储能体512，可使得本发明的储能能量路由器同时兼具有电磁储能响应速度快、机械储能和电化学储能容量大，适合大规模储能的优点，可有效改善电能质量。当需要为储能模块5充电储能时，根据需要的储能容量将第一断路器514导通，将储能单元51中的储能体512接入母线6，电网的电能通过母线6、第一转换器511向储能体512充电储能，储能体512的电压达到预设的电压值后，断开第一断路器514，完成储能体512的储能过程。当需要储能模块5向负载供电时，通过控制第二转换器513，由储能体512向负载供电，以补充电网的供电不足。
[0025]在本实施例中，根据储能单元51与母线6的连接关系的不同，以及储能体512的类型不同，第一转换器511需要相应的选择不同类型的转换器，第一转换器511包括交直转换器、交交转换器和直直转换器。在本实施例中，逆变器2与变压器3之间的连接母线6为交流母线，当储能单元51为交流储能单元时，第一转换器511需要选择交交转换器。第二转换器513包括交直转换器和直直转换器。
[0026]本实施例储能能量路由器结构简单，可根据需求任意选择不同类型的储能单元51，并进行组合，输出不同电压等级的电源，并通过第二整流器4输出直流电源，可有效抑制输出电源中的谐波，提出输出电能质量。并且本实施例中储能单元51可根据需求动态调整储能容量，易于实现结构冗余。
[0027]如图3所示，本实施例一种储能能量路由器控制方法，包括储能控制模式和放电控制模式;在储能控制模式，通过控制第一断路器514导通，通过第一转换器511向储能模块5充电；放电控制模式，通过第二转换器513由储能模块5向负载供电。在本实施例中，当储能能量路由器连接的负载处于用电需求低谷时，如白天住宅区耗能较少时，或者电网所能提供的电能增加时，如太阳能、分能等分布式能源供电增加，电网所提供的电能大于负载的用电需求，储能能量路由器通过储能控制模式将电网的电能存储至储能模块5中的储能体512中。当储能能量路由器连接的负载处理用电需求高峰时，如夜晚住宅区耗能较高时，或者电网所能提供的电能减少时，如太阳能、分能等分布式能源因夜晚无阳光，或者无风导致供电减少，电网所提供的电能小于负载的用电需求，储能能量路由器通过放电控制模式将储能能量路由器储能模块5储能体512中电能释放出来，提供至负载，以弥补电网所提供电能的不足。
[0028]包括电能质量控制策略和电网电能管理策略两种储能模块5选择策略；电能质量控制策略包括，在储能控制模式下，优先选择为储能体512为电磁储能体的储能模块5进行充电，在放电控制模式下，优先选择以储能体512为电磁储能体的储能模块5向负载供电；电网电能管理策略包括，在储能控制模式下，优先选择为储能体512为机械储能体或电化学储能体的储能模块5进行充电，在放电控制模式下，优先选择以储能体512为机械储能体或电化学储能体的储能模块5向负载供电。在本实施例中，储能能量路由器可根据使用需求包括电能质量控制策略与电网电能管理策略两种运行策略。电能质量控制策略可进行负载跟踪，控制震荡，稳定可再生能源输出以及UPS电源输出等，在电能质量控制策略下，需要储能能量路由器具有较高的响应速度，优先选择电磁储能体类型的储能单元51向负载供电，或者进行充电，以实现向负载提供不间断电源，或者达到抑制震荡的目的。电网电能管理策略下，可进行大规模蓄电，同时，提供电能的分布式能源如风能和太阳能，都存在周期性变化，并且，负载的耗能也存在周期性变化，如住宅区白天耗能较少，夜晚耗能较高，因此，需要储能能量路由器在供能大于耗能时将能量储存下来，在耗能大于供能时释放所储存的能量，对电网进行削峰填谷意义重大。而对电网进行削峰填谷，对储能容量的需求很大，但对响应速度要求并不高，因此，在电网电能管理策略下，优先选择机械储能体或电化学储能体进行储能或者向负载供电，可有效满足对储能能量的需求，以及向负载供电的需求。
[0029]在本实施例中，通过获取母线6上的电压，当电压大于预设的储能电压阈值时，储能能量路由器进入储能控制模式；当电压小于预设的放电电压阈值时，储能能量路由器进入放电控制模式。
[0030]本实施例储能能量路由器控制方法，可有效抑制震荡、削峰填谷、稳定电能输出，有效改善电能质量。
[0031]上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明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，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种储能能量路由器，其特征在于:包括第一整流器(I)、逆变器(2)、变压器(3)、第二整流器(4)、和储能模块(5);所述第一整流器(1)、逆变器(2)、变压器(3)和第二整流器(4)通过母线(6)依次连接，所述储能模块(5)与所述母线(6)连接。2.根据权利要求1所述的储能能量路由器，其特征在于:所述储能模块(5)包括至少一个储能单元(51)。3.根据权利要求2所述的储能能量路由器，其特征在于:所述储能单元(51)包括依次连接的第一转换器(511)、储能体(512)和第二转换器(513);所述第一转换器(511)与所述母线(6)连接。4.根据权利要求3所述的储能能量路由器，其特征在于:所述储能单元(51)包括多个并联的储能体(512)。5.根据权利要求4所述的储能能量路由器，其特征在于:所述储能单元(51)还包括第一断路器(514);储能单元(51)中所述储能体(512)通过所述第一断路器(514)与所述第一转换器(511)连接。6.根据权利要求5所述的储能能量路由器，其特征在于:所述储能体(512)的类型包括机械储能体、电磁储能体、电化学储能体;所述同一储能单元(51)中的储能体(512)的类型相同。7.根据权利要求6所述的储能能量路由器，其特征在于:所述第一转换器(511)包括交直转换器、交交转换器和直直转换器;所述第二转换器(513)包括交直转换器和直直转换器。8.一种储能能量路由器控制方法，其特征在于:包括储能控制模式和放电控制模式;在所述储能控制模式，通过控制第一断路器(514)导通，通过第一转换器(511)向储能模块(5)充电;所述放电控制模式，通过所述第二转换器(513)由储能模块(5)向负载供电。9.根据权利要求8所述的储能能量路由器控制方法，其特征在于:包括电能质量控制策略和电网电能管理策略两种储能模块(5)选择策略;所述电能质量控制策略包括，在储能控制模式下，优先选择为储能体(512)为电磁储能体的储能模块(5)进行充电，在放电控制模式下，优先选择以储能体(512)为电磁储能体的储能模块(5)向负载供电；所述电网电能管理策略包括，在储能控制模式下，优先选择为储能体(512)为机械储能体或电化学储能体的储能模块(5)进行充电，在放电控制模式下，优先选择以储能体(512)为机械储能体或电化学储能体的储能模块(5)向负载供电。10.权利要求要求8或9所述的储能能量路由器控制方法，其特征在于:获取母线(6)上的电压，当所述电压大于预设的储能电压阈值时，储能能量路由器进入储能控制模式；当所述电压小于预设的放电电压阈值时，储能能量路由器进入放电控制模式。
【文档编号】H02J3/28GK106026146SQ201610448490
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】尚敬, 张志学, 黄子昊, 刘华东, 南永辉, 陈江, 陈涛, 梅文庆
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司