专利名称：一种用于平衡电网负荷的电池储能电站和方法
技术领域：
本发明涉及电网系统中的储能电站和方法，并且尤其涉及一种用于平衡电网负荷 的电池储能电站和方法。
背景技术：
由于工农业建设的迅猛发展和人民生活水平的提高，对电力的需求日趋增长，国 家巨资建设了许多大小规模的火电厂和水电站，但仍然满足不了电力负荷增长的迫切要 求。电网在每天不同的时段的负荷是很不均衡的，晚上6-9点是用电高峰时间段，这 样就需要调用备用的储能电站来为电网供电，从而满足用电高峰时间段的供电。目前电网 中承担调峰任务的电站主要有煤电、油电、水电及抽水蓄能电站。这些蓄能电站中，煤电和油电储能电站造价高、起停时间长、环境污染比较严重， 就电厂运行的经济性、安全性和环保而言，煤电和油电储能电站不宜用作调峰电厂；水电蓄 能电站调峰能力较强，但可供使用的资源有限；而作为电网主力调峰电站的水电蓄能电站 因占地面积大，工期长，且受地理条件限制，其发展也受到一定程度的限制。因此，目前迫切 的需要一种能够缓解供电紧张的新型储能电站。
发明内容
为了解决现有技术中没有合适的储能电站能够承担用电高峰时间段的调峰任务 的缺陷，本发明提供了一种能够削峰填谷、平衡电网负荷从而达到调峰的目的的新型储能 电站。本发明提供的新型储能电站为电池储能电站，该电池储能电站用于平衡电网负 荷，其中，该电站包括电池阵列；充电系统，该充电系统用于利用电网的电能对所述电池 阵列充电；逆变系统，该逆变系统用于将电池阵列的电能输入到电网；监控系统，用于检测 电网的负荷、频率和相位，并当所述负荷小于预定值时，控制充电系统对电池阵列进行充 电；当所述负荷大于或等于预定值时，控制所述逆变系统将电池阵列的电能以与电网的频 率和相位相同步的方式输入到电网，所述预定值小于或等于电网的容量。此外，本发明还提供一种利用电池阵列平衡电网负荷的方法，其中，该方法包括 检测电网的负荷的频率和相位；以及当所述负荷小于预定值时，利用电网的电能对电池阵 列进行充电；当所述负荷大于或等于预定值时，控制将所述电池阵列的电能以与电网的频 率和相位相同步的方式输入到电网，所述预定值小于或等于电网的容量。通过利用本发明提供的电池储能电站以及平衡电网负荷的方法，所述监控系统可 以在电网负荷小的时候控制充电系统将电网的电能充入电池阵列中，并在电网负荷大时控 制所述逆变系统将存储在电池阵列中的电能以与电网的频率和相位相同步的方式释放到 电网中，从而达到了平衡电网负荷的目的。本发明提供的电池储能电站具有占地面积小、造 价低、无污染、且安全性高的优点。
图1是本发明提供的电池储能电站的结构示意图；图2是本发明的一种实施方式的电池储能电站的结构示意图；图3是根据本发明的另一种实施方式的电池储能电站的结构示意图；以及图4是本发明提供的平衡电网负荷的方法的流程图。
具体实施例方式下面参考附图详细描述本发明。如图1所示，本发明提供的用于平衡电网负荷的电池储能电站包括电池阵列10， 该电池阵列10包括多个并联电池组；充电系统20，该充电系统20用于利用电网的电能对 所述电池阵列10充电；逆变系统30，该逆变系统30用于将电池阵列10的电能输入到电网； 以及监控系统40，用于检测电网的负荷、频率和相位，并当所述负荷小于预定值时，控制充 电系统20对电池阵列10进行充电；当所述负荷大于或等于预定值时，控制所述逆变系统 30将电池阵列10的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网。其中所述预定 值可以设定为小于或等于电网的容量。所述电池阵列10中的电池组包括若干串联的电池，所述电池可以是铁电池(即， 磷酸铁锂电池，其额定电压可以为3. 2V)、或者其他类型的电池。所述充电系统20用于将来 自电网的交流电转换为直流电，并利用该直流电对电池阵列10充电。所述逆变系统30用 于根据电网的频率和相位，将来自电池阵列10的直流电转换为与电网的频率和相位相同 的交流电，并将该交流电输入到电网。由于一般情况下，电网上的电能都是高压电，例如电压在10KV或者10KV以上，而 电池阵列10所能承受的电压远远低于10KV，例如0. 4KV。因此，优选情况下，如图2所示， 所述电站还包括充电变压器50和放电变压器60，所述充电变压器50用于将来自电网的高 压电转换为低压电，并将该低压电提供给充电系统20，以使充电系统20利用该低压电对电 池阵列10充电；所述放电变压器60用于将来自逆变系统30的低压电转换为具有与电网相 等电压的高压电，并将该高压电输入到电网。优选情况下，如图3所示，所述电站还包括电气及继电保护系统70，该电气及继电 保护系统70用于保护所述充电变压器50和放电变压器60。下面针对充电变压器50来描 述所述电气及继电保护系统70，电气及继电保护系统70包括高压侧进线柜保护装置、高压 侧出线柜保护装置、低压侧进线柜保护装置以及低压侧出线柜保护装置，其中，所述高压侧 进线柜保护装置和高压侧出线柜保护装置分别设置在充电变压器50的高压侧的进线柜和 出线柜中，而所述低压侧进线柜保护装置和低压侧出线柜保护装置设置在充电变压器50 的低压侧。所述高压侧进线柜保护装置中采用一些开关器件、避雷器以及带电显示装置等， 具有隔离高压电源、保证安全检修的功能。所述高压侧出线柜保护装置可以采用CSP2000 微机系统，以实现过流保护、电流速断保护、高温报警、超温跳闸、零序电流保护等。所述低 压侧进线柜保护装置和低压侧出线柜保护装置起过载长延时、短路瞬时保护的作用，分别 设置在充电变压器60低压侧的进线柜和出线柜中。对于所述放电变压器60而言，高压侧 进线柜保护装置和高压侧出线柜保护装置分别设置在放电变压器60的高压侧的进线柜和出线柜中，所述低压侧进线柜保护装置和低压侧出线柜保护装置分别设置在放电变压器60 的低压侧的进线柜和出线柜中。一般而言，电网上的电能的价格会根据使用情况波动，例如在晚上6-9点的电价 较高，而在晚上12点以后的电价较低。为了实现最好的经济效益，优选情况下，所述监控系 统40还可以根据电价来控制电池阵列10的充放电，当电价低时，控制充电系统20对电池 阵列10进行充电；当所述电价高时，控制所述逆变系统30将电池阵列10的电能输入到电 网。这样可以实现低买高卖，使电池储能电站发挥最大的经济效益。优选情况下，所述监控系统40还可以检测电池阵列10的储能量，根据所检测的储 能量来控制充电系统20和逆变系统30，以使电池阵列10工作在预定的储能量范围内。这 样可以防止电池阵列10过充或者过放。其中，所述预定的储能范围可以根据电池阵列10 自身的保护属性来设定，例如可以设定为电池阵列10的最大储能量的10% -90%。此外，所述监控系统40还可以检测电池阵列10的温度，根据所检测的温度来控制 充电系统20和逆变系统30，以使电池阵列10工作在预定的温度范围内。这样可以防止电 池阵列10因过热而损坏，起到了保护电池阵列10的作用。其中，所述预定的温度范围可以 根据电池阵列10自身的保护属性来设定，只要低于所述电池阵列10因过热而损坏的极限 温度即可，例如可以设定为等于或低于50°C。优选情况下，所述监控系统40还可以根据电网的负荷来调节电池阵列10的充电 功率，以确保不会使电网超负荷运行。例如，当电网的容量为10000KW，而此时电网的负荷已 为9990KW，这时就需要调整电池阵列10的充电功率，使其不超过10KW，这样保证了电网不 会因为对电池储能电站充电而对其他用电单位的供电造成影响。所述监控系统40还可以根据电网的负荷来调节电池阵列10的放电功率，以确保 电网在接收到所述电池阵列10的电能之后，电网的功率不超过电网的容量。这样可以避免 对电网造成冲击。此外，所述监控系统40可以自动检测电网状态，防止孤岛效应的产生。所述监控 系统40还可以在电站启动和运行过程中自动进行故障侦测及诊断，并根据具体故障类型 及影响范围，采取自动保护动作。所述自动故障侦测及诊断为本领域所常用的技术手段，于 此不再赘述。下面参考图4描述本发明提供的用于平衡电网负荷的方法。本发明提供的利用电池阵列10平衡电网负荷的方法包括检测电网的负荷、频率 和相位；以及当所述负荷小于预定值时，利用电网的电能对电池阵列10进行充电；当所述 负荷大于或等于预定值时，将所述电池阵列10的电能以与电网的频率和相位相同步的方 式输入到电网，所述预定值小于或等于电网的容量。其中，所述方法还包括在利用电网的电能对电池阵列(10)进行充电前先将来自 电网的高压电转换为低压电，以利用该低压电对电池阵列10充电；在将所述电池阵列10的 电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网之前，将所述电池阵列10的电能转 换为具有与电网的相等电压的高压电。其中，所述方法还可以包括根据电价来控制电池阵列10的充放电，当电价低时， 对电池阵列10进行充电；当所电价高时，将电池阵列10的电能输入到电网。其中，所述方法还可以包括检测电池的储能量；根据所检测的储能量来控制电池阵列10的充放电，以使电池阵列10工作在预定的储能量范围内。其中，所述方法还可以包括检测电池阵列10的温度；根据所检测的温度来控制 电池阵列10的充放电，以使电池阵列10工作在预定的温度范围内。其中，所述方法还可以包括根据电网的负荷来调节电池阵列10的充电功率，以 确保不会使电网超负荷运行。其中，所述方法还可以包括根据电网的负荷来调节电池阵列10的放电功率，以 确保电网在接收到所述电池阵列10的电能之后，电网的功率不超过电网的容量。本发明提供的电池储能电站以及平衡电网负荷的方法可以有效地平衡电网负荷， 很好地解决了现有的电网在用电高峰时段无法满足用电需求的问题。
权利要求
一种用于平衡电网负荷的电池储能电站，该电池储能电站包括电池阵列(10)；充电系统(20)，该充电系统(20)用于利用电网的电能对所述电池阵列(10)充电；逆变系统(30)，该逆变系统(30)用于将电池阵列(10)的电能输入到电网；以及监控系统(40)，用于检测电网的负荷、频率和相位，并当所述负荷小于预定值时，控制充电系统(20)对电池阵列(10)进行充电；当所述负荷大于或等于预定值时，控制所述逆变系统(30)将电池阵列(10)的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，所述预定值小于或等于电网的容量。
2.根据权利要求1所述的电站，其中，所述电站还包括充电变压器(50)和放电变压器 (60)，所述充电变压器(50)用于将来自电网的高压电转换为低压电，并将该低压电提供给 充电系统(20)，以使充电系统(20)利用该低压电对电池阵列(10)充电；所述放电变压器(60)用于将来自逆变系统(30)的低压电转换为具有与电网的相等电 压的高压电，并将该高压电输入到电网。
3.根据权利要求1或2所述的电站，其中，所述电站还包括电气及继电保护系统(70)， 该电气及继电保护系统(70)用于保护所述充电变压器(50)和放电变压器(60)。
4.根据权利要求1或2所述的电站，其中，所述监控系统(40)还根据电价来控制电池 阵列(10)的充放电，当电价低时，控制充电系统(20)对电池阵列(10)进行充电；当电价高 时，控制所述逆变系统(30)将电池阵列(10)的电能输入到电网。
5.根据权利要求1或2所述的电站，其中，所述监控系统(40)还检测电池阵列(10)的 储能量，根据所检测的储能量来控制充电系统(20)和逆变系统(30)，以使电池阵列(10)工 作在预定的储能量范围内。
6.根据权利要求1或2所述的电站，其中，所述监控系统(40)还检测电池阵列(10)的 温度，根据所检测的温度来控制充电系统(20)和逆变系统(30)，以使电池工作在预定的温 度范围内。
7.根据权利要求1或2所述的电站，其中，所述监控系统(40)还根据电网的负荷来调 节电池阵列(10)的充电功率，以确保不会使电网超负荷运行。
8.根据权利要求1或2所述的电站，其中，所述监控系统(40)还根据电网的负荷来调 节电池阵列(10)的放电功率，以确保电网在接收到所述电池阵列(10)的电能之后的功率 不超过电网的容量。
9.一种利用电池阵列平衡电网负荷的方法，其中，该方法包括检测电网的负荷、频率和相位；以及当所述负荷小于预定值时，利用电网的电能对电池阵列(10)进行充电；当所述负荷大 于或等于预定值时，控制将所述电池阵列(10)的电能以与电网的频率和相位相同步的方 式输入到电网，所述预定值小于或等于电网的容量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括在利用电网的电能对电池阵列 (10)进行充电前先将来自电网的高压电转换为低压电，以利用该低压电对电池阵列(10) 充电；在将所述电池阵列(10)的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网之前，将所述电池阵列(10)的电能转换为具有与电网的相等电压的高压电。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括根据电价来控制电池阵列(10) 的充放电，当电价低时，对电池阵列(10)进行充电；当所电价高时，将电池阵列(10)的电能 输入到电网。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括检测电池的储能量；根据所检测的储能量来控制电池阵列(10)的充放电，以使电池阵列(10)工作在预定 的储能量范围内。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括检测电池阵列(10)的温度；根据所检测的温度来控制电池阵列(10)的充放电，以使电池阵列(10)工作在预定的 温度范围内。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括根据电网的负荷来调节电池 阵列(10)的充电功率，以确保不会使电网超负荷运行。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括根据电网的负荷来调节电池 阵列(10)的放电功率，以确保电网在接收到所述电池阵列(10)的电能之后的功率不超过 电网的容量。
全文摘要
一种用于平衡电网负荷的电池储能电站和方法，所述电池储能电站用于平衡电网负荷，其中，该电站包括电池阵列；充电系统，该充电系统用于利用电网的电能对所述电池阵列充电；逆变系统，该逆变系统用于将电池阵列的电能输入到电网；以及监控系统，用于检测电网的负荷、频率和相位，并当所述负荷小于预定值时，控制充电系统对电池阵列进行充电；当所述负荷大于或等于预定值时，控制所述逆变系统将电池阵列的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，所述预定值小于或等于电网的容量。本发明提供的电池储能电站以及平衡电网负荷的方法可以有效地平衡电网负荷，很好地解决了现有的电网在用电高峰时段无法满足用电需求的问题。
文档编号H02J3/32GK101877487SQ20091013616
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者尹韶文, 廖云浩, 张子峰, 汤小华, 王营辉, 罗红斌, 邓林旺, 陈东红 申请人:比亚迪股份有限公司