专利名称：一种平滑风力发电输出功率的电池电力储能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电储能系统，具体涉及一种平滑输出风力发电功率的电池
电力储能系统。
背景技术：
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很 大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2. 53亿千瓦。近几年来，中国的并网风电迅速发 展。由于风能随机性和间歇性的特点，造成风电机组的出力频繁波动，从而风电场的出力可 靠性也差，风电比重过大，会使电网的调频、调峰压力加大，以及电网长距离送电的技术要 求和运行成本急剧增大。因此，风电场大规模的并网接入对电力系统的运行也带来一些新 问题 (1)风电的随机性及不可控性给电力系统规划和稳定运行带来新的挑战； (2)风电功率的波动特性与电网负荷的波动特性难以一致，使电网的调峰问题更
加突出，对调峰容量和响应速度都提出了更高的要求； (3)由于风速变化，风电机组容易引起电网电压和功率波动问题，以及由其带来的 无功电压控制和电能质量问题。 目前电力系统中的储能技术为解决电力供应链(燃料、发电、输电、配电和用电) 中存在的一些现有问题和实现电网可持续发展提供了全新的途径，采用大规模电力储能技 术，可以有效缓解用电供需矛盾、提高电网安全和稳定性、改善供电质量，并能促进可再生 能源的利用和发展。
发明内容
为解决现有技术中风电发电功率短期波动的问题，本发明提供一种可以平滑风力 发电输出功率的电池电力储能装置，具体方案如下一种平滑风力发电输出功率的电池电 力储能装置，包括储能电池组和监控系统，储能电池组与风电系统输出线路并联在一个交 流母线上，其特征在于，储能电池组和交流母线之间连接有配电装置，监控系统连接有电力 保障装置。 本发明的另一优选方式所述储能电池组包括多个并联和/或串联的子电池组， 所述子电池组包括多个并联和/或串联的单体电池。
本发明的另一优选方式所述单体电池包括液流电池、钠硫电池、锂离子电池，各 子电池组中的电池类型相同，所述液流电池连接有为电解液调温的冷水机组，所述钠硫电 池连接有保证其内部温度的加热电源，所述锂离子电池连接有温度报警和烟雾传感器。
本发明的另一优选方式所述储能电池组包括扩容接口和通信接口。
本发明的另一优选方式所述储能电池组与配电装置之间连接有变流器。
本发明的另一优选方式所述变流器有多个并分别与每个子电池组连接。
本发明的另一优选方式所述变流器为AD/DC转换模块和/或DC/DC转换模块。
3
本发明的另一优选方式所述电力保障装置由UPS电源组成，所述配电装置为升 压箱式变压器。 本发明的另一优选方式所述子电池组安装有低压继电保护设备，包括主要具备 以下保护功能过载保护、短路保护、超温保护、低频保护、欠压保护、低压保护、相不平衡保 护、高频保护及相序保护、接地保护等功能。 本发明通过储能装置协调风力发电输出功率，不仅有效减小风电并网时对电网的 冲击和影响，还提高风电输出功率与预测的一致性，保障电源电力供应的可信度，储能装置 还降低了电力系统的备用容量，提高电力系统运行的经济性，同时提高电力系统接纳风电 的能力。为并网风电场对电网的影响以及相应对策，为并网风电的有序发展，以及储能在可 再生发电中的广泛应用奠定基础。利用可以整合使用多种不同类型单体电池，利用变流器 保证输出电压与交流母线的电压平衡，利用电力保障装置使储能电池组的使用情况始终能 够被控制系统掌握。
图1本发明储能装置连接示意图
具体实施例方式
本储能装置主要用于平滑风电场的短期(数十分钟以下)波动，或根据风电场预 测的输出功率曲线配合辅助输出，使风电系统功率输出与事先预测接近一致，提高风电系 统的功率输出可信度和一致性能力，储能装置还可以开展与风电机组或风电集群的各项组 合实验，并考虑风电机组的无功调节需求。 如图1所示，储能装置的储能电池组1与风电系统5输出线路并联在一个交流母 线4上，在储能电池组和交流母线之间安装配电装置6，配电装置采用升压箱式变压器，监 控系统2通过调用储能装置功率输出，对风电系统输出功率起到功率平滑调节。
储能电池组根据储能电池特点，进一步分为多个子电池组，在各个子电池组中配 有高压开关，根据高压开关组不同的切换模式，储能装置与风电机组在同一个交流母线上， 可构成子电池组与风电机组进行独立组合，也可以构成整个储能装置与风电机组和/或风 电集群组合。每个子电池组8均配有一个380V低压继电器和一个变流器7，变流器由AC/ DC转换模块、DC/DC转换模块组成，交流侧AC/DC转换模块采用三相电压源整流器，实现双 向有源整流功能，由于要求储能装置的电流在其主电路中具有双向流动性，使AC/DC转换 模块能够工作于不同的状态，所以采用交、直流侧可控的四象限运行的变流装置，当整流器 从电网吸收能量时，它就运行在整流状态，反之，若整流器向电网传输能量时，整流器就工 作于有源逆状态。 由于整流后的直流母线电压都在600V左右，而单体电池电压较低，经串联后一般 在200V 600V之间，因此有些子电池组需要DC/DC转换模块进行电压调整，直流侧采用双 向DC/DC转换模块的拓扑结构，实现直流降压、升压功能，由双向的DC/DC转换模块主电路 实现Buck降压或者Boost升压模式。 每个储能电池组中的子电池组可以采用并联方式连接在一起，也可以采用串联方 式连接在一起，也可以两种方式共存，各子电池组可以根据单体电池的类型进行分类，子电池组中的各单体电池也可以采用并联和/或串联的方式连接在一起，单体电池的类型包括 液流电池、钠硫电池、锂离子电池等，为了保证各类型电池的正常运行，需要根据各类型电 池的不同特点，提供电池维护系统和保护系统，对于液流电池，配有为电解液调温的冷水机 组，对于钠硫电池，为保证其内部温度，配有加热电源，对于锂离子电池，配有温度报警和烟 雾传感器等报警系统，同时，监控系统2可以实现单体电池的电流、电压、S0C、内阻等参数 的测量和上报。 为了保证各子电池组的安全运行，在各子电池组中安装各种低压继电保护设备， 主要具备以下保护功能过载保护、短路保护、超温保护、低频保护、欠压保护、低压保护、相 不平衡保护、高频保护及相序保护、接地保护等功能。 为了保证储能装置可以适应以后更多风电的并网，在储能装置上留有扩容接口 9， 当储能装置不能适应电网的发展时，仅需要再接入一个或多个子电池组即可实现容量增 长。 储能装置安装有多个不同的通信接口 ，通信接口与整个储能装置的监控系统连 接，对监控系统提供储能装置当前的各种数据，这些数据包括实际发电功率、容量、线路状 态、电流、有功功率、无功功率、功率系数和平均值，通过PLC自动或手动控制配电开关装 置。监控系统通过收集的数据实现储能装置的有功率输出调节、电池系统管理、风机发电实 时数据采样、数据上传、通讯协议转换、计算换流器控制需要的交流、直流电流指令值等功 能，并控制储能装置的变压器分接头和断路器的控制信号。 为了保证监控系统在任何情况下都对储能装置进行管理和控制，配备由多个UPS 电源组成的电力保障装置3。
权利要求
一种平滑风力发电输出功率的电池电力储能装置，包括储能电池组(1)和监控系统(2)，储能电池组与风电系统(5)输出线路并联在一个交流母线(4)上，其特征在于，储能电池组和交流母线之间连接有配电装置(6)，监控系统(2)连接有电力保障装置(3)。
2. 如权利要求1所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述储能电池组包括多个并 联和/或串联的子电池组(8)，所述子电池组包括多个并联和/或串联的单体电池。
3. 如权利要求2所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述单体电池包括液流电池、 钠硫电池、锂离子电池，各子电池组中的电池类型相同，所述液流电池连接有为电解液调温 的冷水机组，所述钠硫电池连接有保证其内部温度的加热电源，所述锂离子电池连接有温 度报警和烟雾传感器。
4. 如权利要求1所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述储能电池组包括扩容接 口 (9)和通信接口。
5. 如权利要求1所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述储能电池组与配电装置 之间连接有变流器。
6. 如权利要求5所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述变流器(7)有多个并分别 与每个子电池组连接。
7. 如权利要求6所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述变流器为AD/DC转换模块 和/或DC/DC转换模块。
8. 如权利要求l所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述电力保障装置(3)由UPS 电源组成，所述配电装置为升压箱式变压器。
9. 如权利要求1所述的电池电力储能装置，其特征在于，所述子电池组安装有低压继 电保护设备，包括主要具备以下保护功能过载保护、短路保护、超温保护、低频保护、欠压 保护、低压保护、相不平衡保护、高频保护及相序保护、接地保护等功能。
全文摘要
本发明公开一种平滑风力发电输出功率的电池电力储能装置，具体涉及一种平滑输出风力发电功率的电池电力储能系统。一种平滑风力发电输出功率的电池电力储能装置，包括储能电池组和监控系统)，储能电池组与风电系统输出线路并联在一个交流母线上，其特征在于，储能电池组和交流母线之间连接有配电装置，监控系统连接有电力保障装置。本发明通过储能装置协调风力发电输出功率，不仅有效减小风电并网时对电网的冲击和影响，还提高风电输出功率与预测的一致性，保障电源电力供应的可信度，储能装置还降低了电力系统的备用容量，提高电力系统运行的经济性，同时提高电力系统接纳风电的能力。
文档编号H02J3/28GK101728835SQ20091024341
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者惠东, 杨水丽, 胡娟, 许守平, 闫涛 申请人:中国电力科学研究院