专利名称：一种储能接入系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统储能技术领域，涉及一种储能接入系统。
背景技术：
为使电力系统稳定运行，必须控制它的发电、输电、配电与用电同时完成，并且使其时刻处于动态平衡状态中。如果出现瞬时的功率不平衡，就会造成系统安全稳定问题。光伏发电、风力发电等绿色新能源由于自身所固有的随机性、间歇性的特点，使得其不可能像其它传统电源一样制定和实施准确的发电计划，这给电网的运行调度带来巨大压力；同时，可再生能源的大规模接入给电网带来了无功、潮流分布、调频、调峰、电能质量等问题，给电网稳定运行造成很大的影响。储能系统可以平抑系统出现的瞬时功率不平衡，起到能量的缓冲平衡作用，它的应用一方面可以弥补间歇性新能源负荷出力随机的缺点，平衡负荷波动，减小新能源并网对电网运行的影响；另一方面储能还可以参与到电网的运行控制，提高电网运行的稳定性、可靠性和经济性。常见的储能电池有锂电池，液流电池，钠硫电池，铅酸电池等能量型电池，此类电池明显的特点是充放电电流需尽量平稳，不宜频繁启动，动态响应较慢，限于制造水平循环寿命较低；超级电容器(超级电容电池)是近年来发展较快的功率型储能元件，它具有的功率密度大、充放电速度快、工作温度宽、使用寿命长等优点，也具有能量密度偏低等劣势。从能量密度、功率密度、循环寿命和产品成本等方面来评价，每种电池都有其各自的优势与不足。如何充分利用各种储能电池的优缺点，根据实际应用情况选配相应的储能电池组成混合储能系统，并将其成功接入电网是本申请人致力于解决的问题。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种储能接入系统，将相同或者不同类型的多个储能电池进行组合，并接入电网。通过各个储能电池独立工作，根据不同的控制目标调用相应的储能电池，从而最大限度的发挥现有储能电池的特点，实现大规模储能电池直接并联运行。实现上述目的的技术方案是一种储能接入系统，接在多个储能电池与电网之间，该储能接入系统包括双向PWM(脉冲宽度调制)整流器、交流LCL滤波电路和一控制系统，所述双向PWM整流器的交流侧通过所述交流LCL滤波电路接入所述电网，所述储能接入系统还包括直流母线、与所述多个储能电池一一对应的多个双向DC/DC (直流/直流)变换器以及与所述多个双向DC/DC变换器一一对应的多个直流LC滤波电路，其中每个双向DC/DC变换器，其低压侧通过与其对应的直流LC滤波电路连接对应的储能电池，其高压侧通过所述直流母线连接所述双向PWM整流器的直流侧；所述控制系统采集各类电压信号和各类电流信号，通过计算，分别生成用于控制双向PWM整流器的第一驱动信号以及用于控制相应的双向DC/DC变换器的各个第二驱动信号。在上述的储能接入系统中，所述的控制系统包括相互连接的DSP (数字信号处理)芯片和FPGA (Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)芯片，其中所述DSP芯片采集所述双向PWM整流器的交流侧的交流电压和交流电流，并且采集所述直流母线的直流电压，通过闭环控制计算出控制所述双向PWM整流器的占空比，所述FPGA芯片根据该占空比生成所述第一驱动信号并传输给所述双向PWM整流器；针对每个双向DC/DC变换器，所述DSP芯片采集与该双向DC/DC变换器对应的储能电池的电池电压和电池电流，并采集所述直流母线的直流电压，通过闭环控制计算出控制该双向DC/DC变换器的占空比，所述FPGA芯片根据该占空比生成一个第二驱动信号并传输给该双向DC/DC变换器。在上述的储能接入系统中，所述的储能电池为锂电池、液流电池、钠硫电池、铅酸电池或者超级电容器。在上述的储能接入系统中，所述控制系统还包括与所述DSP芯片分别连接的CAN(控制器局域网络)通信模块以及RS485通信模块，其中CAN通信模块，与电池管理系统通信，实时获取各个储能电池的工作状态；RS485通信模块，与上位机通信，接受调度指令并上传本地测量数据。在上述的储能接入系统中，所述DSP芯片通过电压传感器采集各类电压信号，通过电流传感器采集各类电流信号。在上述的储能接入系统中，所述双向PWM整流器维持所述直流母线的直流电压的恒定。本实用新型的有益效果是本实用新型通过多个双向DC/DC变换器，将相同或者不同类型的多个储能电池接入电网，根据不同的控制目标调用相应的储能电池，能够充分发挥多种储能电池的特点。同时，本实用新型具有对所接入的储能电池端电压要求低、便于大规模储能系统成组应用、电池间不存在环流等优点，特别适用于新能源并网及大规模储能应用等领域。
图I是本实用新型的储能接入系统的结构图；图2是本实用新型的储能接入系统的控制系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。请参阅图I和图2，本实用新型的储能接入系统，接在多个储能电池100与电网(图中未示)之间，实现各个储能电池100与电网(图中未示)之间的能量转换，各个储能电池100类型不限，可以同类型或者不同类型，分别是锂电池、液流电池、钠硫电池、铅酸电池或者超级电容器中的一种。储能接入系统包括交流LCL滤波电路I、双向PWM整流器2、直流母线3、多个双向DC/DC变换器4、多个直流LC滤波电路5以及一控制系统6，其中[0026]双向PWM整流器2的交流侧通过交流LCL滤波电路I接入电网(图中未示)；多个双向DC/DC变换器4与多个储能电池100 —一对应，多个直流LC滤波电路5与多个双向DC/DC变换器4 一一对应；每个双向DC/DC变换器4，其低压侧通过与其对应的直流LC滤波电路5连接对应的储能电池100，其高压侧通过直流母线3连接双向PWM整流器2的直流侧；交流LCL滤波电路I由两个三相交流电感和三个电容组成(如图1)，实现交流侧的滤波；每个直流LC滤波电路5由电感和电容组成(如图I),用于对相应储能电池100的充放电电流进行滤波；控制系统6用于整个储能接入系统信号采集、计算、控制和保护，如图2所示，控制系统6包括DSP芯片61，以及与DSP芯片61分别连接的FPGA芯片62、CAN通信模块63和RS485通信模块64，其中一方面，DSP芯片61通过传感器(电压传感器或者电流传感器)采集双向PWM整流器2的交流侧的交流电压和交流电流，并且采集直流母线3的直流电压，通过闭环控制计算出控制双向PWM整流器2的占空比，并将该占空比传给FPGA芯片62，FPGA芯片62根据该占空比生成第一驱动信号，并传输给双向PWM整流器2，从而实现对双向PWM整流器2的控制；另一方面，针对于每个双向DC/DC变换器4，DSP芯片61通过传感器(电压传感器或者电流传感器)采集与该双向DC/DC变换器4对应的储能电池100的电池电压和电池电流，并采集直流母线3的直流电压，通过闭环控制计算出控制该双向DC/DC变换器4的占空t匕，并将该占空比传给FPGA芯片62，FPGA芯片62根据该占空比生成一个第二驱动信号并传输给该双向DC/DC变换器4，从而实现对这个双向DC/DC变换器4的控制；分别用于控制各个双向DC/DC变换器4的各个第二驱动信号不相同；FPGA芯片62还可以通过实时接收保护信号，分别对双向PWM整流器2以及各个双向DC/DC变换器4进行保护；CAN通信模块63用于和电池管理系统(BMS)200通信，实时获取各个储能电池100的工作状态，从而可以根据各个储能电池100的剩余电量情况制定充放电计划；RS485通信模块64用于和上位机300通信，从而接受上级电网的调度指令并上传本地测量数据。本实施例中，双向PWM整流器2接受控制系统6的控制，其在同步旋转坐标系下可实现对有功功率和无功功率的解耦控制，通过电压电流的双闭环控制可以维持直流母线3上直流电压恒定，并同时保障并网电流质量；针对某个储能电池100而言，当它充电时，与其对应的双向DC/DC变换器4工作于降压模式，按照设定的充电电流和截至电压先后工作在恒流充电和恒压充电状态下，该储能电池100从直流母线3上吸取能量，由于双向PWM整流器2具有控制直流母线3上电压恒定的功能，故整个储能接入系统从电网吸取能量并存储到该储能电池100中；当这个储能电池100放电时，与其对应的双向DC/DC变换器4工作于升压模式，该储能电池100中的能量以恒功率或者恒电流的模式释放到直流母线3上，同样由于双向PWM整流器2具有控制直流母线3上电压恒定的功能，故双向PWM整流器2会将直流侧的电能馈送到电网中，整个储能接入系统实现把该储能电池100中的能量送到电网中的功能。[0039]当多个储能电池100的类型相同时，在相同的电池容量下，可以有效的减少电池的直接并联数，降低对电池电压及一致性的要求，降低电池组的故障率。即使在运行中某个储能电池100或者某个双向DC/DC变换器4出现故障，整个储能接入系统仍可继续运行。[0040]当多个储能电池100的类型各不相同时，本实用新型可以最大限度的发挥储能电池100的各自优势，例如能量型储能电池(锂电池，铅酸电池)可以用于系统的削峰填谷，应急电源输出等功能；而功率型储能元件如超级电容器可以用于新能源并网中平滑功率输出的用途。[0041]以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。权利要求1.一种储能接入系统，接在多个储能电池与电网之间，该储能接入系统包括双向PWM整流器、交流LCL滤波电路和一控制系统，所述双向PWM整流器的交流侧通过所述交流LCL滤波电路接入所述电网，其特征在于， 所述储能接入系统还包括直流母线、与所述多个储能电池一一对应的多个双向DC/DC变换器以及与所述多个双向DC/DC变换器一一对应的多个直流LC滤波电路，其中 每个双向DC/DC变换器，其低压侧通过与其对应的直流LC滤波电路连接对应的储能电池，其高压侧通过所述直流母线连接所述双向PWM整流器的直流侧； 所述控制系统采集各类电压信号和各类电流信号，通过计算，分别生成用于控制双向PWM整流器的第一驱动信号以及用于控制相应的双向DC/DC变换器的各个第二驱动信号。
2.根据权利要求I所述的储能接入系统，其特征在于，所述的控制系统包括相互连接的DSP芯片和FPGA芯片，其中 所述DSP芯片采集所述双向PWM整流器的交流侧的交流电压和交流电流，并且采集所述直流母线的直流电压，通过闭环控制计算出控制所述双向PWM整流器的占空比，所述FPGA芯片根据该占空比生成所述第一驱动信号并传输给所述双向PWM整流器； 针对每个双向DC/DC变换器，所述DSP芯片采集与该双向DC/DC变换器对应的储能电池的电池电压和电池电流，并采集所述直流母线的直流电压，通过闭环控制计算出控制该双向DC/DC变换器的占空比，所述FPGA芯片根据该占空比生成一个第二驱动信号并传输给该双向DC/DC变换器。
3.根据权利要求I或2所述的储能接入系统，其特征在于，所述的储能电池为锂电池、液流电池、钠硫电池、铅酸电池或者超级电容器。
4.根据权利要求2所述的储能接入系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述DSP芯片分别连接的CAN通信模块以及RS485通信模块，其中 CAN通信模块，与电池管理系统通信，实时获取各个储能电池的工作状态； RS485通信模块，与上位机通信，接受调度指令并上传本地测量数据。
5.根据权利要求2所述的储能接入系统，其特征在于，所述DSP芯片通过电压传感器采集各类电压信号，通过电流传感器采集各类电流信号。
6.根据权利要求1、2或4所述的储能接入系统，其特征在于，所述双向PWM整流器维持所述直流母线的直流电压的恒定。
专利摘要本实用新型公开了一种储能接入系统，用于多个储能电池与电网之间的能量转换，该储能接入系统包括双向PWM整流器、接在所述双向PWM整流器的交流侧与电网之间的交流LCL滤波电路、直流母线、通过该直流母线与双向PWM整流器的直流侧相接并且与各个储能电池一一对应的多个双向DC/DC变换器、分别连接在各个双向DC/DC变换器与对应储能电池之间的多个直流LC滤波电路以及一个通过输出驱动信号分别控制双向PWM整流器和各个双向DC/DC变换器的控制系统。本实用新型通过各个储能电池独立工作，并根据不同的控制目标调用相应的储能电池，从而最大限度的发挥现有储能电池的特点，实现大规模储能电池直接并联运行。
文档编号H02J15/00GK202817914SQ20122049419
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者陈国栋, 王伟岸, 邢新波, 王敏利, 叶傅华, 王山山, 刘增, 缪勇 申请人:上海电气集团股份有限公司