一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法
【专利摘要】本发明提供一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法，电站中设有能量型储能系统、平衡型储能系统、功率型储能系统、双向逆变器、复合储能协调控制系统。不同类型的储能系统各自与对应的双向逆变器相连。复合储能协调控制系统控制双向逆变器进行不同储能系统的协调工作。复合储能协调控制系统收集所有系统信息，并控制电站运行。基于该复合储能电站的配电方法，能够吸纳主动配电网中的分布式能源的多余电量给各储能系统充电，或者将各储能系统的电能供给主动配电网上需要的负载。本发明的复合储能电站及其配电方法，能够实现主动配电网的快速响应特性，以及对能源消纳实现最大限度的支撑，具有效率高、电网适应性强、高安全性的优点。
【专利说明】—种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电网系统中的储能电站，并且尤其涉及一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的持续增长和气候变化问题的日益严峻，大力发展新能源已经成为我国能源战略调整、转变电力发展方式的重要内容。可持续性是未来电网的基础特征，主动配电网是具备组合控制各种分布式能源(分布式电源、可控负荷、储能、需求侧管理等)能力的配电网络，其目的是加大配电网对于可再生能源的接纳能力、提升配电网资产的利用率、延缓配电网的升级投资，以及提高用户的用电质量和供电可靠性。
[0003]主动配电网通过储能电站来进行能量的转移和调配，所以根据负荷的要求、系统的特性、以及追求的技术性能和经济指标的不同，要求储能系统既响应系统的动态变化，也对应负荷调节(调峰)、紧急电源的需求。这时就要采用多种储能技术。多元复合储能就是将具有快速响应特性的储能系统和具有大容量储能特性的储能系统联合使用、协调控制，从而最大限度地发挥储能技术的性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法，将能量型储能系统、功率型储能系统和平衡型储能系统联合使用，解决主动配电网中能够自主协调控制间歇式新能源与储能装置等分布式电源单元，积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行的作用。
[0005]为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是提供一种用于主动配电网的复合储能电站，该复合储能电站包含:
复合储能协调控制系统，双向逆变器，以及三类储能系统:能量型储能系统、功率型储能系统、兼顾型储能系统；
所述双向逆变器根据储能系统类型及功率大小的不同设置有三类；这三类双向逆变器分别与相匹配的三类储能系统对应连接；
所述复合储能协调控制系统通过分别连接主动配电网、三类储能系统及其对应的双向逆变器，来监测所述主动配电网及电站中各设备的实时状态并控制这些设备完成各自工作:
所述复合储能协调控制系统通过控制对应的双向逆变器，将来自所述主动配电网中分布式能源的电能用来对三类储能系统进行充电，以及将三类储能系统的电能按照要求输入到主动配电网，以平衡电网负荷。
[0006]优选地，所述复合储能电站中进一步包含变压器，将来自所述主动配电网的高压电转换为低压电，并将该低压电提供给所述双向逆变器以便为对应的储能系统充电；所述变压器还将来自所述双向逆变器的低压电转换为所述主动配电网相对应的高压电，并将该高压电输送到主动配电网上。
[0007]优选地，所述复合储能电站中进一步包含交流配电柜，其中汇集着三类双向逆变器交流母线；所述复合储能协调控制系统与所述交流配电柜通讯，以便通过所述交流配电柜内设置的断路器来控制三类储能系统的开关。
[0008]优选地，所述复合储能电站进一步包含温控系统，其受到与之连接的所述复合储能协调控制系统监测及控制；所述温控系统中设置有工业空调及其控制系统，来保证该复合储能电站及其中各储能系统的温度都保持在合适的区间内。
[0009]优选地，所述复合储能电站进一步包含安防系统，其受到与之连接的所述复合储能协调控制系统监测及控制；所述安防系统中设置有自动灭火装置、传感器、报警器，以及这些装置的控制系统。
[0010]优选地，所述能量型储能系统中的储能种类是铅酸电池、液流电池或抽水储能，来保证主动配电网中的持续稳态用电；
所述功率型储能系统中的储能种类是钛酸锂电池、超级电容器储能或飞轮储能，来保证主动配电网中的短时高倍率用电冲击；
所述兼顾型储能中的储能种类是磷酸铁锂电池、铅碳电池或压缩空气储能，来兼顾长时间稳态运行和短时高倍率用电冲击，制衡能量型储能系统和功率型储能系统的极限出力。
[0011]一个优选的实施例中，所述复合储能电站中，所述能量型储能系统由铅酸电池组成，所述功率型储能系统由钛酸锂电池组成，所述兼顾型储能系统由磷酸铁锂电池组成。
[0012]本发明的第二个技术方案是提供一种根据上述复合储能电站实施的配电方法:所述复合储能电站工作在一个充电模式时，由电站中的复合储能协调控制系统执行以下操作:
将主动配电网上分布式能源满足负载需求后的多余电能，通过所述复合储能协调控制系统分配给电站中的三类储能系统，由所述复合储能协调控制系统根据储能系统可持续充电时间长度和最大功率信息向各储能系统分配相应的电量:
其中，当监测到输入电能稳定且长时时，复合储能协调控制系统控制电站内的交流配电柜和双向逆变器对能量型储能系统进行充电；当监测到输入电能峰谷差比较大且短时时，复合储能协调控制系统控制交流配电柜和双向逆变器对功率型储能系统进行充电；复合储能协调控制系统还控制兼顾型储能系统用于补充和调节能量型储能系统和功率型储能系统。
[0013]所述复合储能电站工作在一个放电模式时，由所述复合储能协调控制系统执行以下操作:
在主动配电网上的分布式能源不能够满足负载需求的时候，所述复合储能协调控制系统根据负载特性，控制相应的储能系统提供电能来供给负载使用:
当监测到负载功率稳定且长时时，复合储能协调控制系统控制交流配电柜和双向逆变器对能量型储能系统进行放电；当监测到负载功率冲击大且短时时，复合储能协调控制系统控制交流配电柜和双向逆变器对功率型储能系统进行放电；复合储能协调控制系统还控制兼顾型储能系统用于补充和调节能量型储能系统和功率型储能系统。
[0014]所述复合储能电站工作在一个手动模式时，由复合储能协调控制系统执行以下操作:
所述复合储能协调控制系统控制交流配电柜和双向逆变器按照手动输入的模式对三类储能系统分别进行充放电。
[0015]本发明中用于主动配电网的复合储能电站，包含:能量型储能系统、平衡型储能系统、功率型储能系统、双向逆变器、复合储能协调控制系统、安防系统、温控系统。不同类型的储能系统各自与对应的双向逆变器相连。复合储能协调控制系统控制双向逆变器进行不同储能系统的协调工作。复合储能协调控制系统收集所有系统信息，并控制电站运行。安防系统保证电站的安全运行，温控系统给电站提供良好的环境温度。基于复合储能电站的配电方法，能够吸纳主动配电网中的分布式能源的多余电量给储能系统充电，或者将储能系统的电能供给主动配电网上需要的负载。
[0016]通过利用本发明提供的复合储能电站及其配电方法，能够实现主动配电网的快速响应特性，以及对能源消纳实现最大限度的支撑。本发明提供的复合储能电站具有效率高、电网适应性强、高安全性的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明提供的复合储能电站的结构示意图；
图2是本发明提供的复合储能电站的控制示意图；
图3是本发明的一种实施方式的复合储能电站的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步地说明。
[0019]如图1所示，本发明提供的用于主动配电网的复合电池储能电站包含能量型储能系统1、功率型储能系统2、兼顾型储能系统3、双向逆变器4、变压器5、复合储能协调控制系统6、温控系统7、安防系统8、主动配电网9以及连接在主动配电网侧的分布式能源10。其中，能量型储能系统1、功率型储能系统2和兼顾型储能系统3分别与对应功率大小的双向逆变器4相连；三种储能系统的双向逆变器4通过交流配电柜接入400V母线，变压器5实现400V母线与IOKV或35KV主动配电网9之间的电压转换。
[0020]所述分布式能源10是由风力发电、太阳能发电、燃气轮机发电等多种用户侧分布式发电系统构成，在满足本地负载需求的同时，将多余的电能供到主动配电网9上，复合储能协调控制系统能够自动控制吸纳王动配电网9中的分布式能源10,以及将电能供给王动配电网9上需要的负载。
[0021]所述能量型储能系统I中的储能种类可以是铅酸电池、液流电池、抽水储能等，能够保证主动配电网9中的持续稳态用电。所述功率型储能系统2中的储能种类可以是钛酸锂电池、超级电容器储能、飞轮储能等，能够保证主动配电网9中的短时高倍率用电冲击。而所述兼顾型储能3中的储能种类可以是磷酸铁锂电池、铅碳电池、压缩空气储能等，能够兼顾长时间稳态运打和短时闻倍率用电冲击，制衡能量型储能系统I和功率型储能系统2的极限出力。保证主动配电网9的稳定运行。
[0022]所述温控系统7由工业空调及控制系统构成，能够保证复合储能电站的温度在合适的区间内，保证电站中的储能系统不发生过热危险。例如，使复合储能电站房间温度保持在25°C~30°C范围内。所述安防系统8是由自动灭火装置、传感器、报警器、控制系统等构成，能够防止电站起火、爆炸等危险。
[0023]如图2所示，复合储能协调控制系统6是复合储能电站的中央控制器，来采集监测电站数据并控制各部件工作。主动配电网9的相关实时信息通过以太网传给复合储能协调控制系统6，复合储能协调控制系统6根据主动配电网9的实时需求，进行储能跟踪出力计算。
[0024]能量型储能系统1、功率型储能系统2以及兼顾型储能系统3的状态信息通过RS485协议传给对应的双向逆变器4以及复合储能协调控制系统6。双向逆变器4通过RS485通讯协议来控制储能系统工作功率和使用时间。复合储能协调控制系统6计算得出主动配电网对储能系统的需求，通过控制交流配电柜11及三种双向逆变器4来满足主动配电网需求。
[0025]所述交流配电柜11汇集着三种类型的双向逆变器4交流母线，复合储能协调控制系统6与交流配电柜11通讯，通过断路器控制的三种类型储能系统的开关。
[0026]复合储能协调控制系统6通过RS485协议控制温控系统7与安防系统8。通过实时监测储能电站的状态及系统报警信息来使温控系统7与安防系统8相应动作，保证电站的自动化运行安全可靠。
[0027]如图3所示，本发明的一种实施方式的复合储能电站的结构。能量型储能系统I由500kWh铅酸储能单元14组成，通过IOOkW双向逆变器16连接到电网侧。功率型储能系统2由IOOkWh钛酸锂储能单元12组成，通过500kW双向逆变器15连接到电网侧。兼顾型储能系统3由500kWh磷酸铁锂储能单元13组成，通过500kW双向逆变器15接到电网侧。
[0028]本发明所述的复合储能电站能够工作在充电模式下，使复合储能协调控制系统6执行以下操作:
当主动配电网9上的分布式能源10在满足负载需求的后，将多余的电能通过复合储能协调控制系统6分配给储能系统。复合储能协调控制系统6通过储能系统可持续充电时间长度和最大功率等信息将不同的电量分配给不同的储能系统。当监测到输入电能稳定且长时时，复合储能协调控制系统6控制交流配电柜11和双向逆变器4对能量型储能系统I进行充电；当监测到输入电能峰谷差比较大且短时时，复合储能协调控制系统6控制交流配电柜11和双向逆变器4对功率型储能系统2进行充电；复合储能协调控制系统6还控制兼顾型储能系统3用于补充和调节能量型和功率型储能系统。
[0029]本发明所述的复合储能电站，还可以工作在放电模式下，使复合储能协调控制系统6执行以下操作:
当主动配电网9上的分布式能源10不能够满足负载需求的时候，复合储能协调控制系统6控制储能系统提供电能供给负载使用。复合储能协调控制系统6根据负载特性将不同的储能系统提供电能。当监测到负载功率稳定且长时时，复合储能协调控制系统6控制交流配电柜11和双向逆变器4对能量型储能系统I进行放电；当监测到负载功率冲击较大比较大且短时时，复合储能协调控制系统6控制交流配电柜11和双向逆变器4对功率型储能系统2进行充放；复合储能协调控制系统6还控制兼顾型储能系统3用于补充和调节能量型和功率型储能系统。
[0030]并且，所述的复合储能电站，还可以工作在手动模式下，使复合储能协调控制系统6执行以下操作:复合储能协调控制系统6控制交流配电柜11和双向逆变器4按照手动输入的模式对储能系统分别进行充放电。
[0031]本发明提供的复合储能电站及其配电方法，可以有效平衡主动配电网负荷，实现主动配电网的快速响应特性，以及对能源消纳实现最大限度的支撑，很好的解决了主动配电网中用电需求的多样性和不确定性，同时增加了储能系统的寿命及可靠性。
[0032]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种用于主动配电网的复合储能电站，其特征在于，该复合储能电站包含: 复合储能协调控制系统(6)，双向逆变器(4)，以及三类储能系统:能量型储能系统(I)、功率型储能系统(2)、兼顾型储能系统(3)； 所述双向逆变器(4)根据储能系统类型及功率大小的不同设置有三类；这三类双向逆变器(4)分别与相匹配的三类储能系统对应连接； 所述复合储能协调控制系统(6)通过分别连接主动配电网(9)、三类储能系统及其对应的双向逆变器(4)，来监测所述主动配电网(9)及电站中各设备的实时状态并控制这些设备完成各自工作: 所述复合储能协调控制系统(6)通过控制对应的双向逆变器(4)，将来自所述主动配电网(9)中分布式能源(10)的电能用来对三类储能系统进行充电，以及将三类储能系统的电能按照要求输入到主动配电网(9)，以平衡电网负荷。
2.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于， 所述复合储能电站中进一步包含变压器(5)，将来自所述主动配电网(9)的高压电转换为低压电，并将该低压电提供给所述双向逆变器(4)以便为对应的储能系统充电；所述变压器(5)还将来自所述双向逆变器(4)的低压电转换为所述主动配电网(9)相对应的高压电，并将该高压电输送到主动配电网(9 )上。
3.根据权利要求1所 述的复合储能电站，其特征在于， 所述复合储能电站中进一步包含交流配电柜(11)，其中汇集着三类双向逆变器(4)交流母线；所述复合储能协调控制系统(6)与所述交流配电柜(11)通讯，以便通过所述交流配电柜(11)内设置的断路器来控制三类储能系统的开关。
4.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于， 所述复合储能电站进一步包含温控系统(7)，其受到与之连接的所述复合储能协调控制系统(6)监测及控制；所述温控系统(7)中设置有工业空调及其控制系统，来保证该复合储能电站及其中各储能系统的温度都保持在合适的区间内。
5.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于， 所述复合储能电站进一步包含安防系统(8)，其受到与之连接的所述复合储能协调控制系统(6)监测及控制；所述安防系统(8)中设置有自动灭火装置、传感器、报警器，以及这些装置的控制系统。
6.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于， 所述能量型储能系统(I)中的储能种类是铅酸电池、液流电池或抽水储能，来保证主动配电网(9)中的持续稳态用电； 所述功率型储能系统(2)中的储能种类是钛酸锂电池、超级电容器储能或飞轮储能，来保证主动配电网(9)中的短时高倍率用电冲击； 所述兼顾型储能(3 )中的储能种类是磷酸铁锂电池、铅碳电池或压缩空气储能，来兼顾长时间稳态运行和短时高倍率用电冲击，制衡能量型储能系统(I)和功率型储能系统(2)的极限出力。
7.根据权利要求1或6所述的复合储能电站，其特征在于，所述复合储能电站中，所述能量型储能系统(I)由铅酸电池组成，所述功率型储能系统(2)由钛酸锂电池组成，所述兼顾型储能系统(3)由磷酸铁锂电池组成。
8.一种根据权利要求1所述复合储能电站实施的配电方法，其特征在于， 所述复合储能电站工作在一个充电模式时，由电站中的复合储能协调控制系统(6)执行以下操作: 将主动配电网(9)上分布式能源(10)满足负载需求后的多余电能，通过所述复合储能协调控制系统(6)分配给电站中的三类储能系统，由所述复合储能协调控制系统(6)根据储能系统可持续充电时间长度和最大功率信息向各储能系统分配相应的电量: 其中，当监测到输入电能稳定且长时时，复合储能协调控制系统(6)控制电站内的交流配电柜(11)和双向逆变器(4)对能量型储能系统(I)进行充电；当监测到输入电能峰谷差比较大且短时时，复合储能协调控制系统(6)控制交流配电柜(11)和双向逆变器(4)对功率型储能系统(2)进行充电；复合储能协调控制系统(6)还控制兼顾型储能系统(3)用于补充和调节能量型储能系统(I)和功率型储能系统(2 )。
9.根据权利要求8所述的配电方法，其特征在于， 所述复合储能电站工作在一个放电模式时，由所述复合储能协调控制系统(6)执行以下操作: 在主动配电网(9)上的分布式能源(10)不能够满足负载需求的时候，所述复合储能协调控制系统(6)根据负载特 性，控制相应的储能系统提供电能来供给负载使用: 当监测到负载功率稳定且长时时，复合储能协调控制系统(6)控制交流配电柜(11)和双向逆变器(4)对能量型储能系统(I)进行放电；当监测到负载功率冲击大且短时时，复合储能协调控制系统(6)控制交流配电柜(11)和双向逆变器(4)对功率型储能系统(2)进行放电；复合储能协调控制系统(6)还控制兼顾型储能系统(3)用于补充和调节能量型储能系统(I)和功率型储能系统(2)。
10.根据权利要求8或9所述的配电方法，其特征在于，所述复合储能电站工作在一个手动模式时，由复合储能协调控制系统(6)执行以下操作: 所述复合储能协调控制系统(6)控制交流配电柜(11)和双向逆变器(4)按照手动输入的模式对三类储能系统分别进行充放电。
【文档编号】H02J3/32GK103580052SQ201310608933
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】王谌, 张邦玲, 冯毅, 晏莉琴, 解晶莹, 钟清, 余南华 申请人:上海空间电源研究所, 上海动力储能电池系统工程技术有限公司, 广东电网公司电力科学研究院