一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统，属于电力设备【技术领域】。其特征是：基于二次电池与超级电容设计出一个混合储能模块，以此来实现变电站直流系统的储能要求。本发明能够充分发挥混合储能的优势，提高变电站直流系统的功率特性，同时具有对电网友好、对环境友好、能够快速响应大功率放电需求等优点。
【专利说明】—种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统，属于电力设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电力工程中的直流系统是发电厂和变电站的控制、保护、信号和通信装置的操作电源，也是各种直流设备和事故照明的保安电源。它直接关系着电力系统的安全可靠运行，对防止系统破坏，避免事故扩大和设备严重损坏尤为重要。目前的直流系统使用寿命短，长期使用引起内阻增大容量下降将使功率输出能力变差，另外为保证冲击功率需求而配置远大于经常负荷容量的二次电池也造成极大浪费。
[0003]随着储能技术的迅速发展，各种储能技术在电力系统中的应用研究日趋广泛目前的储能方式有二次电池、超级电容、超导和飞轮储能等，其中二次电池储能技术成熟、成本低等优点，但二次电池的电能转换效率低，由于自身充放电电流的限制，难以提供较大的功率并且使用寿命受限。相比于二次电池，超级电容具有超长寿命，高能量密度和快速充放电的优点。飞轮储能系统是由飞轮、电机和变频器等组成主机由真空泵、制冷装置等组成辅机。飞轮储能系统具有输入输出快速、效率高、使用寿命长等优点，但飞轮的转速不能无限升高，这就导致了飞轮储能受到限制。超导储能技术具有高效(效率可达90%)，输出功率大，容易形成较高电压，但是其稳定性仍值得关注，由于其对温度、电流密度和磁场变化都非常敏感，所以其稳定性有待研究。
[0004]现有的直流变电站在变电站多个断路器同时动作或变电站出现紧急情况时，要求二次电池具有超过本身放电倍率的功率特性，常使二次电池产生电压崩溃。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统，以此来取代传统的储能方式并实现变电站直流系统的储能要求。
[0006]本发明利用了超级电容器功率密度大、循环寿命长、温度性能好和二次电池储能技术成熟、成本低等优点，能够彻底解决直流系统常年运行内阻增大容量降低功率输出能力不足的问题，缓解直流系统使用寿命短、运行环境温度要求苛刻、维护麻烦运营成本高等问题，提高了直流系统的安全性和功率特性，从而为电力系统安全运行提供有力的保障。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统，包括:用于存储直流电电能的二次电池组和超级电容器组、用于输出补偿电压的逆变单元；二次电池组与超级电容器并联后再与逆变单元串联；其中，二次电池组包括多个串联的二次电池E、和由一个电感L2、两个IGBT分别反并联一个二极管组成的双向DC/DC1变换器组成；如此可以让二次电池既可以充电也可以放电。
[0009]超级电容器组包括一个以上串联超级电容器C、和由一个电感L1、两个IGBT分别反并联一个二极管组成的双向DC/DC2变换器组成；如此可以让超级电容器组既可以充电也可以放电。
[0010]逆变单元包括:一个电容Cl、与电容Cl并联的由两组三个共6个IGBT和两组三个共6个二极管组成的双向AC/DC变流器，AC/DC变流器再与由3个并联的电容C2、C3、C4、和分别与电容C2、C3、C4并联的3个电感L3、L4、L5组成的LC滤波器；电容Cl用来对电路进行稳压，双向AC/DC变流器实现对交流侧的实时充电或放电，LC滤波器对逆变后/整流前的电流进行滤波。
[0011]本发明当交流侧无障碍时，buck-boost型双向DC/DC变换器呈buck特性，降压并分别给超级电容和二次电池组充电，当电网发生故障时，buck-boost型DC/DC变换器呈boost特性,升压并向电网放电。
[0012]本发明的工作原理:
[0013]1.对于电网无故障时，电流经过LC滤波器后通过双向AC/DC变换器整流到直流侦牝再通过buck-boost双向DC/DC变换器降压来分别给二次电池组E和超级电容器组C充电；
[0014]2.当电网发生故障时,超级电容器组C通过buck-boost双向DC/DC变换器升压，立即响应变电站直流系统大功率放电需求，二次电池组E通过buck-boost双向DC/DC变换器升压，然后经过双向AC/DC变换器逆变至交流侧，通过LC滤波器滤波后和超级电容器C一起为电网提供动态电压恢复。这样既充分发挥了混合储能的电源特性，又不至于让混合储能系统发生电压崩溃。
[0015]本发明的优点在于:
[0016]1.本发明能够为变电站直流系统中电压短时跌落提供补偿；
[0017]2.电网电压跌落时，本发明可以快速响应大功率放电需求，并持续放电；
[0018]3.本发明不会让混合储能系统发生电压崩溃，起到了延长电源使用寿命的作用；
[0019]4.本发明对电网友好、对环境友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统，包括:用于存储直流电电能的二次电池组和超级电容器组、用于输出补偿电压的逆变单元；二次电池组与超级电容器并联后再与逆变单元串联；其中，二次电池组包括多个串联的二次电池E、和由一个电感L2、两个IGBT分别反并联一个二极管组成的双向DC/DC1变换器组成；如此可以让二次电池既可以充电也可以放电。
[0022]超级电容器组包括一个以上串联超级电容器C、和由一个电感L1、两个IGBT分别反并联一个二极管组成的双向DC/DC2变换器组成；如此可以让超级电容器组既可以充电也可以放电。
[0023]逆变单元包括:一个电容Cl、与电容Cl并联的由两组三个共6个IGBT和两组三个共6个二极管组成的双向AC/DC变流器，AC/DC变流器再与由3个并联的电容C2、C3、C4、和分别与电容C2、C3、C4并联的3个电感L3、L4、L5组成的LC滤波器；电容Cl用来对电路进行稳压，双向AC/DC变流器实现对交流侧的实时充电或放电，LC滤波器对逆变后/整流前的电流进行滤波。
[0024]本发明当交流侧无障碍时，buck-boost型双向DC/DC变换器呈buck特性，降压并分别给超级电容和二次电池组充电，当电网发生故障时，buck-boost型DC/DC变换器呈boost特性,升压并向电网放电。
[0025]电网无故障时，系统工作在充电状态，电流经过LC滤波器后通过双向AC/DC变换器整流到直流侧，这时buck-boost双向DC/DC1变换器和buck-boost双向DC/DC2变换器呈buck特性降低电压来分别给二次电池组C和超级电容器组E充电；电网发生故障时，系统工作在放电状态，这时buck-boost双向DC/DC1变换器和buck-boost双向DC/DC2变换器呈boost特性，超级电容器组C通过buck-boost双向DC/DC1变换器升压，立即响应变电站直流系统大功率放电需求，二次电池组E通过buck-boost双向DC/DC2变换器升压，然后经过双向AC/DC变换器逆变至交流侧，通过LC滤波器滤波后和超级电容器C 一起为电网提供动态电压恢复。如果，暂降时间较长或暂降次数频繁，超级电容器组C和二次电池组E电压下降较多，不足以提供恢复电压，则系统主电路发出停机信号切除负载。
【权利要求】
1.一种基于二次电池与超级电容混合储能的变电站直流系统，其特征在于，包括:用于存储直流电电能的二次电池组和超级电容器组、用于输出补偿电压的逆变单元；二次电池组与超级电容器并联后再与逆变单元串联；其中: 二次电池组包括多个串联的二次电池E、和由一个电感L2、两个IGBT分别反并联一个二极管组成的双向DC/DC1变换器组成； 超级电容器组包括一个以上串联超级电容器C、和由一个电感L1、两个IGBT分别反并联一个二极管组成的双向DC/DC2变换器组成； 逆变单元包括:一个电容Cl、与电容Cl并联的由两组三个共6个IGBT和两组三个共6个二极管组成的双向AC/DC变流器，AC/DC变流器再与由3个并联的电容C2、C3、C4和分别与电容C2、C3、C4并联的3个电感L3、L4、L5组成的LC滤波器。
【文档编号】H02J11/00GK103915873SQ201410125496
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】苏适, 李萍, 张文斌, 刘友宽, 严玉廷, 杨家全, 王彬筌 申请人:云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司