一种混合型移动储能系统的制作方法

本实用新型涉及移动储能供电领域，尤其涉及一种混合型移动储能系统。

背景技术：

随着现代社会发展对供电系统的电能质量和可靠性要求不断提高，人们需要各种各样的移动式供电系统对供电系统进行额外供电、临时供电以及保证电网稳定等。同时电网存在很多一些周期性或季节性负荷，导致有些区配变大部分时间轻载甚至空载，特定时期重载甚至过载，此时移动式供电系统就能很好地解决上述问题。

传统的移动式供电系统一般以柴油发电机作为主电源，柴油发电机以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电，需要人工切入电网。移动式供电发展的新方向是移动电池储能系统。现有的移动储能系统一般配置一种储能介质，如液流电池、磷酸铁锂、铅酸蓄电池等，通过DC/AC变流器接入电网。

柴油发电机噪音大、损耗大、污染大，停电切换时间长，难以满足快速保障电力供应的要求。电池储能安全、无污染且能量双向流动，是移动式供电发展的新方向。现有的移动储能系统多以示范为主，一般配置一种储能介质，如液流电池、磷酸铁锂、铅酸蓄电池等，这些电池可以储备较大的容量，但响应速度太慢，不能快速响应大容量冲击性负荷，如鼠笼型异步电机、鱼塘供氧机等等，因此，在微电网及弄配网领域应用的时候存在很大的局限性。根据上述现有技术的缺点，配置一个能快速响应大容量冲击性负荷、快速输出大功率，并且有较大的容量储备，实现对用户的长期供电的移动储能系统是我们要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种混合型移动储能系统，其灵活可靠成本低，解决了传统柴油发电机后备电源的噪音大、污染大、运行维护费用高等缺点，解决了现有的移动储能系统停电切换时间长、不能应对冲击性负荷等缺陷，增加了移动储能系统的实用性。

本实用新型实施例提供了一种混合型移动储能系统，包括：共直流母线变流器拓扑结构、超容室、电池室、配电室；

所述共直流母线变流器拓扑结构包括：电池组、电容器组、直流母线、DC/AC变流器、双向DC/DC模块；

所述双向DC/DC模块与所述电池组、所述电容器组均电性连接，且与所述电池组、所述电容器组的非连接端与所述直流母线连接；

所述电池组设置于所述电池室内，所述电容器组设置于所述超容室内，所述DC/AC变流器和所述双向DC/DC模块设置于所述配电室内。

优选地，所述直流母线与所述DC/AC变流器的连接具体为所述直流母线通过开关S2与所述DC/AC变流器的直流侧电容并联连接。

优选地，所述双向DC/DC模块具体为Bi Buck-Boost双向DC/DC电路。

优选地，所述DC/AC变流器具体采用三相桥式电路进行配置。

优选地，所述共直流母线变流器拓扑结构还包括直流输出接口；

所述直流输出接口通过开关S3与所述直流母线并联连接。

优选地，所述共直流母线变流器拓扑结构还包括交流母线和交流负载；

所述交流母线连接通过开关S1与所述DC/AC变流器连接；

所述交流母线连接电网或所述交流负载。

优选地，所述电容器组具体为250kW超级电容器组；

所述电池组具体为250kW/500kWh的三元聚合物锂电池。

优选地，所述直流母线与新能源电源电性连接。

优选地，本实用新型实施例还包括消防室；

所述消防室配置有自动灭火装置；

所述自动灭火装置包括：感烟火灾探测器、感温火灾探测器、控制器、风机、防火阀和六氟丙烷灭火装置；

所述控制器分别连接所述感烟火灾探测器、所述感温火灾探测器、所述风机、所述防火阀和所述六氟丙烷灭火装置。

优选地，所述电池室还配置有自动温控系统；

所述配电室还配置有智能监控系统和手动消防装置。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例配置了电容器组和电池组，可快速响应冲击负荷的变动，快速输出大功率，并且有较大的容量储备，而且这些设备易于移动，成本较低，灵活可靠，可解决传统柴油发电机后备电源的噪音大、污染大、运行维护费用高等缺点。此外，本实用新型中的共直流母线变流器拓扑结构采用共直流母线的接线方式，可解决现有的移动储能系统停电切换时间长、不能应对冲击性负荷等缺陷，增加了移动储能系统的实用性，可以快速响应冲击负荷的变动，快速输出大功率，并且有较大的容量储备，实现对用户的长期供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例的一种共直流母线拓扑结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的另一种共直流母线拓扑结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的另一种共直流母线拓扑结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的另一种共直流母线拓扑结构的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的一种混合型移动储能系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的一种混合型移动储能系统的内部结构示意图；

其中，附图标记为：

1、电池组；2、电容器组；3、DC/AC变流器；4、双向DC/DC模块；5、自动灭火装置；6、自动温控系统；7、智能监控系统；8、手动消防装置；9、直流及交流两组线轮；10、配电柜。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种混合型移动储能系统，用于解决现有的移动储能系统停电切换时间长、不能应对冲击性负荷等缺陷，增加移动储能系统的实用性。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种混合型移动储能系统，包括：共直流母线变流器拓扑结构、超容室、电池室、配电室；

共直流母线变流器拓扑结构包括：电池组、电容器组、直流母线、DC/AC变流器、双向DC/DC模块；

双向DC/DC模块与电池组、电容器组均电性连接，且与电池组、电容器组的非连接端与直流母线连接；

电池组设置于电池室内，电容器组设置于超容室内，DC/AC变流器和双向DC/DC模块设置于配电室内。

请参阅图1，混合型移动储能系统中的共直流母线变流器拓扑结构，包括：电池组、电容器组、直流母线、DC/AC变流器、双向DC/DC模块；

双向DC/DC模块与电池组、电容器组均电性连接，且与电池组、电容器组的非连接端与直流母线连接。

直流母线与DC/AC变流器的连接具体为直流母线通过开关S2与DC/AC变流器的直流侧电容并联连接。

双向DC/DC模块具体为Bi Buck-Boost双向DC/DC电路。

DC/AC变流器具体采用三相桥式电路进行配置。

还包括直流输出接口；

直流输出接口通过开关S3与直流母线并联连接。

还包括交流母线和交流负载；

交流母线连接通过开关S1与DC/AC变流器连接；

交流母线连接电网或交流负载。

电容器组具体为250kW超级电容器组；

电池组具体为250kW/500kWh的三元聚合物锂电池。

本实用新型采用采用带有直流输出接口的共直流母线变流器拓扑结构，如图1所示。直流侧锂电池组及电容器组都配置有一台Bi Buck-Boost双向DC/DC电路，与DC/AC直流侧电容并联运行。

其中u_bat为锂电池组串并联后的输出电压，u_sc为超级电容器组输出电压，C及L_dc分别为Bi Buck-Boost的滤波电容及储能电感，S₁₁S₁₂S₂₁S₂₂为DC/DC电路的IGBT。后级采用常规三相桥式电路，u_dc为直流侧电压，L_f1L_f2及C_f为LCL输出滤波器。

双向DC/DC电路具有变流、调压功能，能量可以双向流动，实现超容及锂电池的充放电运行。通过它来连接端电压不同的两种储能元件，对每种储能设备直接控制，同时维持直流母线电压恒定；并优化锂电池的充放电曲线，延长其使用寿命；锂电池和超级电容可以深度放电，因此其储能量可以充分利用；使用DC/DC还可以使能量管理系统更加灵活配置。

此外，为配合直流用电场景，在直流母线扩展出直流输出接口，通过对电池组及电容器组DC/DC变换器的控制，将移动储能系统变化为可调电压的直流电源或直流负载。

以上是对本实用新型实施例的一种混合型移动储能系统进行详细的描述，其中的拓扑结构是可以实现移动储能系统在用配电多场景的应用，下述的几种共直流母线拓扑结构的应用均可以当作实施例应用至本实用新型实施例中的混合型移动储能系统形成混合型移动储能系统的几种实施例。以下将对本实用新型实施例提供的混合型移动储能系统中的共直流母线拓扑结构进行拓展应用，本实用新型实施例提供的混合型移动储能系统中的共直流母线拓扑结构作为并联型STATCOM或APF进行应用。

需要说明的是，作为并联型STATCOM或APF，补偿无功功率、治理负载产生的谐波电流。简化拓扑结构图如图2所示。

该运行方式下，S2打开，S1闭合，S3打开，移动储能系统并联在谐波源或需要补偿无功功率的点。该运行方式下，前级DC/DC部分切出，系统相当于并联于负载侧的D-STATCOM(静止无功补偿器)或APF(有源滤波器)。通过传感器检测出负载侧输出的谐波电流及无功，通过控制器计算出补偿指令，控制IGBT的开关，使逆变器输出与指令同频同相的补偿电流，补偿负载产生的谐波及无功功率，改善电网谐波电流畸变率，提高功率因数。

以上是本实用新型实施例的混合型移动储能系统中的共直流母线拓扑结构作为并联型STATCOM或APF进行应用的详细描述，以下将对本实用新型实施例的混合型移动储能系统中的共直流母线作为UPS后备电源，实现重要负荷不间断供电的方案进行应用作详细的描述。

本实用新型实施例的共直流母线拓扑结构作为UPS后备电源，实现重要负荷不间断供电。请参阅图3。

该运行方式下，S1闭合，S2闭合，S3打开，简化拓扑结构如图3所示。此时，移动储能系统是在线运行方式，接入在电网及重要负荷直接，运行时，电容器组DC/DC处于运行状态，保证电容器组满电；电池组DC/DC处于关闭状态，减少其损耗。当系统断电时，迅速检测出孤岛状态，利用电池组的快速响应特性，使变流器切换到孤岛运行状态，保证重要负荷不断电运行；网测电压稳定后，迅速投入三元锂电池组，给负荷提供足够的备用电源容量，同时控制超级电容器组充放电，平缓孤岛电网的电压波动。

以上是本实用新型实施例的共直流母线拓扑结构作为UPS后备电源，实现重要负荷不间断供电的方案进行应用作详细的描述。以下将对本实用新型实施例的混合型移动储能系统中的共直流母线拓扑结构配合新能源组成移动式微网作详细的描述。

本实用新型实施例的共直流母线拓扑结构配合新能源组成移动式微网，解决偏远山区或海岛供电问题。请参阅图4。

该运行方式下，S1、S2，S3闭合，如图4所示。此时，移动储能系统相当于一个直流电源或直流负载。最典型应用为配合光伏电源(直流输出)组成光伏储能一体化装置，实现偏远地区(无电农村、孤立海岛)的供电。光伏具有间歇性、波动性的特点，间歇性即光照强度100W/m2上时可以发电，晚上光照强度低于100W/m2就不能发电。该运行方式下，白天光照强度较高时光伏电源一方面通过储能变流器(此时扮演光伏逆变器角色)给交流负荷供电，另一方面冗余电量给锂电池组充电，电容器组此时平滑新能源功率波动性。而夜间供电时，锂电池组能量密度高，可以长时间通过储能变流器给负荷供电。

以上是本实用新型实施例的混合型移动储能系统中的共直流母线拓扑结构的结构和应用进行详细的描述，以下将对本实用新型实施例的混合型移动储能系统进行更加详细的说明。

请参阅图5和图6，本实用新型实施例提供的一种混合型移动储能系统，包括共直流母线变流器拓扑结构，还包括：超容室、电池室、配电室；共直流母线变流器拓扑结构分布设置在超容室、电池室、配电室。

共直流母线变流器拓扑结构包括：电池组1、电容器组2、直流母线、DC/AC变流器3、双向DC/DC模块4；

双向DC/DC模块4与电池组1、电容器组2均电性连接，且与电池组1、电容器组2的非连接端与直流母线连接；

电池组1设置于电池室内，电容器组2设置于超容室内，DC/AC变流器3和双向DC/DC模块4设置于配电室内。

需要说明的是，

超容室配置有上述的电容器组2；

电池室配置有上述的电池组1；

配电室配置有上述的双向DC/DC模块4和DC/AC变流器3。

还包括消防室；

消防室配置有自动灭火装置5。

消防室、超容室、电池室、配电室设置于集装箱内。

电池室还配置有自动温控系统6。

配电室还配置有直流及交流两组线轮、智能监控系统7和手动消防装置8。

本实用新型实施例的共直流母线拓扑结构安装于移动设备中，组成混合型移动储能系统，能解决传统柴油发电机后备电源的噪音大、污染大、运行维护费用高等缺点，解决现有的移动储能系统停电切换时间长、不能应对冲击性负荷等缺陷，增加了移动储能系统的实用性。

这种基于混合储能技术的移动式储能系统，采用集装箱作为容器，主要分为四个室：消防室、超容室、电池室、配电室。电池室一侧有检修门，方便对超容室及电池室快速检修。超容室、电池室、配电室中间有检修通道，方便人员的监视、检修、维护。各室分布如图5所示。

集装箱体内具体布置如图6所示，本实用新型实施例的共直流母线拓扑结构在本实用新型实施例的混合型移动储能系统中的位置如图6所示。

消防室主要放置两台自动灭火装置5，通过对明火进行实时监测，对超容室、电池室、配电室进行自动消防。当控制器检测到感烟火灾探测器和感温火灾探测器同时发出火灾信号时，控制器发出火灾声光信号，并发出联动指令，关闭风机、防火阀等联动设备，到发出灭火指令，启动六氟丙烷灭火装置，释放灭火剂实施灭火，均由系统自己完成，不需要人员介入和操作的控制方式。

超容室配置有250kW超级电容器组2，给系统提供大功率高响应速度的储能介质。超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。

电池室配置有250kW/500kWh的三元聚合物锂电池，给系统提供充足的备用容量。三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池，三元锂电池能量密度更大，但安全性经常受到怀疑。原因是即便这两种材料都会在到达一定温度时发生分解，三元锂材料会在更低的200度左右发生分解，而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液迅速燃烧，发生连锁反应，就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。由于三元电池对工作温度要求比较高，因此电池室配置有自动温控系统6，保证锂电池组1运行在稳定安全的温度范围内。

配电室配置有2台250kW的双向DC/DC实现对超容电池组1及锂电池组1的直流电压控制。配置有一台500kW的DC/AC储能变流器，将直流转变为380V/50Hz交流电。配电柜10实现移动储能系统的投切控制、保护、直流交流输出选择等。配置有直流及交流两组线轮(图6中的附图标记9)，交流线轮配置50m线缆，直流配置20m线缆。配置有智能监控系统7，实现对超级电容器各电池、电池组1各个模块运行信息、集装箱温湿度信息、移动储能系统运行方式信息、DC/DC直流母线电压、DC/AC交流输出电压电流信息等参数的实时采集及显示。配置有手动消防装置8，方便运行人员手动灭火。智能监控系统7一侧有操作区域，方便运行人员对移动储能系统进行操作，同时方便监视智能监控系统7的运行参数显示。

混合储能系统并网有多种方式，可以交流采用多台DC/AC变流器3并联，可以在直流侧并联，可以在不同的场合选择不同拓扑结构。集装箱内空间小，散热困难，而大功率DC/AC变流器3发热较大，并联运行时存在环流问题，因此不适用于移动储能系统。

需要说明的是，本实用新型实施例的混合型移动储能系统能根据上述共直流母线拓扑结构的应用进行相应的应用，即作为并联型STATCOM或APF，补偿无功功率、治理负载产生的谐波电流；作为UPS后备电源，实现重要负荷不间断供电；配合新能源组成移动式微网，解决偏远山区或海岛供电问题。其应用方式与上述共直流母线的应用方式相同，此处不在赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。