基于PCS和DC-DC换流堆的储能系统一次拓扑结构的制作方法

本实用新型涉及一种储能系统，尤其是涉及一种电化学储能系统一次拓扑结构。

背景技术：

储能系统(简称系统)已被视为电力生产过程中“发-输-变-配-用-储”六大环节中的一个重要组成部分，同时储能系统也可应用于“发-输-变-配-用”五大电力环节。从储能系统的应用领域可看出，储能技术对智能电网的建设具有重大的战略意义，也是推动主题能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。

储能方法分类可分为机械储能、热储能、电气储能、化学储能、电化学储能等。由于电化学储能不受地域限制、安装建设便捷、效率较高、价格合适等优点，在全球储能项目装机规模中占比逐年提升。电化学储能系统的一次设备主要由电池、能量转换装置、汇流设备、变压器、并网设备等组成，但不同的拓扑形式对成套储能系统的性能如效率、电池一致性、安全性等影响不一，需要进行具体的研究。

现阶段，储能的建设仍处于初级阶段，主流的拓扑方案仍以集中式拓扑为主，即电池串联并联成簇之后形成电池簇，多个电池簇接入同一台储能变流器(下文简称pcs)，由pcs经变压器后并网；这种拓扑结构存在着下述缺点：

(1)维护性：当系统运行过程中，某一个电池簇或某几个电池簇的电池出现故障时，需将整个系统停机用于电池检修，维护性能差。

(2)可靠性：缺乏针对大容量电池储能系统技术特点的设计与考虑，主要体现在电池堆单一输入，需要将所有单体电池大量串并联，接入同一直流母线，容易出现环流和一致性问题，大大降低了储能系统的可靠性。

(3)适应性：随着储能技术的发展，未来单个储能系统中不仅限于只使用同一类型储能介质，有可能同时使用电池、超级电容及其它储能介质。由于不同类型储能介质的电压范围不一，现有的集中式拓扑结构无法满足支持多种不同类型不同电压的储能介质接入，如锂电池和超级电容的混合应用，适应性较差。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种基于pcs和dc-dc换流堆的储能系统一次拓扑结构，要解决的技术问题是实现单元电池簇的独立管理，提高储能系统的可利用率、维护性、可靠性和适应性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于pcs和dc-dc换流堆的储能系统一次拓扑结构，包括n个能量储存单元、n个储能dc-dc变换器、pcs、变压器、并网设备，每个所述能量储存单元一一对应地接入每个所述储能dc-dc变换器的低压输入端，n个所述储能dc-dc变换器的高压输出端并联接入直流母线后、再接入所述pcs的直流侧；所述pcs的交流侧经所述变压器、并网设备接入大电网。

作为优选方式，n个所述能量储存单元是相同类型的储能单元；所述能量储存单元是电池簇。

作为优选方式，所述电池簇的电压范围为0v～800v。

作为优选方式，n个所述能量储存单元是不同类型、不同电压范围的储能单元，包括电池簇、超级电容、燃料电池。

作为优选方式，所述电池簇的电压范围为500v～800v，可定制；所述超级电容的电压范围为0v～800v；所述燃料电池的电压范围为0v～800v。

作为优选方式，所述n至少为2。

作为优选方式，所述储能dc-dc变换器低压侧的电压范围为0v～800v，其高压侧的电压范围为500v～800v。

本实用新型涉及一种基于pcs和dc-dc换流堆的储能系统一次拓扑结构，与现有设计相比，其优点在于：

(1)储能系统的主拓扑结构相对简单，易于模块化，扩展性好，单元电池簇发生如soc误差较大、内部电芯有过压或欠压等故障时的降额运行能力强，可靠性较高，可将该电池簇从储能系统中切除检修，同时，其余电池簇不受影响，继续正常运行。

(2)每个电池簇通过独立的dc-dc接入pcs直流侧，各个电池簇之间互不影响，为独立单元，可以减少电池成簇时每组电池中的串并联数目，甚至可以实现电池簇单串接入，大大降低了多个电池簇并联接入同一直流母线上时的环流问题，有利于电池维护、均衡管理，提高电池系统的可靠性。

(3)储能系统可利用率高，经济性好，可对每一电池簇单独进行充电、放电操作、管理，系统容量为每一电池簇实际容量的累加值，而非最小值，单一电池簇的充电、放电管理不受其余电池簇的影响。

(4)直流母线的工作电压稳定，不随输入电压的变化而变化。

(5)储能dc-dc变换器的低压输入端电压宽范围，可实现同一储能系统中使用不同类型的储能单元接入，如磷酸铁锂电池簇、超级电容、燃料电池等，适用性更广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1拓扑结构的示意图。

图2为本实用新型实施例2拓扑结构的示意图。

具体实施方式

本实用新型涉及一种基于pcs和dc-dc换流堆的储能系统一次拓扑结构(简称储能系统)，包括n个能量储存单元1、n个储能dc-dc变换器2、直流母线3、pcs4、变压器5、并网设备6。下文结合说明书附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

如图1所示，所述能量储能单元用于产生直流电压，本实施例1中，所述能量储存单元1是相同类型的储能单元，是电池簇1a。每个电池簇1a由电池模块或电池单体串和/或并联组成，其中，电池簇1a的数目为n个，n至少为2，所述单个电池簇1a的容量为200kwh～500kwh，电压范围为0v～800v，可根据实际使用定制电压范围。

储能dc-dc变换器2(也称储能双向直流变换器2)的数目与电池簇1的数目等同，每个电池簇1a一一对应地接入至储能dc-dc变换器2的低压输入端，形成电连接。功率为100kw的储能dc-dc变换器2的低压侧电压范围为0v～800v，高压侧电压范围为500v～800v。

所有储能dc-dc变换器2的高压输出端并联接入直流母线3后、再接入pcs4的直流侧。直流母线3对电流实现汇流的作用，pcs4负责维持直流母线的电压恒定和提供交直流变换的功能。pcs4功率与储能dc-dc变换器2的数量正相关，为100kw*n。pcs4采用厂家为长园深瑞继保自动化有限公司的型号为prs-7563-400/100的产品。

pcs4的交流侧经变压器5、并网设备6接入大电网(即电网)。并网设备6作用是储能系统与电网之间的分界点，设有开关器件，起到接入或断开电网的作用。变压器5的选择根据实际要求而定，如果是380v并网，则选用380v变压器；如果10kv并网，则选用10kv变压器。

为了供货方便、运输便利、安装便捷，n个储能dc-dc变换器2与pcs可集成在同一集装箱内，整体称为换流堆，其作用为交直流转换。集装箱的大小需根据内部设备尺寸来进行定制，一般有20尺、30尺、40尺集装箱。

本实用新型的储能系统正常充电时，各级储能dc-dc变换器2的控制器件根据对应电池簇的额定电池容量和充电时间确定充电功率，当该电池簇的soc到达额定值时，电池簇的电池管理系统(下文简称bms)控制该电池簇内部的接触器断开，该电池簇停止充电，储能dc-dc变换器2控制器件通过开出控制自身回路接触器断开，将dc-dc从回路中切除；其它电池簇按相同原理进行充电操作，当所有电池簇的soc均达到额定值后，所有电池簇内部的接触器断开，相对应的组串式pcs的交流接触器断开，整个储能系统停止充电。

本实用新型的储能系统正常放电时，各级储能dc-dc变换器控制器件根据对应电池簇的额定电池容量和放电时间确定放电功率，当该电池簇的soc到达额定值时，当该电池簇的soc到达额定值时，bms控制该电池簇内部的接触器断开，该电池簇停止放电，储能dc-dc变换器控制器件通过开出控制自身回路接触器断开，将dc-dc从回路中切除；其它电池簇按相同原理进行放电操作，当所有电池簇的soc均放电至额定值后，所有电池簇内部的接触器断开，相对应的组串式pcs的交流接触器断开，整个储能系统停止放电。

当本实用新型的储能系统中某一个电池簇出现故障时，对应储能dc-dc变换器2断开自身的接触器与断路器，从而将该簇从储能系统中切除。同时，其他簇正常运行。

实施例2

如图2所示，本具体实施例2与实施例1基本相同，所不同的是，所述能量储存单元包括不同类型、不同电压范围的储能单元，包括电池簇1a(锂电池簇1a)、超级电容1b、燃料电池1c。

所述电池簇1a的电压范围为常用为500v-800v，可定制；所述超级电容1b的电压范围为0v-800v，可定制；所述燃料电池1c的电压范围为0v-800v，可定制。

储能dc-dc变换器2的数目与电池簇1a、超级电容1b、燃料电池1c的总数目等同，电池簇1a、超级电容1b、燃料电池1c一一对应地接入至储能dc-dc变换器2的低压输入端，形成电连接。

由于储能dc-dc变换器2的低压输入端的电压范围宽，各级储能dc-dc变换器2可对应接入不同类型、不同电压范围的能量储存单元，如电池簇1a、超级电容1b、燃料电池1c，即可实现同一储能系统中使用不同类型的储能单元接入，适应性更广。