專利名稱：一種新型儲能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣自動化設(shè)備領(lǐng)域中的一種儲能裝置，尤其涉及一種多兼 容的儲能裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中，發(fā)電和用電是同時進(jìn)行的，兩者的能量時時都保持平衡狀 態(tài)。電力儲能裝置可以有效地調(diào)節(jié)發(fā)電和用電之間的平衡狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)緊急 狀態(tài)下的電能供應(yīng)。
目前有多種實(shí)用的儲能方式，而采用各種大容量電池或超級電容來實(shí)現(xiàn) 儲能是最常用的方式。
大容量電池儲能系統(tǒng)是由高能量密度、免(少)維護(hù)、長壽命和無污染 的大容量電池設(shè)備，配以性能優(yōu)異的基于大功率電力電子技術(shù)的電網(wǎng)接入系 統(tǒng)和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，組合成的電力儲能系統(tǒng)。
20世紀(jì)80年代后期，國外研制的出能安裝于用戶配電側(cè)、緊靠負(fù)荷中 心就地沖放電、避免長距離往返輸送的分散安裝的大容量電池儲能系統(tǒng)，特 點(diǎn)是對負(fù)荷波動響應(yīng)快、技術(shù)簡單，特別是安裝在用戶側(cè)不但供自身調(diào)峰， 停電時還可部分自供，對某些遠(yuǎn)距離終端用戶還能起到保持電壓和功率因數(shù) 的作用，易于推動用戶自行投資建設(shè)。
電池儲能是將低谷電力經(jīng)整流充入電池中，峰荷時再逆變送入交流系統(tǒng)。 電池儲能關(guān)鍵技術(shù)既具有戰(zhàn)略影響的前沿技術(shù)，又是支撐電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展所 急需的重大技術(shù)。從長遠(yuǎn)看，電力儲能技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、 解決電量供需不平衡矛盾和提高供電可靠性問題提供一攬子解決方案。城市 電網(wǎng)中如果大容量電池儲能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行容量能夠達(dá)到20-40MW，則調(diào)峰 效果基本可以與抽水儲能電站相當(dāng)，可以解決電力生產(chǎn)中的峰谷差的問題， 而且不受地理?xiàng)l件限制；在系統(tǒng)因故障而停電時，儲能裝置可以起暫時供電 的作用，避免突然停電帶來的損失；儲能裝置還可以提高系統(tǒng)得穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)遇到大的擾動時，例如短路等事故時，儲能裝置可以在瞬時吸收或 釋放能量，使系統(tǒng)中的調(diào)解裝置有時間進(jìn)行調(diào)整，避免系統(tǒng)失穩(wěn)而恢復(fù)正常 運(yùn)行。
作為連接電池儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)的"橋梁"，電網(wǎng)接入系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)電能在 電網(wǎng)儲能系統(tǒng)之間的傳輸、流動和電能轉(zhuǎn)換。儲能用接入系統(tǒng)需要滿足能量 的雙向流動、系統(tǒng)與電網(wǎng)之間電磁性能的動態(tài)匹配以及功率調(diào)解等諸多要求。 因此，儲能系統(tǒng)用接入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制策略、保護(hù)方法以及集成形式 都明顯有別于其他形式的接入系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新型儲能裝置，可適用于各種電網(wǎng)電壓等級，且可以 適應(yīng)任意多組電池或超級電容器。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種新型儲能裝置， 一側(cè)接入三相電網(wǎng)， 另一側(cè)電路連接若干組電池或超級電容，所述的新型儲能裝置包含
若干充放電換流模塊；
所述的每個充放電換流模塊的三個直流正極端子分別連接到三組電池 (超級電容)的正極端， 一個直流負(fù)極端子連接到三組電池(超級電容)的
負(fù)極端；
三相多繞組隔離變壓器，所述的三相多繞組隔離變壓器包含一個三相系 統(tǒng)繞組和若干個三相換流繞組；
所述的若干個三相換流繞組間的電壓相位依次相差607N;
所述的三相多繞組隔離變壓器的每個三相換流繞組分別電路連接到每個 充放電換流模塊的三相交流端子； 斷路器模塊；
所述的斷路器模塊包含第一斷路器和第二斷路器；
所述的第一斷路器的一端電路連接到所述的三相多繞組隔離變壓器的三 相系統(tǒng)繞組，另一端電路連接到所述的第二斷路器的一端，所述的第二斷路 器的另一端接入三相電網(wǎng)；
所述的充放電換流模塊包含依次電路連接的直流軟啟動模塊、直流直流 換流模塊、直流交流換流模塊、以及交流軟啟動模塊；所述的直流軟啟動模塊包含-
三個正極端和一個負(fù)極端；
三個直流側(cè)軟啟動電阻；
三個直流側(cè)軟啟動接觸器；
三個直流側(cè)電抗器；
所述的三個正極端分別連接三個電池組的正極；負(fù)極端連接三個電池組 的負(fù)極；三個直流側(cè)軟啟動電阻與三個直流側(cè)軟啟動接觸器分別并聯(lián)后再分 別與三個直流側(cè)電抗器串聯(lián)；
所述的直流直流換流模塊包含
三個電池正極端和一個電池負(fù)極端；
三個半橋IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)模
塊；
一個斬波IGBT模塊； 放電電阻； 第一直流電容器； 直流正極端和直流負(fù)極端；
所述的直流直流換流模塊的三個正極端分別連接直流軟啟動模塊中的三 個直流側(cè)電抗器，還分別連接到三個半橋IGBT模塊的交流端；直流直流換 流模塊的電池負(fù)極端都連接到三個電池組的負(fù)極端；三個半橋IGBT模塊和 一個斬波IGBT模塊的正極端和負(fù)極端分別短接到一起后，分別連接到直流 直流換流模塊的直流正極端和直流負(fù)極端；放電電阻的一端連接到直流正極 端，另一端連接到斬波IGBT模塊的交流端；第一直流電容器的正極和負(fù)極 分別連接到直流正極端和直流負(fù)極端；
所述的直流交流換流模塊包含
直流正極端和直流負(fù)極端；
三個半橋IGBT模塊；
第二直流電容器；
三個交流端子；
所述的直流交流換流模塊的直流正極端和直流負(fù)極端分別連接直流直流 換流模塊的直流正極端和直流負(fù)極端；所述的三個半橋IGBT模塊的正極端和負(fù)極端分別短接到一起后，分別 連接到直流交流換流模塊的直流正極端和直流負(fù)極端；三個半橋IGBT模塊 的交流端分別連接到三個交流端子；第二直流電容器的正極和負(fù)極分別連接 到直流正極端和直流負(fù)極端；
所述的交流軟啟動模塊包含
濾波電路；
三個交流側(cè)軟啟動電阻； 交流側(cè)軟啟動接觸器；
所述的濾波電路包含三個第一交流側(cè)電抗器、三個第二交流側(cè)電抗器 和三個交流側(cè)電容器；
所述的三個第二交流側(cè)電抗器的一端分別連接到所述的直流交流換流模 塊的三個交流端子，所述的三個第二交流側(cè)電抗器的另一端分別連接到所述 的另外三個第一交流側(cè)電抗器的一端和所述的三個交流側(cè)電容器的一端，所 述的三個交流側(cè)電容器的另一端并接在一起，所述的三個交流側(cè)軟啟動電阻 分別和所述的交流側(cè)軟啟動接觸器的觸頭并聯(lián)后， 一端分別連接到所述的三 個第一交流側(cè)電抗器的另一端，另一端分別連接到所述的三相多繞組隔離變 壓器的三相換流繞組；
當(dāng)本發(fā)明工作在電池(超級電容)充電模式時，直流交流換流模塊工作 在整流模式，而直流直流換流模塊工作在降壓換流模式，有功功率從電網(wǎng)經(jīng) 過三相多繞組隔離變壓器流向直流交流換流模塊的直流側(cè)再經(jīng)過直流直流換 流模塊流向電池組，給電池充電；當(dāng)本發(fā)明工作在電池(超級電容)放電模 式時，直流交流換流模塊工作在逆變模式，而直流直流換流模塊工作在升壓 換流模式，有功功率從電池(超級電容)經(jīng)過直流直流換流模塊流向直流側(cè) 再經(jīng)直流交流換流模塊及經(jīng)過三相多繞組隔離變壓器流向電網(wǎng)，電池放電。
斷路器K1和K2的連接處可設(shè)定為本地不停電母線給重要負(fù)載供電，當(dāng) 電網(wǎng)停電后，保持?jǐn)嗦菲鱇2不斷開，儲能裝置可以將電池的能量轉(zhuǎn)換成交 流電源給本地不停電母線供電。
本發(fā)明具有可適應(yīng)任意多組電池接入及可接入任意等級電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，本 發(fā)明也可應(yīng)用于的新能源供電場合，如太陽能電池供電系統(tǒng)。
圖1為本發(fā)明提供的一種新型儲能裝置的電路原理圖2為本發(fā)明提供的一種新型儲能裝置的充放電換流模塊的電路原理
圖3為本發(fā)明提供的一種新型儲能裝置的直流直流換流模塊的電路原理
圖4為本發(fā)明提供的一種新型儲能裝置的直流交流換流模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)圖1 圖4，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施方式-如圖1所示，本發(fā)明提供一種新型儲能裝置， 一側(cè)接入三相電網(wǎng)，另一 側(cè)電路連接若干組電池或超級電容，所述的新型儲能裝置包含 若干充放電換流模塊l;
所述的每個充放電換流模塊1的三個直流正極端子Bl/B2/B3分別連接 到三組電池(超級電容)的正極端， 一個直流負(fù)極端子BN連接到三組電池 (超級電容)的負(fù)極端；
三相多繞組隔離變壓器2，所述的三相多繞組隔離變壓器2包含1個三 相系統(tǒng)繞組202和若干個三相換流繞組201;所述的若干個三相換流繞組201 間的電壓相位依次相差607N;
所述的三相多繞組隔離變壓器(TR) 2的每個三相換流繞組分別電路連 接到每個充放電換流模塊1的三相交流端子U/V/W;
斷路器模塊3;
所述的斷路器模塊包含第一斷路器(K2) 301和第二斷路器(Kl) 302， 所述的第一斷路器(K2) 301的一端電路連接到所述的三相多繞組隔離變壓 器2的三相系統(tǒng)繞組202，另一端電路連接到所述的第二斷路器(Kl) 302 的一端，所述的第二斷路器(Kl) 302的另一端接入三相電網(wǎng)；
如圖2所示，所述的充放電換流模塊1包含依次電路連接的直流軟啟動 模塊IOI、直流直流換流模塊102、直流交流換流模塊103、以及交流軟啟動 模塊104;所述的直流軟啟動模塊101的三個正極端B1/B2/B3及負(fù)極端BN接入三 個電池組，三個直流側(cè)軟啟動電阻RD1/RD2/RD3與三個直流側(cè)軟啟動接觸 器JD1/JD2/JD3分別并聯(lián)后再分別與三個直流側(cè)電抗器LD1/LD2/LD3串聯(lián)， 然后分別連接到直流直流換流模塊的三個電池正極端BD1/BD2/BD3和一個 電池負(fù)極端BDN;
所述的直流直流換流模塊102的直流正極端DC+和直流負(fù)極端DC-分別 連接到直流交流換流模塊的直流正極端DC+和直流負(fù)極端DC-;
所述的直流交流換流模塊103的三個交流端子AO/BO/CO連接到交流軟 啟動模塊104，所述的三個交流端子AO/BO/CO分別通過第二交流測電抗器 LA2/LB2/LC2 、交流側(cè)電容器CA1/CB1/CC1和第 一 交流側(cè)電抗器 LA1/LB1/LC1組成的濾波電路連接到三個交流側(cè)軟啟動電阻RA1/RB1/RC1 和交流側(cè)軟啟動接觸器JZ1， JZ1的三個觸點(diǎn)分別與交流側(cè)軟啟動電阻 RA1/RB1/RC1并聯(lián)，交流側(cè)軟啟動電阻RA1/RB1/RC1再連接到三相多繞組 隔離變壓器2的一個三相系統(tǒng)繞組；
如圖3所示，所述的直流直流換流模塊102的正極端BD1/BD2/BD3分 別接到三個電池組的正極端，并分別接到三個半橋IGBT模塊SA1/SB1/SC1 的交流端，直流直流換流模塊的直流負(fù)極端DC-都接到三個電池組的負(fù)極端， 三個半橋IGBT模塊SA1/SB1/SC1和斬波IGBT模塊SD1的正極端和負(fù)極端 分別短接到一起后，分別接到直流直流換流模塊的直流正極端DC+和直流負(fù) 極端DC-;放電電阻RD的一端接到直流正極端DC+，另一端接到斬波IGBT 模塊SD1的交流端；第一直流電容器E1的正極和負(fù)極分別接到直流正極端 DC+和直流負(fù)極端DC-;
如圖4所示，所述的直流交流換流模塊103包含三個半橋IGBT模塊 SA2/SB2/SC2 (含反并聯(lián)二極管)和一組直流電容器E1;三個半橋IGBT模 塊SA2/SB2/SC2的正極端和負(fù)極端分別短接到一起后，分別接到直流正極端 DC+和直流負(fù)極端DC-;三個半橋IGBT模塊的交流端分別接到三個交流端 子AO/BO/CO;第二直流電容器E2的正極和負(fù)極分別接到直流正極端DC+ 和直流負(fù)極端DC-。
當(dāng)本發(fā)明工作在電池(超級電容)充電模式時，直流交流換流模塊工作 在整流模式，而直流直流換流模塊工作在降壓換流模式，有功功率從電網(wǎng)經(jīng)過三相多繞組隔離變壓器流向直流交流換流模塊的直流側(cè)再經(jīng)過直流直流換 流模塊流向電池組，給電池充電；當(dāng)本發(fā)明工作在電池(超級電容)放電模 式時，直流交流換流模塊工作在逆變模式，而直流直流換流模塊工作在升壓 換流模式，有功功率從電池(超級電容)經(jīng)過直流直流換流模塊流向直流側(cè) 再經(jīng)直流交流換流模塊及經(jīng)過三相多繞組隔離變壓器流向電網(wǎng)，電池放電。
斷路器K1和K2的連接處可設(shè)定為本地不停電母線給重要負(fù)載供電，當(dāng) 電網(wǎng)停電后，保持?jǐn)嗦菲鱇2不斷開，儲能裝置可以將電池的能量轉(zhuǎn)換成交 流電源給本地不停電母線供電。
任何基于本發(fā)明所作的等效變換電路，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種新型儲能裝置，其一側(cè)接入三相電網(wǎng)，另一側(cè)電路連接若干組電池或超級電容，其特征在于，所述的新型儲能裝置包含若干充放電換流模塊(1)，每個充放電換流模塊(1)分別連接1組電池或超級電容組；三相多繞組隔離變壓器(2)，其電路連接所述的若干充放電換流模塊(1)；斷路器模塊(3)，其一端電路連接所述的三相多繞組隔離變壓器(2)，另一端接入電網(wǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的每個充放電換流 模塊(1)的三個直流正極端子(Bl、 B2、 B3)分別連接到每組電池或超 級電容組的正極端， 一個直流負(fù)極端子(BN)連接到每組電池或超級電 容組的負(fù)極端。
3. 如權(quán)利要求2所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的三相多繞組隔離 變壓器(2)包含一個三相系統(tǒng)繞組(202)和若干個三相換流繞組(201); 所述的三相多繞組隔離變壓器(2)的每個三相換流繞組(201)分別電路 連接到每個充放電換流模塊(1)的三相交流端子(U、 V、 W)。
4. 如權(quán)利要求3所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的斷路器模塊包含 第一斷路器(301)和第二斷路器(302);所述的第一斷路器(301)的一 端電路連接三相系統(tǒng)繞組(202)，另一端電路連接到所述的第二斷路器(302)的一端，所述的第二斷路器(302)的另一端接入三相電網(wǎng)。
5. 如權(quán)利要求3所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的三相換流繞組(201)間的電壓相位依次相差607N。
6. 如權(quán)利要求3所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的充放電換流模塊(1)包含依次電路連接的直流軟啟動模塊(101)、直流直流換流模塊 (102)、直流交流換流模塊(103)、以及交流軟啟動模塊(104)。
7. 如權(quán)利要求6所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的直流軟啟動模塊(101)包含三個正極端(Bl、 B2、 B3)和一個負(fù)極端(BN); 三個直流側(cè)軟啟動電阻(RD1、 RD2、 RD3);三個直流側(cè)軟啟動接觸器(JD1、 JD2、 JD3); 三個直流側(cè)電抗器(LD1、 LD2、 LD3);所述的三個正極端(Bl、 B2、 B3)分別連接三個電池組的正極；負(fù) 極端(BN)連接三個電池組的負(fù)極；三個直流側(cè)軟啟動電阻(RD1、 RD2、 RD3)與三個直流側(cè)軟啟動接觸器(JD1、 JD2、 JD3)分別并聯(lián)后再分別 與三個直流側(cè)電抗器(LD1、 LD2、 LD3)串聯(lián)。
8. 如權(quán)利要求6所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的直流直流換流模 塊(102)包含三個電池正極端(BD1、 BD2、 BD3)和一個電池負(fù)極端(BDN);三個半橋IGBT模塊(SA1、 SB1、 SC1);一個斬波IGBT?！婪?SD1);直流正極端(DC+)和直流負(fù)極端(DC-);所述的直流直流換流模塊(102)的三個電池正極端(BD1、 BD2、 BD3)分別連接直流軟啟動模塊(101)中的三個直流側(cè)電抗器(LD1、 LD2、 LD3)，還分別連接到三個半橋IGBT模塊(SA1、 SB1、 SC1)的 交流端；直流直流換流模塊(102)的電池負(fù)極端(BDN)都連接到三個 電池組的負(fù)極端和直流負(fù)極端(DC-);三個半橋IGBT模塊(SA1、 SB1、 SC1)和一個斬波IGBT模塊(SD1)的正極端和負(fù)極端分別短接到一起 后，分別連接到直流直流換流模塊(102)的直流正極端(DC+)和直流 負(fù)極端(DC-)。
9. 如權(quán)利要求8所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的直流直流換流模 塊(102)還包含放電電阻(RD);第一直流電容器(El);所述的放電電阻(RD)的一端連接到直流正極端(DC+)，另一端連 接到斬波IGBT模塊(SD1)的交流端；第一直流電容器(El)的正極和 負(fù)極分別連接到直流正極端(DC+)和直流負(fù)極端(DC-)。
10. 如權(quán)利要求6所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的直流交流換流模 塊(103)包含直流正極端(DC+)和直流負(fù)極端(DC-);三個半橋IGBT模塊(SA2、 SB2、 SC2); 三個交流端子(AO、 BO、 CO);所述的直流交流換流模塊(103)的直流正極端(DC+)和直流負(fù)極 端(DC-)分別連接直流直流換流模塊(102)的直流正極端(DC+)和 直流負(fù)極端(DC-);所述的三個半橋IGBT模塊(SA2、 SB2、 SC2)的正極端和負(fù)極端分 別短接到一起后，分別連接到直流交流換流模塊(103)的直流正極端 (DC+)和直流負(fù)極端(DC-);三個半橋IGBT模塊(SA2、 SB2、 SC2) 的交流端分別連接到三個交流端子(AO、 BO、 CO)。
11. 如權(quán)利要求10所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的直流交流換流 模塊(103)還包含第二直流電容器(E2);所述的第二直流電容器(E2)的正極和負(fù)極分別連接到直流交流換流 模塊(103)的直流正極端(DC+)和直流負(fù)極端(DC-);
12. 如權(quán)利要求6所述的新型儲能裝置，其特征在于，所述的交流軟啟動模塊(104)包含 濾波電路；三個交流側(cè)軟啟動電阻(RA1、 RB1、 RC1); 交流側(cè)軟啟動接觸器(JZ1);所述的濾波電路包含三個第一交流側(cè)電抗器(LA1、 LB1、 LC1)、 三個第二交流側(cè)電抗器(LA2、 LB2、 LC2)和三個交流側(cè)電容器(CA1、 CB1、 CC1);所述的三個第二交流側(cè)電抗器(LA2、 LB2、 LC2)的一端分別連接 到所述的直流交流換流模塊(103)的三個交流端子(AO、 BO、 CO)， 所述的三個第二交流側(cè)電抗器(LA2、 LB2、 LC2)的另一端分別連接到 所述的另外三個第一交流側(cè)電抗器(LA1、 LB1、 LC1)的一端和所述的 三個交流側(cè)電容器(CA1、 CB1、 CC1)的一端，所述的三個交流側(cè)電容 器(CA1、 CB1、 CC1)的另一端并接在一起，所述的三個交流側(cè)軟啟動 電阻(RA1、 RB1、 RC1)分別和所述的交流側(cè)軟啟動接觸器(JZ1)的 觸頭并聯(lián)后， 一端分別連接到所述的三個第一交流側(cè)電抗器(LA1、 LB1、LC1)的另一端，另一端分別連接到所述的三相多繞組隔離變壓器(2) 的三相換流繞組(201)。
全文摘要
一種新型儲能裝置，該新型儲能裝置包含依次電路連接的若干充放電換流模塊、三相多繞組隔離變壓器和斷路器模塊；所述的充放電換流模塊包含依次電路連接的直流軟啟動模塊、直流直流換流模塊、直流交流換流模塊、以及交流軟啟動模塊；充電時，有功功率從電網(wǎng)經(jīng)三相多繞組隔離變壓器，流向直流交流換流模塊直流側(cè)，降壓換流后，經(jīng)直流直流換流模塊整流，流向電池組，電池充電；放電時，有功功率從電池經(jīng)直流直流換流模塊升壓換流后，流向直流側(cè)，再經(jīng)直流交流換流模塊逆變，經(jīng)三相多繞組隔離變壓器流向電網(wǎng)，電池放電。本發(fā)明具有可適應(yīng)任意多組電池接入及可接入任意等級電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明也可應(yīng)用于的新能源供電場合，如太陽能電池供電系統(tǒng)。
文檔編號H02J3/32GK101442207SQ200810208238
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者何維國, 鋒 劉, 劉文華, 劉文輝, 強(qiáng) 宋, 宇 張, 滕樂天, 偉 王, 胡為進(jìn), 趙香花, 陳晉輝 申請人:上海市電力公司;思源清能電氣電子有限公司