[发明专利]一种混合型储能变流装置及其运行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合型储能变流装置及其运行控制方法。

背景技术

大规模储能装置在新能源发电储能电站、电动汽车充放储电站、分布式电源/微网储能电站、城市集中及分布式储能电站等场合的应用，要求实现频繁充放电、快速的充放电响应速度、持续的能量存取。储能变流装置的电路拓扑及控制逻辑大多针对单一的储能介质，铅酸蓄电池与超级电容的单独使用无法满足大规模储能系统的需求，两者并联使用能实现优势互补，而对于两种混合型的储能介质的电路拓扑及控制逻辑的设计还不够成熟，因此需要一种专门针对铅酸蓄电池和超级电容的混合型储能变流装置。

与传统控制设备相比，铅酸蓄电池和超级电容的混合型储能变流装置电池侧接入两种不同性能的储能介质，其主要技术难点如下：1）储能变流器接入两种储能介质的主电路拓扑设计；2）储能变流装置接入两种储能介质的控制逻辑；3）储能变流装置与储能介质的组网方案；4）储能变流装置具备零电压启动。这些技术难点决定了模块化结构的铅酸蓄电池和超级电容的混合型储能变流装置的研制具有非常大的技术难度。

目前还没有专门针对铅酸蓄电池和超级电容的混合型储能变流器，铅酸蓄电池与超级电容性能差异较大，常规的储能变流器的控制逻辑无法实现对其安全可靠的控制，同时，也没有专门针对铅酸蓄电池与超级电容混合的通讯网络架构，目前混合型储能变流器的设计主要存在以下几个突出的问题：

1）不同性能的储能介质，对装置的主电路设计，控制逻辑要求不同，无法采用原有的主电路拓扑及控制策略；

2）储能变流装置难以实现直流侧零电压启动功能；

3）储能变流装置与储能介质的信息交互，储能介质与站级监控系统的信息交互方式不够完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合型储能变流装置及其运行控制方法，用以解决现有储能装置无法满足大规模储能系统需求的问题。

为实现上述目的，本发明的装置方案是：一种混合型储能变流装置，包括一个双向AC/DC模块和一个双向DC/DC模块，超级电容回路开关、铅酸蓄电池回路开关、所述双向DC/DC模块由至少两个双向DC/DC单元并联组成，所述双向AC/DC模块的交流侧用于与电网连接，所述双向AC/DC模块的直流侧用于与DC/DC模块的一侧连接，所述DC/DC模块的另一侧连接到一个用于接入超级电容和铅酸蓄电池的直流母线，该直流母线上连接所述超级电容回路开关和所述铅酸蓄电池回路开关。

所述双向AC/DC模块由三相全桥IGBT功率单元组成。

所述双向AC/DC模块交流侧通过一个隔离降压变压器连接到电网，且电网侧还设有一个三相交流EMC滤波器。

所述双向AC/DC模块的直流侧还设有一个储能电容。

所述双向AC/DC模块的交流侧还设有一个LC滤波回路。

该混合型储能变流装置还设有一个用于通讯连接站级监控系统的以太网端口、一个用于通讯连接铅酸蓄电池的通讯接口和一个用于通讯连接超级电容的通讯接口。

该混合型储能变流装置用于通过104通讯协议与站级监控系统连接，并通过CAN总线RS485通讯接口与铅酸蓄电池和超级电容连接。

本发明的方法方案是：一种混合型储能变流装置的运行控制方法，当储能变流装置启动时，首先闭合超级电容回路开关，为超级电容充电，直到超级电容电压达到铅酸蓄电池的允许接入电压时，闭合铅酸蓄电池回路开关，完成储能变流装置的启动，超级电容和铅酸蓄电池并联运行。

在铅酸蓄电池和超级电容混合工作的过程中，当铅酸蓄电池或超级电容发生故障时，断开铅酸蓄电池或超级电容的回路开关，由铅酸蓄电池或超级电容单独工作，直到故障排除后，重新闭合铅酸蓄电池或超级电容的回路开关，恢复铅酸蓄电池和超级电容混合控制模式进行工作。

当铅酸蓄电池和超级电容同时发生故障时，将铅酸蓄电池和超级电容的回路开关都断开，储能变流装置停止工作，直到故障排除后，重新闭合铅酸蓄电池和超级电容的回路开关，并重新启动装置。

本发明达到的有益效果：本发明储能变流装置的主电路采用AC/DC+DC/DC的两级变换拓扑结构，运行的可靠性较高，且AD/DC功率单元采用三相全桥电路，DC/DC功率单元采用Buck-Boost电路，可实现充电/放电双向控制。另外，储能变流装置设置变比为0.4kV/0.18kV的降压隔离变压器，降低了控制设备的绝缘要求，利于设计、制造、调试和维护，同时降低了储能变流器的成本；