[发明专利]一种用于低压配网的分布式储能系统

说明书

本发明提出了一种用于低压配网的分布式储能系统，在传统三电平逆变器的基础上增加了三个双向功率开关S1、S2和S3，在所增加的元器件的基础上根据系统设计目标对新增的三个双向开关进行控制。本发明一种用于低压配网的分布式储能系统能够同时实现：谐波抑制、无功补偿、三相电压不平衡治理、中线电流治理、充电控制、放电控制等控制功能，以及现直流电池的冗余备用。

技术领域

本发明涉及智能配网技术领域，特别是一种用于低压配网的分布式储能系统。

背景技术

电能是现代社会中不可或缺的重要能源，在不同的领域中都得到了非常广泛的应用，这也使现代电网的承载非常严酷。随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器以及各种开关电源等大规模的应用，导致的负面效应也日益明显。同时，随着分布式能源的快速发展，大量的分布式新能源接入配网。这些大量的分布式新能源以风、光等为代表，具有极强的波动性和不确定性。在新能源的实际应用中，大量的波动电源接入系统，对电网的稳定运行提出了较大的挑战，对电力调度等也提出了较高要求。并且由于配网无法实现全部的分布式发电的就地消纳，也造成大量的弃风弃光现象。提高分布式能源的利用效率、提高抵压配网的自动化水平、增强配网电能质量调控能力等，是现代化配网需要重点解决的问题。特别对于配网终端，由于供电半径较大，配网特别是农村配网的末端的电压波动、谐波、三相不平衡等问题较为严重。同时，随着我国人民生活水平的提高，末端用电设备也出现了较大的变化，特别是电动汽车的发展，对配网承受大功率负荷的能力也提出了较高的要求。

传统的储能系统采用包括PCS、电池及BMS系统。储能变流器(PCS)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。储能变流器(PCS)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。储能PCS主要用于电池的充电和放电控制，可以对电池的充电、放电电流、功率和电压控制，充电和放电工作模式也有恒压、恒流和恒功率工作模式。

目前主流的储能技术包括物理类储能和电化学储能两类。物理类储能有：抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能及超导储能、开放式循环气体涡轮等。电化学储能有：钠硫电池、钒电池、锂电池、铅酸电池等。其中，电化学储能技术由于具有建设周期短、运营成本低、对环境无影响等特点已经成为电网应用储能技术解决新能源接入的首选方案。新能源产业发展需求储能电池，发展新能源产业必须大力发展高安全、长寿命、高能量密度的储能电池。针对电网应用的储能电池要求大容量，市场上较多见的是锂离子电池、钠硫电池和液流电池技术。对电网储能应用，尤其是风力发电储能应用来说，全钒电池和钠硫电池是两种主要的已经被市场认可的商用技术。钒电池通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放。充电时，通过对电池的充电，将电能转化为化学能储存在不同价态的钒离子中；当发电装置不能满足额定输出功率时，电池开始放电，把储存的化学能转化为电能。钒电池的容量取决于电解液的存量，理论上来说，它的储液装置可以做得很大，而且只要不受污染，它的寿命会很长。钒电池的充、放电性能好，能够进行大功率的充电和放电，选址自由度大、占地少，可以很好地把太阳能和风能融入到住宅或者工业场所中。钒电池作为一种新型清洁能源存储装置，经过美国、日本、澳大利亚等国家的应用验证，凭借其大功率、长寿命、支持频繁大电流充放电、绿色无污染等明显技术优势，主要应用于再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统、海岛应用等领域。在全球便携式储能电池市场，锂离子电池由于其在能量密度方面具有绝对优势而占据绝大部分份额。