[发明专利]高压体系百兆瓦级电池储能系统

说明书

本发明提供了一种高压体系百兆瓦级电池储能系统及优化、控制方法，包括多相式结构，所述多相式结构的每一相自上而下分为多层空间；每层空间内设置有电池模块；电池模块连接H桥变换器的直流端；每一相上的H桥变换器级联而成。本发明单相储能设备容量大，多相并联可构成百兆瓦级电池储能电站，电站结构简单，协调控制容易，控制环路模型与耦合低、不易引发系统稳定性问题。控制系统分层少，信息传递延时小，响应速度快。储能系统可无变压器直挂10～35kV电网，系统整体效率高。通过链式变换器可对电池堆进行分割管控，安全性好，电池堆小，堆内环流小。

技术领域

本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体地，涉及一种高压体系百兆瓦级电池储能系统。

背景技术

目前，日趋严峻的能源危机和环境污染问题备受关注，世界各国都在大力发展大规模可再生能源发电，以求构建高效、清洁的未来智慧能源网。高比例大规模风光电源接入电网促使电网侧电池储能电站已进入百MW级时代并向GW级迈进，对其安全性、运行效率和动态特性均提出了更高的要求。

储能功率变换系统(Power Conversion System,PCS)是电池堆与电网的接口。PCS的常规拓扑结构是低压三相两电平变换电路，单个容量在500kW左右。百MW级储能电站由数量众多的PCS经多级变压器升压后并入高压电网。在这样的储能电站中，一方面，对于500kW电池堆来讲，由于其由近万个电池芯串并联组成，电池芯的不一致性导致并联环流，引发电池堆发热、燃烧，使得电池堆的安全性低下。另一方面，电池堆中环流损耗、常规PCS开关频率高及变压器的大量使用，降低了并网系统的效率。此外，PCS单台容量太小，组成百兆瓦级大容量储能电站时需要数百台储能设备并联，电站结构复杂，设备间协调控制困难，控制指令需经多级信息系统传递，严重影响了系统的响应速度。亟需一种新型的高压大功率变换系统应对百兆瓦级电池储能系统挑战。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高压体系百兆瓦级电池储能系统。

根据本发明提供的一种高压体系百兆瓦级电池储能系统，包括多相式结构，所述多相式结构的每一相自上而下分为多层空间；每层空间内设置有电池模块；电池模块连接H桥变换器的直流端；每一相由H桥变换器级联而成。

优选地，所述多层空间为相互隔离的空间，每层内的电池模块相互隔离。

优选地，还包括升压变压器和输电杆塔，级联的H桥变换器通过高压电缆接入升压变压器，升压变压器接入输电杆塔。

优选地，还包括缓冲单元，H桥变换器的直流侧通过缓冲单元与电池模块相连，缓冲单元将电池模块和H桥变换器隔离。

优选地，升压变压器的二次侧为星型连接并将中性点接地，H桥变换器的中性点也接地。

优选地，所述升压变压器包括三组存在相位差的三相电压。

根据本发明提供的一种基于上述系统的高压体系百兆瓦级电池储能优化方法，包括如下步骤：

通过计算在不同模块数设计下系统的效率与可靠性，并绘制出效率、可靠性与模块数的关系曲线，根据系统的设计指标要求并结合效率、可靠性曲线，得到最优的模块数设计。

根据本发明提供的一种上述系统的高压体系百兆瓦级电池储能控制方法，包括如下步骤：

上层控制步骤：对各台链式电池储能系统进行协调控制，通过各台设备的SOC值计算其所承担有功功率；

下层控制步骤：对单台链式电池储能系统进行控制，且各台并联链式电池储能系统的控制策略均相同。

优选地，所述下层控制包括SOC均衡控制、模块故障控制、电网不对称或故障下的控制和功率解耦控制。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：