[发明专利]一种储能子模块及其构成的高压大容量直挂式储能系统

说明书

本发明提供了一种储能子模块及其构成的高压大容量直挂式储能系统，储能子模块包括：MMC变流单元和多个可调直流储能单元；可调直流储能单元包括直流开关、储能介质单元和双向DC/DC变流单元；双向DC/DC变流单元的一端接入直流开关和储能介质单元的串联结构，另一端接入MMC变流单元的直流端；储能介质单元由多个同样的储能介质串联而成。高压大容量直挂式储能系统包括由电感和众多储能子模块构成的各相支路。本发明储能子模块在直流侧采用DC/DC多重化技术扩容，解决了储能介质单元电流等级低的问题，各双向DC/DC变流单元可独立调节流经其对应的储能介质单元的电流，避免了储能介质单元之间充放电电流不均的现象，在细化电池管理的同时，极大地降低了SOC均衡的压力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种储能子模块及其构成的高压大容量直挂式储能系统。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展和分布式发电技术的日趋成熟，太阳能、风能、潮汐能等可再生能源在传统电网中的所占比例逐渐增大。

可再生能源本身具有波动性和随机性的特点，会对电网调峰和系统的安全可靠的运行产生影响，而储能技术作为电网中的重要环节，具有快速响应特性和灵活充放电能力，可有效平抑系统功率波动，提高可再生能源发电的稳定性与可预测性。但是高比例可再生能源的接入会带来并网消纳及电力供应峰谷差加剧问题，该问题推动电网侧储能向更高电压等级(如220kV甚至更高)，以及更大容量(如吉瓦级)发展。

储能系统一般由储能单元和功率变换系统(Power Conversion System，PCS)组成。储能单元可由物理或化学介质，如飞轮、压缩空气、各种电池等储能介质组成。目前，电化学储能是技术最成熟、成本最低廉的储能方式。

申请号为202010818900.2的发明专利《高压体系百兆瓦级电池储能系统》中提出了一种级联H桥子模块实现的高压百兆瓦级的电池储能系统。但该储能系统不能无变压器直挂10～35kV电网，需通过一个双绕组变压器或一个四绕组移相变压器接入220kV电网。该发明中升压变压器的引入降低了并网系统的效率。

刘畅等人在《高电压技术》发表的文章“超大容量链式电池储能系统容量边界与优化设计”一文中指出：现有技术条件下，电力电子器件技术水平可以满足链式电池储能系统(battery energy storage system，BESS))的需求，而目前限制链式BESS高压大容量化的主要因素为电池系统技术及储能系统安全性设计要求。若想要链式电池储能系统达到高压水平，则需保证链式电池储能系统子模块中电池组达到一个很高的电压等级，但是现有技术下锂电池单体电压很低(基本在3V左右)，因此为使电池组达到一个很高的电压等级，需要将众多的电池单体进行串联，而电池参数的不一致性和串联后系统的可靠性问题导致现在常用的储能电池组电压等级仅为600～800V，最高也仅达到1kV左右。同时，若想要链式电池储能系统达到高容量，则需保证链式电池储能系统子模块达到较高的电流等级，但是目前技术下常用电池单体的容量较小，高充放电倍率电池单体容量最高可做到100Ah左右，0.5C(C为表示电池充放电倍率的单位，1C即表示额定电流充放电)低倍率电池的容量最高可做到300Ah。为使链式电池储能系统子模块达到较高的电流等级，则需要大量储能电池组并联，而大规模并联后的电池环流问题也同样会限制储能电池组的并联规模。因此，受上述限制现有的链式电池储能系统的性能不能满足高压和高容量的需求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种储能子模块，包括：MMC变流单元和多个可调直流储能单元；

所述可调直流储能单元包括直流开关、储能介质单元和双向DC/DC变流单元；

所述双向DC/DC变流单元的一端接入直流开关和储能介质单元的串联结构，另一端接入MMC变流单元的直流端；

所述储能介质单元由多个同样的储能介质串联而成。

优选的，所述MMC变流单元采用半桥子模块或全桥子模块；