專利名稱：一種用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷的電池儲能電站和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電網(wǎng)系統(tǒng)中的儲能電站和方法，并且尤其涉及一種用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷 的電池儲能電站和方法。
背景技術(shù)：
由于工農(nóng)業(yè)建設(shè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，對電力的需求日趨增長，國 家巨資建設(shè)了許多大小規(guī)模的火電廠和水電站，但仍然滿足不了電力負(fù)荷增長的迫切要 求。電網(wǎng)在每天不同的時段的負(fù)荷是很不均衡的，晚上6-9點(diǎn)是用電高峰時間段，這 樣就需要調(diào)用備用的儲能電站來為電網(wǎng)供電，從而滿足用電高峰時間段的供電。目前電網(wǎng) 中承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的電站主要有煤電、油電、水電及抽水蓄能電站。這些蓄能電站中，煤電和油電儲能電站造價高、起停時間長、環(huán)境污染比較嚴(yán)重， 就電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán)保而言，煤電和油電儲能電站不宜用作調(diào)峰電廠；水電蓄 能電站調(diào)峰能力較強(qiáng)，但可供使用的資源有限；而作為電網(wǎng)主力調(diào)峰電站的水電蓄能電站 因占地面積大，工期長，且受地理條件限制，其發(fā)展也受到一定程度的限制。因此，目前迫切 的需要一種能夠緩解供電緊張的新型儲能電站。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有合適的儲能電站能夠承擔(dān)用電高峰時間段的調(diào)峰任務(wù) 的缺陷，本發(fā)明提供了一種能夠削峰填谷、平衡電網(wǎng)負(fù)荷從而達(dá)到調(diào)峰的目的的新型儲能 電站。本發(fā)明提供的新型儲能電站為電池儲能電站，該電池儲能電站用于平衡電網(wǎng)負(fù) 荷，其中，該電站包括電池陣列；充電系統(tǒng)，該充電系統(tǒng)用于利用電網(wǎng)的電能對所述電池 陣列充電；逆變系統(tǒng)，該逆變系統(tǒng)用于將電池陣列的電能輸入到電網(wǎng)；監(jiān)控系統(tǒng)，用于檢測 電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率和相位，并當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，控制充電系統(tǒng)對電池陣列進(jìn)行充 電；當(dāng)所述負(fù)荷大于或等于預(yù)定值時，控制所述逆變系統(tǒng)將電池陣列的電能以與電網(wǎng)的頻 率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)，所述預(yù)定值小于或等于電網(wǎng)的容量。此外，本發(fā)明還提供一種利用電池陣列平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法，其中，該方法包括 檢測電網(wǎng)的負(fù)荷的頻率和相位；以及當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，利用電網(wǎng)的電能對電池陣 列進(jìn)行充電；當(dāng)所述負(fù)荷大于或等于預(yù)定值時，控制將所述電池陣列的電能以與電網(wǎng)的頻 率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)，所述預(yù)定值小于或等于電網(wǎng)的容量。通過利用本發(fā)明提供的電池儲能電站以及平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法，所述監(jiān)控系統(tǒng)可 以在電網(wǎng)負(fù)荷小的時候控制充電系統(tǒng)將電網(wǎng)的電能充入電池陣列中，并在電網(wǎng)負(fù)荷大時控 制所述逆變系統(tǒng)將存儲在電池陣列中的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方式釋放到 電網(wǎng)中，從而達(dá)到了平衡電網(wǎng)負(fù)荷的目的。本發(fā)明提供的電池儲能電站具有占地面積小、造 價低、無污染、且安全性高的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的電池儲能電站的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的電池儲能電站的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的電池儲能電站的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖4是本發(fā)明提供的平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明提供的用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷的電池儲能電站包括電池陣列10， 該電池陣列10包括多個并聯(lián)電池組；充電系統(tǒng)20，該充電系統(tǒng)20用于利用電網(wǎng)的電能對 所述電池陣列10充電；逆變系統(tǒng)30，該逆變系統(tǒng)30用于將電池陣列10的電能輸入到電網(wǎng)； 以及監(jiān)控系統(tǒng)40，用于檢測電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率和相位，并當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，控制充 電系統(tǒng)20對電池陣列10進(jìn)行充電；當(dāng)所述負(fù)荷大于或等于預(yù)定值時，控制所述逆變系統(tǒng) 30將電池陣列10的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)。其中所述預(yù)定 值可以設(shè)定為小于或等于電網(wǎng)的容量。所述電池陣列10中的電池組包括若干串聯(lián)的電池，所述電池可以是鐵電池(即， 磷酸鐵鋰電池，其額定電壓可以為3. 2V)、或者其他類型的電池。所述充電系統(tǒng)20用于將來 自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并利用該直流電對電池陣列10充電。所述逆變系統(tǒng)30用 于根據(jù)電網(wǎng)的頻率和相位，將來自電池陣列10的直流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)的頻率和相位相同 的交流電，并將該交流電輸入到電網(wǎng)。由于一般情況下，電網(wǎng)上的電能都是高壓電，例如電壓在10KV或者10KV以上，而 電池陣列10所能承受的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10KV，例如0. 4KV。因此，優(yōu)選情況下，如圖2所示， 所述電站還包括充電變壓器50和放電變壓器60，所述充電變壓器50用于將來自電網(wǎng)的高 壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，并將該低壓電提供給充電系統(tǒng)20，以使充電系統(tǒng)20利用該低壓電對電 池陣列10充電；所述放電變壓器60用于將來自逆變系統(tǒng)30的低壓電轉(zhuǎn)換為具有與電網(wǎng)相 等電壓的高壓電，并將該高壓電輸入到電網(wǎng)。優(yōu)選情況下，如圖3所示，所述電站還包括電氣及繼電保護(hù)系統(tǒng)70，該電氣及繼電 保護(hù)系統(tǒng)70用于保護(hù)所述充電變壓器50和放電變壓器60。下面針對充電變壓器50來描 述所述電氣及繼電保護(hù)系統(tǒng)70，電氣及繼電保護(hù)系統(tǒng)70包括高壓側(cè)進(jìn)線柜保護(hù)裝置、高壓 側(cè)出線柜保護(hù)裝置、低壓側(cè)進(jìn)線柜保護(hù)裝置以及低壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置，其中，所述高壓側(cè) 進(jìn)線柜保護(hù)裝置和高壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置分別設(shè)置在充電變壓器50的高壓側(cè)的進(jìn)線柜和 出線柜中，而所述低壓側(cè)進(jìn)線柜保護(hù)裝置和低壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置設(shè)置在充電變壓器50 的低壓側(cè)。所述高壓側(cè)進(jìn)線柜保護(hù)裝置中采用一些開關(guān)器件、避雷器以及帶電顯示裝置等， 具有隔離高壓電源、保證安全檢修的功能。所述高壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置可以采用CSP2000 微機(jī)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、高溫報警、超溫跳閘、零序電流保護(hù)等。所述低 壓側(cè)進(jìn)線柜保護(hù)裝置和低壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置起過載長延時、短路瞬時保護(hù)的作用，分別 設(shè)置在充電變壓器60低壓側(cè)的進(jìn)線柜和出線柜中。對于所述放電變壓器60而言，高壓側(cè) 進(jìn)線柜保護(hù)裝置和高壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置分別設(shè)置在放電變壓器60的高壓側(cè)的進(jìn)線柜和出線柜中，所述低壓側(cè)進(jìn)線柜保護(hù)裝置和低壓側(cè)出線柜保護(hù)裝置分別設(shè)置在放電變壓器60 的低壓側(cè)的進(jìn)線柜和出線柜中。一般而言，電網(wǎng)上的電能的價格會根據(jù)使用情況波動，例如在晚上6-9點(diǎn)的電價 較高，而在晚上12點(diǎn)以后的電價較低。為了實(shí)現(xiàn)最好的經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)選情況下，所述監(jiān)控系 統(tǒng)40還可以根據(jù)電價來控制電池陣列10的充放電，當(dāng)電價低時，控制充電系統(tǒng)20對電池 陣列10進(jìn)行充電；當(dāng)所述電價高時，控制所述逆變系統(tǒng)30將電池陣列10的電能輸入到電 網(wǎng)。這樣可以實(shí)現(xiàn)低買高賣，使電池儲能電站發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)選情況下，所述監(jiān)控系統(tǒng)40還可以檢測電池陣列10的儲能量，根據(jù)所檢測的儲 能量來控制充電系統(tǒng)20和逆變系統(tǒng)30，以使電池陣列10工作在預(yù)定的儲能量范圍內(nèi)。這 樣可以防止電池陣列10過充或者過放。其中，所述預(yù)定的儲能范圍可以根據(jù)電池陣列10 自身的保護(hù)屬性來設(shè)定，例如可以設(shè)定為電池陣列10的最大儲能量的10% -90%。此外，所述監(jiān)控系統(tǒng)40還可以檢測電池陣列10的溫度，根據(jù)所檢測的溫度來控制 充電系統(tǒng)20和逆變系統(tǒng)30，以使電池陣列10工作在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。這樣可以防止電 池陣列10因過熱而損壞，起到了保護(hù)電池陣列10的作用。其中，所述預(yù)定的溫度范圍可以 根據(jù)電池陣列10自身的保護(hù)屬性來設(shè)定，只要低于所述電池陣列10因過熱而損壞的極限 溫度即可，例如可以設(shè)定為等于或低于50°C。優(yōu)選情況下，所述監(jiān)控系統(tǒng)40還可以根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào)節(jié)電池陣列10的充電 功率，以確保不會使電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行。例如，當(dāng)電網(wǎng)的容量為10000KW，而此時電網(wǎng)的負(fù)荷已 為9990KW，這時就需要調(diào)整電池陣列10的充電功率，使其不超過10KW，這樣保證了電網(wǎng)不 會因?yàn)閷﹄姵貎δ茈娬境潆姸鴮ζ渌秒妴挝坏墓╇娫斐捎绊?。所述監(jiān)控系統(tǒng)40還可以根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào)節(jié)電池陣列10的放電功率，以確保 電網(wǎng)在接收到所述電池陣列10的電能之后，電網(wǎng)的功率不超過電網(wǎng)的容量。這樣可以避免 對電網(wǎng)造成沖擊。此外，所述監(jiān)控系統(tǒng)40可以自動檢測電網(wǎng)狀態(tài)，防止孤島效應(yīng)的產(chǎn)生。所述監(jiān)控 系統(tǒng)40還可以在電站啟動和運(yùn)行過程中自動進(jìn)行故障偵測及診斷，并根據(jù)具體故障類型 及影響范圍，采取自動保護(hù)動作。所述自動故障偵測及診斷為本領(lǐng)域所常用的技術(shù)手段，于 此不再贅述。下面參考圖4描述本發(fā)明提供的用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法。本發(fā)明提供的利用電池陣列10平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法包括檢測電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率 和相位；以及當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，利用電網(wǎng)的電能對電池陣列10進(jìn)行充電；當(dāng)所述 負(fù)荷大于或等于預(yù)定值時，將所述電池陣列10的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方 式輸入到電網(wǎng)，所述預(yù)定值小于或等于電網(wǎng)的容量。其中，所述方法還包括在利用電網(wǎng)的電能對電池陣列(10)進(jìn)行充電前先將來自 電網(wǎng)的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，以利用該低壓電對電池陣列10充電；在將所述電池陣列10的 電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)之前，將所述電池陣列10的電能轉(zhuǎn) 換為具有與電網(wǎng)的相等電壓的高壓電。其中，所述方法還可以包括根據(jù)電價來控制電池陣列10的充放電，當(dāng)電價低時， 對電池陣列10進(jìn)行充電；當(dāng)所電價高時，將電池陣列10的電能輸入到電網(wǎng)。其中，所述方法還可以包括檢測電池的儲能量；根據(jù)所檢測的儲能量來控制電池陣列10的充放電，以使電池陣列10工作在預(yù)定的儲能量范圍內(nèi)。其中，所述方法還可以包括檢測電池陣列10的溫度；根據(jù)所檢測的溫度來控制 電池陣列10的充放電，以使電池陣列10工作在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。其中，所述方法還可以包括根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào)節(jié)電池陣列10的充電功率，以 確保不會使電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行。其中，所述方法還可以包括根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào)節(jié)電池陣列10的放電功率，以 確保電網(wǎng)在接收到所述電池陣列10的電能之后，電網(wǎng)的功率不超過電網(wǎng)的容量。本發(fā)明提供的電池儲能電站以及平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法可以有效地平衡電網(wǎng)負(fù)荷， 很好地解決了現(xiàn)有的電網(wǎng)在用電高峰時段無法滿足用電需求的問題。
權(quán)利要求
一種用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷的電池儲能電站，該電池儲能電站包括電池陣列(10)；充電系統(tǒng)(20)，該充電系統(tǒng)(20)用于利用電網(wǎng)的電能對所述電池陣列(10)充電；逆變系統(tǒng)(30)，該逆變系統(tǒng)(30)用于將電池陣列(10)的電能輸入到電網(wǎng)；以及監(jiān)控系統(tǒng)(40)，用于檢測電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率和相位，并當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，控制充電系統(tǒng)(20)對電池陣列(10)進(jìn)行充電；當(dāng)所述負(fù)荷大于或等于預(yù)定值時，控制所述逆變系統(tǒng)(30)將電池陣列(10)的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)，所述預(yù)定值小于或等于電網(wǎng)的容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站，其中，所述電站還包括充電變壓器(50)和放電變壓器 (60)，所述充電變壓器(50)用于將來自電網(wǎng)的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，并將該低壓電提供給 充電系統(tǒng)(20)，以使充電系統(tǒng)(20)利用該低壓電對電池陣列(10)充電；所述放電變壓器(60)用于將來自逆變系統(tǒng)(30)的低壓電轉(zhuǎn)換為具有與電網(wǎng)的相等電 壓的高壓電，并將該高壓電輸入到電網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電站，其中，所述電站還包括電氣及繼電保護(hù)系統(tǒng)(70)， 該電氣及繼電保護(hù)系統(tǒng)(70)用于保護(hù)所述充電變壓器(50)和放電變壓器(60)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電站，其中，所述監(jiān)控系統(tǒng)(40)還根據(jù)電價來控制電池 陣列(10)的充放電，當(dāng)電價低時，控制充電系統(tǒng)(20)對電池陣列(10)進(jìn)行充電；當(dāng)電價高 時，控制所述逆變系統(tǒng)(30)將電池陣列(10)的電能輸入到電網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電站，其中，所述監(jiān)控系統(tǒng)(40)還檢測電池陣列(10)的 儲能量，根據(jù)所檢測的儲能量來控制充電系統(tǒng)(20)和逆變系統(tǒng)(30)，以使電池陣列(10)工 作在預(yù)定的儲能量范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電站，其中，所述監(jiān)控系統(tǒng)(40)還檢測電池陣列(10)的 溫度，根據(jù)所檢測的溫度來控制充電系統(tǒng)(20)和逆變系統(tǒng)(30)，以使電池工作在預(yù)定的溫 度范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電站，其中，所述監(jiān)控系統(tǒng)(40)還根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào) 節(jié)電池陣列(10)的充電功率，以確保不會使電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電站，其中，所述監(jiān)控系統(tǒng)(40)還根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào) 節(jié)電池陣列(10)的放電功率，以確保電網(wǎng)在接收到所述電池陣列(10)的電能之后的功率 不超過電網(wǎng)的容量。
9.一種利用電池陣列平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法，其中，該方法包括檢測電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率和相位；以及當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，利用電網(wǎng)的電能對電池陣列(10)進(jìn)行充電；當(dāng)所述負(fù)荷大 于或等于預(yù)定值時，控制將所述電池陣列(10)的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方 式輸入到電網(wǎng)，所述預(yù)定值小于或等于電網(wǎng)的容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，該方法還包括在利用電網(wǎng)的電能對電池陣列 (10)進(jìn)行充電前先將來自電網(wǎng)的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，以利用該低壓電對電池陣列(10) 充電；在將所述電池陣列(10)的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)之前，將所述電池陣列(10)的電能轉(zhuǎn)換為具有與電網(wǎng)的相等電壓的高壓電。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述方法還包括根據(jù)電價來控制電池陣列(10) 的充放電，當(dāng)電價低時，對電池陣列(10)進(jìn)行充電；當(dāng)所電價高時，將電池陣列(10)的電能 輸入到電網(wǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述方法還包括檢測電池的儲能量；根據(jù)所檢測的儲能量來控制電池陣列(10)的充放電，以使電池陣列(10)工作在預(yù)定 的儲能量范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述方法還包括檢測電池陣列(10)的溫度；根據(jù)所檢測的溫度來控制電池陣列(10)的充放電，以使電池陣列(10)工作在預(yù)定的 溫度范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述方法還包括根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào)節(jié)電池 陣列(10)的充電功率，以確保不會使電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述方法還包括根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷來調(diào)節(jié)電池 陣列(10)的放電功率，以確保電網(wǎng)在接收到所述電池陣列(10)的電能之后的功率不超過 電網(wǎng)的容量。
全文摘要
一種用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷的電池儲能電站和方法，所述電池儲能電站用于平衡電網(wǎng)負(fù)荷，其中，該電站包括電池陣列；充電系統(tǒng)，該充電系統(tǒng)用于利用電網(wǎng)的電能對所述電池陣列充電；逆變系統(tǒng)，該逆變系統(tǒng)用于將電池陣列的電能輸入到電網(wǎng)；以及監(jiān)控系統(tǒng)，用于檢測電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率和相位，并當(dāng)所述負(fù)荷小于預(yù)定值時，控制充電系統(tǒng)對電池陣列進(jìn)行充電；當(dāng)所述負(fù)荷大于或等于預(yù)定值時，控制所述逆變系統(tǒng)將電池陣列的電能以與電網(wǎng)的頻率和相位相同步的方式輸入到電網(wǎng)，所述預(yù)定值小于或等于電網(wǎng)的容量。本發(fā)明提供的電池儲能電站以及平衡電網(wǎng)負(fù)荷的方法可以有效地平衡電網(wǎng)負(fù)荷，很好地解決了現(xiàn)有的電網(wǎng)在用電高峰時段無法滿足用電需求的問題。
文檔編號H02J3/32GK101877487SQ20091013616
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者尹韶文, 廖云浩, 張子峰, 湯小華, 王營輝, 羅紅斌, 鄧林旺, 陳東紅 申請人:比亞迪股份有限公司