一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)，屬于電力設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是：基于二次電池與超級電容設(shè)計(jì)出一個(gè)混合儲(chǔ)能模塊，以此來實(shí)現(xiàn)變電站直流系統(tǒng)的儲(chǔ)能要求。本發(fā)明能夠充分發(fā)揮混合儲(chǔ)能的優(yōu)勢，提高變電站直流系統(tǒng)的功率特性，同時(shí)具有對電網(wǎng)友好、對環(huán)境友好、能夠快速響應(yīng)大功率放電需求等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)，屬于電力設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電力工程中的直流系統(tǒng)是發(fā)電廠和變電站的控制、保護(hù)、信號和通信裝置的操作電源，也是各種直流設(shè)備和事故照明的保安電源。它直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，對防止系統(tǒng)破壞，避免事故擴(kuò)大和設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞尤為重要。目前的直流系統(tǒng)使用壽命短，長期使用引起內(nèi)阻增大容量下降將使功率輸出能力變差，另外為保證沖擊功率需求而配置遠(yuǎn)大于經(jīng)常負(fù)荷容量的二次電池也造成極大浪費(fèi)。
[0003]隨著儲(chǔ)能技術(shù)的迅速發(fā)展，各種儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究日趨廣泛目前的儲(chǔ)能方式有二次電池、超級電容、超導(dǎo)和飛輪儲(chǔ)能等，其中二次電池儲(chǔ)能技術(shù)成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但二次電池的電能轉(zhuǎn)換效率低，由于自身充放電電流的限制，難以提供較大的功率并且使用壽命受限。相比于二次電池，超級電容具有超長壽命，高能量密度和快速充放電的優(yōu)點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是由飛輪、電機(jī)和變頻器等組成主機(jī)由真空泵、制冷裝置等組成輔機(jī)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有輸入輸出快速、效率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但飛輪的轉(zhuǎn)速不能無限升高，這就導(dǎo)致了飛輪儲(chǔ)能受到限制。超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)具有高效(效率可達(dá)90%)，輸出功率大，容易形成較高電壓，但是其穩(wěn)定性仍值得關(guān)注，由于其對溫度、電流密度和磁場變化都非常敏感，所以其穩(wěn)定性有待研究。
[0004]現(xiàn)有的直流變電站在變電站多個(gè)斷路器同時(shí)動(dòng)作或變電站出現(xiàn)緊急情況時(shí)，要求二次電池具有超過本身放電倍率的功率特性，常使二次電池產(chǎn)生電壓崩潰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)，以此來取代傳統(tǒng)的儲(chǔ)能方式并實(shí)現(xiàn)變電站直流系統(tǒng)的儲(chǔ)能要求。
[0006]本發(fā)明利用了超級電容器功率密度大、循環(huán)壽命長、溫度性能好和二次電池儲(chǔ)能技術(shù)成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠徹底解決直流系統(tǒng)常年運(yùn)行內(nèi)阻增大容量降低功率輸出能力不足的問題，緩解直流系統(tǒng)使用壽命短、運(yùn)行環(huán)境溫度要求苛刻、維護(hù)麻煩運(yùn)營成本高等問題，提高了直流系統(tǒng)的安全性和功率特性，從而為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供有力的保障。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)，包括:用于存儲(chǔ)直流電電能的二次電池組和超級電容器組、用于輸出補(bǔ)償電壓的逆變單元；二次電池組與超級電容器并聯(lián)后再與逆變單元串聯(lián)；其中，二次電池組包括多個(gè)串聯(lián)的二次電池E、和由一個(gè)電感L2、兩個(gè)IGBT分別反并聯(lián)一個(gè)二極管組成的雙向DC/DC1變換器組成；如此可以讓二次電池既可以充電也可以放電。
[0009]超級電容器組包括一個(gè)以上串聯(lián)超級電容器C、和由一個(gè)電感L1、兩個(gè)IGBT分別反并聯(lián)一個(gè)二極管組成的雙向DC/DC2變換器組成；如此可以讓超級電容器組既可以充電也可以放電。
[0010]逆變單元包括:一個(gè)電容Cl、與電容Cl并聯(lián)的由兩組三個(gè)共6個(gè)IGBT和兩組三個(gè)共6個(gè)二極管組成的雙向AC/DC變流器，AC/DC變流器再與由3個(gè)并聯(lián)的電容C2、C3、C4、和分別與電容C2、C3、C4并聯(lián)的3個(gè)電感L3、L4、L5組成的LC濾波器；電容Cl用來對電路進(jìn)行穩(wěn)壓，雙向AC/DC變流器實(shí)現(xiàn)對交流側(cè)的實(shí)時(shí)充電或放電，LC濾波器對逆變后/整流前的電流進(jìn)行濾波。
[0011]本發(fā)明當(dāng)交流側(cè)無障礙時(shí)，buck-boost型雙向DC/DC變換器呈buck特性，降壓并分別給超級電容和二次電池組充電，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，buck-boost型DC/DC變換器呈boost特性,升壓并向電網(wǎng)放電。
[0012]本發(fā)明的工作原理:
[0013]1.對于電網(wǎng)無故障時(shí)，電流經(jīng)過LC濾波器后通過雙向AC/DC變換器整流到直流偵牝再通過buck-boost雙向DC/DC變換器降壓來分別給二次電池組E和超級電容器組C充電；
[0014]2.當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),超級電容器組C通過buck-boost雙向DC/DC變換器升壓，立即響應(yīng)變電站直流系統(tǒng)大功率放電需求，二次電池組E通過buck-boost雙向DC/DC變換器升壓，然后經(jīng)過雙向AC/DC變換器逆變至交流側(cè)，通過LC濾波器濾波后和超級電容器C一起為電網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)。這樣既充分發(fā)揮了混合儲(chǔ)能的電源特性，又不至于讓混合儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016]1.本發(fā)明能夠?yàn)樽冸娬局绷飨到y(tǒng)中電壓短時(shí)跌落提供補(bǔ)償；
[0017]2.電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，本發(fā)明可以快速響應(yīng)大功率放電需求，并持續(xù)放電；
[0018]3.本發(fā)明不會(huì)讓混合儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰，起到了延長電源使用壽命的作用；
[0019]4.本發(fā)明對電網(wǎng)友好、對環(huán)境友好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)，包括:用于存儲(chǔ)直流電電能的二次電池組和超級電容器組、用于輸出補(bǔ)償電壓的逆變單元；二次電池組與超級電容器并聯(lián)后再與逆變單元串聯(lián)；其中，二次電池組包括多個(gè)串聯(lián)的二次電池E、和由一個(gè)電感L2、兩個(gè)IGBT分別反并聯(lián)一個(gè)二極管組成的雙向DC/DC1變換器組成；如此可以讓二次電池既可以充電也可以放電。
[0022]超級電容器組包括一個(gè)以上串聯(lián)超級電容器C、和由一個(gè)電感L1、兩個(gè)IGBT分別反并聯(lián)一個(gè)二極管組成的雙向DC/DC2變換器組成；如此可以讓超級電容器組既可以充電也可以放電。
[0023]逆變單元包括:一個(gè)電容Cl、與電容Cl并聯(lián)的由兩組三個(gè)共6個(gè)IGBT和兩組三個(gè)共6個(gè)二極管組成的雙向AC/DC變流器，AC/DC變流器再與由3個(gè)并聯(lián)的電容C2、C3、C4、和分別與電容C2、C3、C4并聯(lián)的3個(gè)電感L3、L4、L5組成的LC濾波器；電容Cl用來對電路進(jìn)行穩(wěn)壓，雙向AC/DC變流器實(shí)現(xiàn)對交流側(cè)的實(shí)時(shí)充電或放電，LC濾波器對逆變后/整流前的電流進(jìn)行濾波。
[0024]本發(fā)明當(dāng)交流側(cè)無障礙時(shí)，buck-boost型雙向DC/DC變換器呈buck特性，降壓并分別給超級電容和二次電池組充電，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，buck-boost型DC/DC變換器呈boost特性,升壓并向電網(wǎng)放電。
[0025]電網(wǎng)無故障時(shí)，系統(tǒng)工作在充電狀態(tài)，電流經(jīng)過LC濾波器后通過雙向AC/DC變換器整流到直流側(cè)，這時(shí)buck-boost雙向DC/DC1變換器和buck-boost雙向DC/DC2變換器呈buck特性降低電壓來分別給二次電池組C和超級電容器組E充電；電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)工作在放電狀態(tài)，這時(shí)buck-boost雙向DC/DC1變換器和buck-boost雙向DC/DC2變換器呈boost特性，超級電容器組C通過buck-boost雙向DC/DC1變換器升壓，立即響應(yīng)變電站直流系統(tǒng)大功率放電需求，二次電池組E通過buck-boost雙向DC/DC2變換器升壓，然后經(jīng)過雙向AC/DC變換器逆變至交流側(cè)，通過LC濾波器濾波后和超級電容器C 一起為電網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)。如果，暫降時(shí)間較長或暫降次數(shù)頻繁，超級電容器組C和二次電池組E電壓下降較多，不足以提供恢復(fù)電壓，則系統(tǒng)主電路發(fā)出停機(jī)信號切除負(fù)載。
【權(quán)利要求】
1.一種基于二次電池與超級電容混合儲(chǔ)能的變電站直流系統(tǒng)，其特征在于，包括:用于存儲(chǔ)直流電電能的二次電池組和超級電容器組、用于輸出補(bǔ)償電壓的逆變單元；二次電池組與超級電容器并聯(lián)后再與逆變單元串聯(lián)；其中: 二次電池組包括多個(gè)串聯(lián)的二次電池E、和由一個(gè)電感L2、兩個(gè)IGBT分別反并聯(lián)一個(gè)二極管組成的雙向DC/DC1變換器組成； 超級電容器組包括一個(gè)以上串聯(lián)超級電容器C、和由一個(gè)電感L1、兩個(gè)IGBT分別反并聯(lián)一個(gè)二極管組成的雙向DC/DC2變換器組成； 逆變單元包括:一個(gè)電容Cl、與電容Cl并聯(lián)的由兩組三個(gè)共6個(gè)IGBT和兩組三個(gè)共6個(gè)二極管組成的雙向AC/DC變流器，AC/DC變流器再與由3個(gè)并聯(lián)的電容C2、C3、C4和分別與電容C2、C3、C4并聯(lián)的3個(gè)電感L3、L4、L5組成的LC濾波器。
【文檔編號】H02J11/00GK103915873SQ201410125496
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】蘇適, 李萍, 張文斌, 劉友寬, 嚴(yán)玉廷, 楊家全, 王彬筌 申請人:云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司