一種可切換的電力儲能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種可切換的電力儲能系統(tǒng)，包括：多個儲能單元，并聯(lián)連接，每一儲能單元包括多個并聯(lián)的電池簇；一充電單元，與供電系統(tǒng)連接；一變流單元，用于將所述供電系統(tǒng)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電存入所述電池簇，并將所述電池簇中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供用電負荷使用；一切換單元，分別與所述儲能單元對應(yīng)，連接所述充電單元；及一管理單元，與所述多個儲能單元和所述切換單元相連，用于管理所有所述儲能單元和發(fā)送控制指令至所述切換單元。
【專利說明】—種可切換的電力儲能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及儲能領(lǐng)域，尤其涉及一種可切換的電力儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大型火、水等發(fā)電廠均為均衡發(fā)電，而工廠等用電負荷使用電能主要集中在白天，家庭用戶也大多在上半夜時段使用電能，導(dǎo)致夜間發(fā)電廠所發(fā)電能利用率不高，午夜后到凌晨用電量更少。怎樣將發(fā)電廠夜間所發(fā)電能充分利用，是政府各部門以及企業(yè)一直努力想解決的問題。目前，電力儲能系統(tǒng)是解決此問題的一種方法。電力儲能系統(tǒng)通過在電網(wǎng)低谷期間充電儲能，在用電高峰期間放電供用電負荷使用，不僅滿足用電調(diào)峰的需求，也提高了電廠運行效率，還大大降低了企業(yè)成本。
[0003]然而，現(xiàn)有電力儲能系統(tǒng)內(nèi)部控制系統(tǒng)要求高，電氣控制線路復(fù)雜，大部分設(shè)計成一個管理單元控制一個儲能單元，導(dǎo)致單位成本較高、所蓄電能有限且使用較快、運行效率無法滿足用電負荷需求等問題。因此，研發(fā)一種具有多個儲能單元、精密可靠的管理單元，且可按需要切換儲放電能和使用的低成本電力儲能系統(tǒng)勢在必行。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種在用電低谷期間儲存電能，在用電高峰期間提供電能的電力儲能系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的又一目的在于提供一種具有多個儲能單元、可按需切換使用的電力儲能系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的又一目的在于提供一種電力儲能系統(tǒng)的使用方法。
[0007]為了達到以上目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供一種可切換的電力儲能系統(tǒng)，包括:
[0008]多個儲能單元，所述多個儲能單元并聯(lián)連接，其中每一所述儲能單元包括多個并聯(lián)的電池簇；每一所述電池簇包括多個串聯(lián)的電池；
[0009]一充電單兀，包括一電力輸入接口，一高壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備和一變壓器，該電力輸入接口與供電系統(tǒng)的電力輸出接口連接，所述供電系統(tǒng)提供的電能通過所述電力輸入接口經(jīng)過所述高壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備和所述變壓器的通斷、變壓等功能的控制和保護進入儲能階段；
[0010]一變流單元，所述變流單元為雙向變流器，所述雙向變流器通過整流和逆變過程實現(xiàn)電能量的雙向轉(zhuǎn)換，用于將所述供電系統(tǒng)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電存入所述儲能單元的電池，和將所述儲能單元的電池中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供用電負荷使用；
[0011]一切換單元，包括一個切換端和一個控制端，其中所述切換端分別與每一所述儲能單元對應(yīng)；所述控制端用于接收所述切換單元進行切換的控制指令和控制所述切換端進行相應(yīng)的切換，以控制所述切換端和至多一個所述儲能單元連接；在所述控制端接收到控制指令后，所述切換端執(zhí)行所述控制指令并與對應(yīng)的所述儲能單元連接或斷開；[0012]一管理單元，與所述多個儲能單元和所述切換單元相連，用于管理所有所述儲能單元，檢測所述儲能單元的運行數(shù)據(jù)，并在所述運行數(shù)據(jù)達到特定的閾值后發(fā)送所述控制指令至所述切換單元，包括:
[0013]一監(jiān)控端，所述監(jiān)控端包括多個與對應(yīng)的所述電池連接的模塊管理層控制器，多個與對應(yīng)的所述模塊管理層控制器連接的串聯(lián)管理層控制器，一個與對應(yīng)的所述多個串聯(lián)管理層控制器連接的并聯(lián)管理層控制器，和多個與對應(yīng)的所述電池連接的均衡管理控制器，其中所述模塊管理層控制器用于采集所有所述電池的電壓、溫度信息，并將信息傳送給所述串聯(lián)管理層控制器，同時對所述電池進行主動式冷熱管理；所述串聯(lián)管理層控制器用于管理所有所述電池簇，識別所述電池簇的電流、電壓、溫度、存儲消耗量等信息，并將信息傳送給所述并聯(lián)管理層控制器；所述并聯(lián)管理層控制器用于管理所述多個儲能單元，計算所述多個儲能單元的電流、電壓、溫度、存儲消耗量等信息；所述均衡管理控制器用于靈活調(diào)整所述多個儲能單元中每一串聯(lián)的不同電池間充放電的電流、電壓等參數(shù)，保持電池間的動態(tài)平衡；及
[0014]一操作端，與所述監(jiān)控端連接，包括一數(shù)據(jù)庫存儲器和一顯示器操作終端，其中所述數(shù)據(jù)庫存儲器用于存儲所述并列管理層控制器和所有所述均衡管理層控制器傳送的所有信息；所述顯示器操作終端用于顯示所述數(shù)據(jù)庫存儲器的信息和手動操作發(fā)出指令；及
[0015]一裝載單元，為一集裝箱式的不銹鋼箱體或一混凝土式建筑物，其中所述儲能單元、所述切換單元、所述管理單元按照體積大小、重量大小合理均勻排布在所述裝載單元內(nèi)。
[0016]其中所述運行數(shù)據(jù)包括所有所述電池的電流、電壓、溫度和存儲消耗量，以及不同電池簇間充放電的電流、電壓等大小和累計存儲或釋放電能情況。
[0017]本實用新型還提供一種可切換的電力儲能系統(tǒng)的使用方法，包括:
[0018]所述充電單元電力輸入接口與供電系統(tǒng)的電力輸出接口連接，所述充電單元的高壓開關(guān)柜投入運行，所述管理單元自動或人為操作發(fā)出指令使與所述儲能單元連接的切換端進行切換，使所述多個儲能單元的第一個儲能單元與所述供電系統(tǒng)連接，所述供電系統(tǒng)提供的電能經(jīng)過所述充電單元的變壓器和所述變流單元，并給所述多個儲能單元的第一個儲能單元充電，直至所述第一個儲能單元充滿；
[0019]所述管理單元的監(jiān)控端檢測到所述第一個儲能單元充滿時，所述管理單元自動或人為操作發(fā)出指令使與所述儲能單元連接的切換端進行切換，使所述多個儲能單元的第二個儲能單元與所述供電系統(tǒng)連接，所述供電系統(tǒng)提供的電能經(jīng)過所述充電單元的變壓器和所述變流單元，給所述多個儲能單元的第二個儲能單元充電；
[0020]以此類推，所述切換單元不斷切換直至所有儲能單元充滿電能，當(dāng)所述管理單元的監(jiān)控端檢測到所述多個儲能單元全部充滿電能時，所述管理單元自動或人為操作發(fā)出指令讓所述切換單元復(fù)位并停止充電；
[0021 ] 用電負荷需要在高峰期使用電能且儲能系統(tǒng)與用電負荷已經(jīng)連接，所述管理單元自動或人為操作發(fā)出指令使與所述儲能單元連接的切換端進行切換，使所述多個儲能單元的第一個儲能單元與用電負荷連接，由所述多個儲能單元的第一個儲能單元提供電能并經(jīng)過所述變流單元后供所述用電負荷使用；
[0022]所述管理單元的監(jiān)控端檢測到所述多個儲能單元的第一個儲能單元儲存的電能耗盡時，所述管理單元自動或人為操作發(fā)出指令使與所述儲能單元連接的切換端進行切換，使所述多個儲能單元的第二個儲能單元與用電負荷連接，由所述多個儲能單元的第二個儲能單元提供電能并經(jīng)過所述變流單元后供所述用電負荷使用；
[0023]以此類推，直至用電負荷不需要使用電能或當(dāng)所述管理單元的監(jiān)控端檢測到所述多個儲能單元所儲存電能全部耗盡時，所述管理單元自動或人為操作發(fā)出指令讓所述切換單元復(fù)位并停止供電。
[0024]本實用新型采用一種較大功率的多儲能單元、可切換使用的電力儲能系統(tǒng)，改變了現(xiàn)有電力儲能系統(tǒng)一個管理單元控制一個儲能單元的設(shè)計，讓一個管理單元控制多個儲能單元，使整個系統(tǒng)的運行效率比原來提高數(shù)倍，但制造成本增加卻較少，大大降低了企業(yè)的運行成本且符合國家節(jié)能減排的政策，具有廣泛的應(yīng)用前景。若本實用新型的電力儲能系統(tǒng)設(shè)計成一個管理單元控制六個1MW的儲能單元，總制造成本約需700萬元，平均每MW成本為116萬元，單位成本比原一個管理單元控制一個儲能單元即1MW儲能系統(tǒng)475萬元成本降低了約75 %，且整個儲能系統(tǒng)的運行效率比原來提高了 6倍；1麗儲能單元每次存滿電能的時間約為1小時，6個儲能單元的儲能系統(tǒng)通過切換正好能充分利用目前我國晚間約為6小時的優(yōu)惠電價時間段進行充電儲能。
[0025]本實用新型的這些目的，特點，和優(yōu)點將會在下面的【具體實施方式】，附圖，和權(quán)利要求中詳細的揭露。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為根據(jù)本實用新型的一較佳實施例的電力儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為根據(jù)本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統(tǒng)的充電單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為根據(jù)本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統(tǒng)的切換單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4為根據(jù)本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統(tǒng)的管理單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5為根據(jù)本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統(tǒng)的使用方法示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，依據(jù)本實用新型的一較佳實施例，一種可切換的電力儲能系統(tǒng)1，包括:
[0032]多個儲能單元11，并聯(lián)連接，其中每一所述儲能單元包括多個并聯(lián)的電池簇111 ；每一所述電池簇包括多個串聯(lián)的電池1111 ；
[0033]一充電單元12，與供電系統(tǒng)連接；
[0034]一變流單元13，用于將所述供電系統(tǒng)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電存入所述電池1111，并將所述電池1111中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供用電負荷使用；
[0035]一切換單元14，與所述儲能單元11和所述變流單元13連接，用于接收控制指令并依照所述控制指令與對應(yīng)的所述儲能單元11連接或斷開；[0036]一管理單元15，與所述多個儲能單元11和所述切換單元14相連，用于管理所有所述儲能單元11，檢測所述儲能單元11的運行數(shù)據(jù)，并在所述運行數(shù)據(jù)達到特定的閾值后發(fā)送所述控制指令至所述切換單元14 ;及
[0037]一裝載單元16，其中所述儲能單元11、所述切換單元14、所述管理單元15按照體積大小、重量大小合理均勻排布在所述裝載單元16內(nèi)。
[0038]其中，所述運行數(shù)據(jù)包括所有所述電池的電流、電壓、溫度和存儲消耗量，以及不同電池簇間充放電的電流、電壓等大小和累計存儲或釋放電能情況。
[0039]如圖2所不,所述充電單兀12包括一電力輸入接口 121, —聞壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備122和一變壓器123，其中所述電力輸入接口 121與供電系統(tǒng)的電力輸出接口連接；所述供電系統(tǒng)提供的電能通過所述電力輸入接口 121經(jīng)過所述高壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備122和所述變壓器123的通斷、變壓等功能的控制和保護進入儲能階段。
[0040]如圖3所示，所述切換單元14包括一個切換端141和一個控制端142，其中所述切換端141包括與多個儲能單元數(shù)量11相對應(yīng)的切換點1411,其中所述多個切換點1411分別與所述多個儲能單元的每一個儲能單元11對應(yīng)；且至多一個所述切換點1411和其對應(yīng)的所述儲能單元11連接；所述控制端用于接收所述切換單元14進行切換的控制指令和控制所述切換端141進行相應(yīng)的切換，以控制至多一個所述切換點1411和對應(yīng)的所述儲能單兀11連接；在所述控制端142接收到控制指令后，所述切換端141執(zhí)彳了與對應(yīng)的所述儲能單元11連接或斷開。
[0041]如圖4所示，所述管理單元15包括:
[0042]一監(jiān)控端151，所述監(jiān)控端包括多個與對應(yīng)電池1111連接的模塊管理層控制器1511，多個與對應(yīng)的所述模塊管理層控制器1511連接的串聯(lián)管理層控制器1512，一與對應(yīng)的所述多個串聯(lián)管理層控制器1512連接的并聯(lián)管理層控制器1513，和多個與對應(yīng)的所述電池1111連接的均衡管理控制器1514，其中所述模塊管理層控制器1511用于采集所述多個單體電池1111的電壓、溫度信息，并將信息傳送給所述串聯(lián)管理層控制器1512，同時對所述電池1111進行主動式冷熱管理；所述串聯(lián)管理層控制器1512用于管理所述多個電池簇111，識別所述電池簇111的電流、電壓、溫度、存儲消耗量等信息，并將信息傳送給所述并聯(lián)管理層控制器1513 ;所述并聯(lián)管理層控制器1513用于管理所述多個儲能單元11，計算所述多個儲能單元11的電流、電壓、溫度、存儲消耗量等信息；所述均衡管理控制器1514用于靈活調(diào)整所述多個儲能單元11中每一串聯(lián)的不同電池1111間充放電的電流、電壓等大小和累計存儲或釋放電能情況，保持電池1111間的動態(tài)平衡；及
[0043]一操作端152，包括一數(shù)據(jù)庫存儲器1521和一顯示器操作終端1522，其中所述數(shù)據(jù)庫存儲器1521用于存儲所述并聯(lián)管理層控制器1513和所述多個均衡管理控制器1514傳送的所有信息；所述顯示器操作終端1522用于顯示所述數(shù)據(jù)庫存儲器1521的信息和手動操作發(fā)出指令。
[0044]所述可切換的電力儲能系統(tǒng)1可以如下具體實施。
[0045]一種5兆瓦時的可切換的電力儲能系統(tǒng)，包括:
[0046]十個500千瓦時的儲能單元，每一個所述500千瓦時儲能單元獨立集成在一個電池柜單元內(nèi)；首先由54串200Ah單體串聯(lián)，然后共四串這樣的電池組并聯(lián)，組成一個所述500Kffh儲能單元；[0047]—充電單兀，包括一電力輸入接口，一 10kV高壓柜及附屬設(shè)備，和一臺容量為1250kVA、10/0.4kV站用干式降壓變壓器，該電力輸入接口與供電系統(tǒng)的電力輸出接口連接，所述供電系統(tǒng)提供的電能通過所述電力輸入口經(jīng)過所述高壓柜及附屬設(shè)備和所述變壓器的通斷、變壓等功能的控制和保護進入儲能階段；
[0048]一儲能雙向變流器(PCS)，包括整流/逆變模塊，直流側(cè)斷路器，交流側(cè)斷路器和內(nèi)置耦合變壓器，其中所述整流/逆變模塊最多可并聯(lián)32組功率模塊，最大單機容量可達到10麗的雙向變流能力；
[0049]一切換單元，分別與所述充電單元和所述十個儲能單元連接，包括一個切換端和一個控制端，其中所述切換端包括十個切換點，其中所述十個切換點分別與所述十個儲能單元對應(yīng)；且至多一個所述切換點和其對應(yīng)的所述儲能單元連接；所述控制端用于接收所述切換單元進行切換的控制指令和控制所述切換端進行相應(yīng)的切換，以控制至多一個所述切換點和對應(yīng)的所述儲能單兀連接；在所述控制端接收到控制指令后，所述切換端執(zhí)彳丁并與對應(yīng)的所述儲能單元連接或斷開；
[0050]一管理單元，分別與所述十個儲能單元和所述切換單元相連，主要包括:模塊管理層控制器(BMU)、串聯(lián)管理層控制器(B⑶)和陣列管理層控制器(BAU)、有源主動均衡控制器、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)和后臺數(shù)據(jù)庫 '及
[0051]一集裝箱式的不銹鋼箱體，其中所述十個儲能單元、所述切換單元、所述管理單元按照體積大小、重量大小合理均勻排布在所述不銹鋼箱體內(nèi)。
[0052]其中，所述10kV高壓柜及附屬設(shè)備為一 KYN28A-12型手車式金屬鎧裝封閉式開關(guān)柜，具體技術(shù)參數(shù)如表1。
[0053]表1 KYN28A-12型手車式金屬鎧裝封閉式開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一可切換的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于包括:多個儲能單元，并聯(lián)連接，其中每一所述儲能單元包括多個并聯(lián)的電池簇；每一所述電池簇包括多個串聯(lián)的電池；一充電單元，與供電系統(tǒng)的電力輸出接口連接，其中所述供電系統(tǒng)提供的電能通過所述充電單元進入儲能階段；一變流單元，用于將所述供電系統(tǒng)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電存入所述儲能單元的電池，并將所述儲能單元的電池中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供用電負荷使用；一切換單元，包括一個切換端和一個控制端，其中所述切換端分別與每一所述儲能單元對應(yīng)；所述控制端用于接收所述切換單元進行切換的控制指令和控制所述切換端進行相應(yīng)的切換，以控制所述切換端與至多一個所述儲能單元連接；在所述控制端接收到所述控制指令后，所述切換端執(zhí)行與對應(yīng)的所述儲能單元連接或斷開 '及一管理單元，與所述多個儲能單元和所述切換單元相連，用于管理所有所述儲能單元，監(jiān)測所述儲能單元的運行數(shù)據(jù)，并在所述運行數(shù)據(jù)達到特定的閾值后發(fā)送所述控制指令至所述切換單元，其中 所述數(shù)據(jù)包括所有所述電池的電流、電壓、溫度和存儲消耗量，以及不同電池簇充放電的電流、電壓等大小和累計存儲或釋放電能情況。
2.如權(quán)利要求1所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于所述管理單元包括:一監(jiān)控端，所述監(jiān)控端包括多個與對應(yīng)的所述電池連接的模塊管理層控制器，多個與對應(yīng)的所述模塊管理層控制器連接的串聯(lián)管理層控制器，一個與對應(yīng)的所述多個串聯(lián)管理層控制器連接的并聯(lián)管理層控制器，和多個與對應(yīng)所述電池連接的均衡管理控制器，其中所述模塊管理層控制器用于采集所述多個儲能單元中單體電池的電壓、溫度信息，并將信息傳送給所述串聯(lián)管理層控制器，同時對電池進行主動式冷熱管理；所述串聯(lián)管理層控制器用于管理每一所述電池簇，識別所述電池簇的電流、電壓、溫度、存儲消耗量等信息，并將信息傳送給所述并聯(lián)管理層控制器；所述并聯(lián)管理層控制器用于管理所述多個儲能單元，計算所述多個儲能單元的電流、電壓、溫度、存儲消耗量等信息；所述均衡管理控制器用于靈活調(diào)整所述多個儲能單元中每一串聯(lián)的不同電池間充放電的電流、電壓等參數(shù)，保持電池間的動態(tài)平衡；及一操作端，與所述監(jiān)控端連接，包括一數(shù)據(jù)庫存儲器，和一顯示器操作終端，其中所述數(shù)據(jù)庫存儲器用于存儲所述并列管理層控制器和所有所述均衡管理控制器傳送的所有信息；所述顯示器操作終端用于顯示所述數(shù)據(jù)庫存儲器的信息和手動操作發(fā)出指令。
3.如權(quán)利要求2所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于所述充電單元包括一電力輸入接口，一高壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備和一變壓器，其中所述電力輸入接口與供電系統(tǒng)的電力輸出接口連接；所述供電系統(tǒng)提供的電能通過所述電力輸入接口經(jīng)過所述高壓開關(guān)柜及附屬設(shè)備和所述變壓器的通斷、變壓等功能的控制和保護進入儲能階段。
4.如權(quán)利要求3所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于所述控制指令包括切換所述切換端，和復(fù)位所述切換端。
5.如權(quán)利要求4所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述電力輸入接口與所述供電系統(tǒng)的電力輸出接口相接時，所述管理單元檢測到所有所述儲能單元的電能存儲量為零，則發(fā)出所述控制指令至所述切換單元連接所述切換端和一對應(yīng)的第一儲能單元，開始充電。
6.如權(quán)利要求5所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述管理單元檢測到所述第一儲能單元的電能存儲量已達到最大值，則發(fā)出所述控制指令至所述切換端切換所述切換端，以連接一對應(yīng)的第二儲能單元，開始充電。
7.如權(quán)利要求6所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述管理單元檢測到所有儲能單元的電能存儲總量已達到最大值，則發(fā)出指令至所述切換端復(fù)位所述切換端，停止充電。
8.如權(quán)利要求4所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)一需要用電的外部用電負荷與所述可切換的電力儲能系統(tǒng)連接時，所述管理單元檢測到一第一儲能單元有電能存儲量，則發(fā)出所述控制指令至所述切換單元連接所述第一儲能單元，以向所述用電負荷提供電能。
9.如如權(quán)利要求2所述的電力儲能系統(tǒng)，其特征在于還包括一裝載單元，其中所述儲能單元、切換單元、管理單元按照體積大小、重量大小合理均勻排布在所述裝載單元內(nèi)。
【文檔編號】H02J3/32GK203522341SQ201320640017
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】沙嫣, 沙曉林 申請人:沙嫣, 沙曉林