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一種多元復(fù)合儲能裝置制造方法

文檔序號:7407834閱讀:334來源:國知局
一種多元復(fù)合儲能裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多元混合儲能裝置,包括超級電容電路和儲能電池電路,超級電容電路、儲能電池電路均接入雙向DC/AC變流器。本實(shí)用新型將直流系統(tǒng)通過DC/AC變流器接入電網(wǎng)中,與光伏、風(fēng)電聯(lián)合使用,發(fā)揮平抑新能源功率波動、提高電能質(zhì)量的作用。
【專利說明】一種多元復(fù)合儲能裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種多元復(fù)合儲能裝置,屬于新能源應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)的日趨緊張及清潔能源的發(fā)展需求,促進(jìn)了可再生能源如光伏、風(fēng)電等的大規(guī)模應(yīng)用,這些發(fā)電系統(tǒng)具有間歇性、波動性等特點(diǎn),對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、可靠性及電能質(zhì)量產(chǎn)生了影響,儲能應(yīng)用在新能源發(fā)電中可實(shí)現(xiàn)電能的存儲、削峰填谷、平抑新能源出力波動以及緊急備用等功能。目前常用的儲能設(shè)備可分為功率型和能量型,功率型儲能如超級電容等具有功率密度大,響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),但能量密度較??;能量型儲能系統(tǒng)如電池儲能等具有能量密度大的特點(diǎn),但功率響應(yīng)較慢不適于頻繁充放電?;谏鲜鎏攸c(diǎn),單一的儲能設(shè)備很難滿足日趨發(fā)展的新能源的需求,必須結(jié)合上述兩種或更多的儲能組成混合儲能系統(tǒng),彌補(bǔ)各自系統(tǒng)的不足,提高其整體特性。
[0003]通過能量型儲能和功率型儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢互補(bǔ),可以組成多元復(fù)合儲能系統(tǒng),利用超級電容高功率密度、快速充放的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)平抑分布式電源瞬時功率波動的目的,利用電池系統(tǒng)能量密度大、電壓穩(wěn)定的特點(diǎn),平抑長周期的功率波動,則基于超級電容和電池組成的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)可有效提高新能源發(fā)電的電能質(zhì)量與可調(diào)度性,多元復(fù)合儲能系統(tǒng)與分布式發(fā)電聯(lián)合獨(dú)立運(yùn)行時可采用超級電容平滑波動頻率較高的功率,兩者的共同作用下,可以有效避免電池的頻繁充放電,同時提高了儲能的功率響應(yīng)特性。
[0004]目前多元復(fù)合儲能系統(tǒng)主要有如下兩種方式,一是各儲能介質(zhì)分別接入DC/AC變流器后在交流側(cè)并聯(lián),通過DC/AC控制多元復(fù)合儲能的功率分配,該方式使得儲能介質(zhì)經(jīng)過隔離后在交流側(cè)匯集,不能充分發(fā)揮其直流的快速響應(yīng)特性;另一種是將各儲能介質(zhì)接入DC/DC變換器后在直流側(cè)并聯(lián),再經(jīng)過DC/AC變流器接入電網(wǎng)中,該方式所需電力電子裝置多,成本高,效率低,且由于兩個DC/DC裝置的運(yùn)行需要協(xié)調(diào)控制,會出現(xiàn)延時同步等問題,降低了多元復(fù)合儲能的應(yīng)用效果。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是,降低多元復(fù)合儲能裝置在直流并聯(lián)側(cè)的成本、提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率,同時提高其功率響應(yīng)速度;
[0006]本實(shí)用新型所要解決的另一個技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)對超級電容任意電壓的預(yù)充電補(bǔ)償,提高系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
[0007]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種多元混合儲能裝置,包括超級電容電路和儲能電池電路,超級電容電路、儲能電池電路均接入雙向DC/AC變流器。
[0009]前述的多元混合儲能裝置,其特征在于:超級電容電路包括超級電容,第二電感L2與超級電容一端連接,第二電感L2另一端依次串聯(lián)連接第四開關(guān)K4、第二直流快速熔斷器F2后接入雙向DC/AC變流器的輸入端口一 ;超級電容的另一端接入雙向DC/AC變流器的輸入端口二。
[0010]前述的多元混合儲能裝置,其特征在于:儲能電池電路包括儲能電池,儲能電池的正極端依次連接預(yù)充電控制開關(guān)K1、預(yù)充電電阻R1、直流預(yù)充電緩沖電容Cl,直流預(yù)充電緩沖電容Cl接至儲能電池負(fù)極;直流隔離開關(guān)K2—端連接儲能電池的正極,另一端連接至預(yù)充電電阻Rl與直流預(yù)充電緩沖電容Cl之間的節(jié)點(diǎn);濾波電感LI 一端連接預(yù)充電電阻Rl與直流預(yù)充電緩沖電容Cl之間的節(jié)點(diǎn),濾波電感LI另一端依次連接第三開關(guān)K3、第一直流快速熔斷器F1,第一直流快速熔斷器Fl另一端接入雙向DC/AC變流器的輸入端口一 ;儲能電池負(fù)極接入雙向DC/AC變流器的輸入端口二。
[0011]前述的多元混合儲能裝置,其特征在于:所述雙向DC/AC變流器包括三相橋式電路,三相橋式電路的輸入端包括輸入端口一和輸入端口二,三相橋式電路的輸出端分別連接第四單相電抗器L4、第五單相電抗器L5、第六單相電抗器L6,第四單相電抗器L4、第五單相電抗器L5、第六單相電抗器L6分別連接至交流負(fù)載或電網(wǎng)。
[0012]前述的多元混合儲能裝置,其特征在于:在三相橋式電路兩輸入端之間連接一第二電容C2。
[0013]前述的多元混合儲能裝置,其特征在于:在第四單相電抗器L4、第五單相電抗器L5和第六單相電抗器L6輸出端連接一濾波電路,所述濾波電路包括三個電容,第四單相電抗器L4與第三電容C31 —端連接,第五單相電抗器L5與第四電容C32 —端連接,第六單相電抗器L6與第五電容C33 —端連接,第三電容C31、第四電容C32與第五電容C33的另一端相連。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]本實(shí)用新型提出了一種多元復(fù)合儲能裝置,該裝置采用單DC/DC變換器接入能量型儲能介質(zhì),將功率型儲能介質(zhì)直接并入直流母線,可提高功率型儲能介質(zhì)的響應(yīng)速度,充分發(fā)揮功率型儲能介質(zhì)壽命周期長的優(yōu)點(diǎn),通過控制DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)對能量型儲能系統(tǒng)的功率控制,避免其頻繁充放電,將直流系統(tǒng)通過DC/AC變流器接入電網(wǎng)中,與光伏、風(fēng)電聯(lián)合使用,發(fā)揮平抑新能源功率波動、提高電能質(zhì)量的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1 一種改進(jìn)的多元復(fù)合儲能裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖;
[0017]圖2超級電容無電壓時的啟動回路;
[0018]圖3超級電容電壓小于儲能電池電壓時的啟動回路;
[0019]圖4超級電容電壓大于儲能電池電壓時的啟動回路。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]本實(shí)用新型一種多元混合儲能裝置及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如附圖1所示,主要包括直流接入部分、直流變換部分、直流保護(hù)與隔離部分、雙向DC/AC變流部分組成;所述直流接入部分、直流變換部分、直流保護(hù)與隔離部分經(jīng)儲能電池與超級電容兩個回路依次連接,并聯(lián)后接入雙向DC/AC變流部分;
[0022]直流接入部分包括超級電容接入與儲能電池接入,其中儲能電池接入后需經(jīng)過直流預(yù)充電回路,超級電容直接接入系統(tǒng);其中Kl為預(yù)充電控制開關(guān)、Rl為預(yù)充電電阻、K2為直流隔離開關(guān)、Cl為直流預(yù)充電緩沖電容;直流變換部分包括儲能電池變換與超級電容變換,儲能電池變換由LI濾波電感與開關(guān)器件T7、T8組成升壓電路,超級電容變換為L2構(gòu)成的直流平波回路;
[0023]直流濾波與保護(hù)部分中Fl與F2為直流快速熔斷器,起到保護(hù)儲能電池與超級電容的直流輸出的作用,防止較大電流的沖擊損壞功率器件,Κ3與Κ4用來控制儲能電池與超級電容是否接入直流母線,控制啟動過程中的預(yù)充電過程,防止沖擊電流,運(yùn)行過程中可切除或投入電池或超級電容,保護(hù)電池容量限值;
[0024]雙向DC/AC變流器為三相橋式電路,開關(guān)器件均采用全控型器件,C2起到直流電壓緩沖與濾波的作用,L4、L5、L6為三個單相電抗器,平滑交流輸出,C3為交流輸出的濾波電路,可降低交流輸出電流諧波含量。
[0025]所述儲能電池直流預(yù)充電回路在超級電容電壓較低時可持續(xù)為對超級電容提供預(yù)充電電流。
[0026]圖2為超級電容無壓時的啟動回路,其中Ubat為儲能電池電壓,Ibat為儲能電池輸出電流,Ucap為超級電容端電壓,icap為超級電容輸出電流,Uin為DC/AC直流側(cè)電壓,iin為DC/AC直流側(cè)輸入電流。當(dāng)檢測到Ucap接近于O時,首先閉合開關(guān)Κ1、Κ3與Κ4,儲能電池對Cl電容預(yù)充電,且由于開關(guān)器件Τ8的反并聯(lián)二極管為導(dǎo)通狀態(tài),儲能電池也對電容C2及超級電容進(jìn)行充電,當(dāng)檢測到Uin電壓、Ucap電壓與Ubat電壓相同時,閉合開關(guān)Κ2,此時啟動成功。
[0027]圖3為超級電容電壓小于儲能電池電壓時的啟動回路。當(dāng)檢測到Ucap ( Ubat且ucap>0時,首先閉合開關(guān)K1、K3,儲能電池對Cl電容預(yù)充電,且由于開關(guān)器件Τ8的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通,儲能電池也對電容C2充電,當(dāng)檢測到Uin電壓與uMP電壓相同時,閉合開關(guān)Κ4,儲能電池對電容C2及超級電容共同充電,待Uin電壓、uMP電壓與Ubat電壓相同時,閉合開關(guān)Κ2,此時啟動成功。
[0028]圖4為超級電容電壓大于儲能電池電壓時的啟動回路。當(dāng)檢測到Ucap ^ Ubat時,首先閉合開關(guān)Κ1、Κ3,儲能電池對Cl電容預(yù)充電,且由于開關(guān)器件Τ8的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通,儲能電池也對電容C2充電,當(dāng)檢測到Ucap電壓與Ubat電壓相同時,閉合開關(guān)Κ2,隨后給開關(guān)器件Τ7、Τ8固定占空比的PWM信號,直流變換電路工作于升壓狀態(tài),Uin電壓上升,當(dāng)檢測到Uin電壓上升到與uMP電壓相同時,閉合開關(guān)Κ4,此時啟動成功。
[0029]以上所述為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】,通過簡化超級電容的直流變換與接入部分,降低了多元復(fù)合儲能裝置在直流并聯(lián)側(cè)的成本、提高了系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率,同時提高了其功率響應(yīng)速度,儲能電池的直流預(yù)充電控制回路可實(shí)現(xiàn)對超級電容任意電壓的預(yù)充電補(bǔ)償,提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多元混合儲能裝置,包括超級電容電路和儲能電池電路,超級電容電路、儲能電池電路均接入雙向DC/AC變流器,所述雙向DC/AC變流器包括三相橋式電路,三相橋式電路的輸入端包括輸入端口一和輸入端口二,三相橋式電路的輸出端分別連接第四單相電抗器L4、第五單相電抗器L5、第六單相電抗器L6,第四單相電抗器L4、第五單相電抗器L5、第六單相電抗器L6分別連接至交流負(fù)載或電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元混合儲能裝置,其特征在于:超級電容電路包括超級電容,第二電感L2與超級電容一端連接,第二電感L2另一端依次串聯(lián)連接第四開關(guān)K4、第二直流快速熔斷器F2后接入雙向DC/AC變流器的輸入端口一 ;超級電容的另一端接入雙向DC/AC變流器的輸入端口二。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元混合儲能裝置,其特征在于:儲能電池電路包括儲能電池,儲能電池的正極端依次連接預(yù)充電控制開關(guān)K1、預(yù)充電電阻R1、直流預(yù)充電緩沖電容C1,直流預(yù)充電緩沖電容C1接至儲能電池負(fù)極;直流隔離開關(guān)K2 —端連接儲能電池的正極,另一端連接至預(yù)充電電阻R1與直流預(yù)充電緩沖電容C1之間的節(jié)點(diǎn);濾波電感L1 一端連接預(yù)充電電阻R1與直流預(yù)充電緩沖電容C1之間的節(jié)點(diǎn),濾波電感L1另一端依次連接第三開關(guān)K3、第一直流快速熔斷器F1,第一直流快速熔斷器F1另一端接入雙向DC/AC變流器的輸入端口一 ;儲能電池負(fù)極接入雙向DC/AC變流器的輸入端口二。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元混合儲能裝置,其特征在于:在三相橋式電路兩輸入端之間連接一第二電容C2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元混合儲能裝置,其特征在于:在第四單相電抗器L4、第五單相電抗器L5和第六單相電抗器L6輸出端連接一濾波電路,所述濾波電路包括三個電容,第四單相電抗器L4與第三電容C31 —端連接,第五單相電抗器L5與第四電容C32 —端連接,第六單相電抗器L6與第五電容C33 —端連接,第三電容C31、第四電容C32與第五電容C33的另一端相連。
【文檔編號】H02J3/32GK204046183SQ201420391848
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】任善榮, 儲海兵 申請人:江蘇易立電氣股份有限公司
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