一種可切換的電力儲能系統的製作方法
2023-06-15 07:28:56 1
一種可切換的電力儲能系統的製作方法
【專利摘要】一種可切換的電力儲能系統，包括：多個儲能單元，並聯連接，每一儲能單元包括多個並聯的電池簇；一充電單元，與供電系統連接；一變流單元，用於將所述供電系統輸出的交流電轉換為直流電存入所述電池簇，並將所述電池簇中的直流電轉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，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，用於管理所有所述儲能單元和發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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及儲能領域，尤其涉及一種可切換的電力儲能系統。
【背景技術】
[0002]大型火、水等發電廠均為均衡發電，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，導致夜間發電廠所發電能利用率不高，午夜後到凌晨用電量更少。怎樣將發電廠夜間所發電能充分利用，是政府各部門以及企業一直努力想解決的問題。目前，電力儲能系統是解決此問題的一種方法。電力儲能系統通過在電網低谷期間充電儲能，在用電高峰期間放電供用電負荷使用，不僅滿足用電調峰的需求，也提高了電廠運行效率，還大大降低了企業成本。
[0003]然而，現有電力儲能系統內部控制系統要求高，電氣控制線路複雜，大部分設計成一個管理單元控制一個儲能單元，導致單位成本較高、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勢在必行。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於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。
[0005]本實用新型的又一目的在於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。
[0006]本實用新型的又一目的在於提供一種電力儲能系統的使用方法。
[0007]為了達到以上目的，本實用新型的技術方案是提供一種可切換的電力儲能系統，包括:
[0008]多個儲能單元，所述多個儲能單元並聯連接，其中每一所述儲能單元包括多個並聯的電池簇；每一所述電池簇包括多個串聯的電池；
[0009]一充電單兀，包括一電力輸入接口，一高壓開關櫃及附屬設備和一變壓器，該電力輸入接口與供電系統的電力輸出接口連接，所述供電系統提供的電能通過所述電力輸入接口經過所述高壓開關櫃及附屬設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電能量的雙向轉換，用於將所述供電系統輸出的交流電轉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；所述控制端用於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後，所述切換端執行所述控制指令並與對應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，用於管理所有所述儲能單元，檢測所述儲能單元的運行數據，並在所述運行數據達到特定的閾值後發送所述控制指令至所述切換單元，包括:
[0013]一監控端，所述監控端包括多個與對應的所述電池連接的模塊管理層控制器，多個與對應的所述模塊管理層控制器連接的串聯管理層控制器，一個與對應的所述多個串聯管理層控制器連接的並聯管理層控制器，和多個與對應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於採集所有所述電池的電壓、溫度信息，並將信息傳送給所述串聯管理層控制器，同時對所述電池進行主動式冷熱管理；所述串聯管理層控制器用於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，並將信息傳送給所述並聯管理層控制器；所述並聯管理層控制器用於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於靈活調整所述多個儲能單元中每一串聯的不同電池間充放電的電流、電壓等參數，保持電池間的動態平衡；及
[0014]一操作端，與所述監控端連接，包括一資料庫存儲器和一顯示器操作終端，其中所述資料庫存儲器用於存儲所述並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於顯示所述資料庫存儲器的信息和手動操作發出指令；及
[0015]一裝載單元，為一貨櫃式的不鏽鋼箱體或一混凝土式建築物，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。
[0016]其中所述運行數據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的電力輸出接口連接，所述充電單元的高壓開關櫃投入運行，所述管理單元自動或人為操作發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連接，所述供電系統提供的電能經過所述充電單元的變壓器和所述變流單元，並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連接，所述供電系統提供的電能經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，當所述管理單元的監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出指令讓所述切換單元復位並停止充電；
[0021 ] 用電負荷需要在高峰期使用電能且儲能系統與用電負荷已經連接，所述管理單元自動或人為操作發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並經過所述變流單元後供所述用電負荷使用；
[0022]所述管理單元的監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並經過所述變流單元後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所述管理單元的監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出指令讓所述切換單元復位並停止供電。
[0024]本實用新型採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，改變了現有電力儲能系統一個管理單元控制一個儲能單元的設計，讓一個管理單元控制多個儲能單元，使整個系統的運行效率比原來提高數倍，但製造成本增加卻較少，大大降低了企業的運行成本且符合國家節能減排的政策，具有廣泛的應用前景。若本實用新型的電力儲能系統設計成一個管理單元控制六個1MW的儲能單元，總製造成本約需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475萬元成本降低了約75 %，且整個儲能系統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通過切換正好能充分利用目前我國晚間約為6小時的優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，和優點將會在下面的【具體實施方式】，附圖，和權利要求中詳細的揭露。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為根據本實用新型的一較佳實施例的電力儲能系統的結構示意圖。
[0027]圖2為根據本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統的充電單元結構示意圖。
[0028]圖3為根據本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統的切換單元結構示意圖。
[0029]圖4為根據本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統的管理單元結構示意圖。
[0030]圖5為根據本實用新型的所述較佳實施例的所述電力儲能系統的使用方法示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，依據本實用新型的一較佳實施例，一種可切換的電力儲能系統1，包括:
[0032]多個儲能單元11，並聯連接，其中每一所述儲能單元包括多個並聯的電池簇111 ；每一所述電池簇包括多個串聯的電池1111 ；
[0033]一充電單元12，與供電系統連接；
[0034]一變流單元13，用於將所述供電系統輸出的交流電轉換為直流電存入所述電池1111，並將所述電池1111中的直流電轉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，用於接收控制指令並依照所述控制指令與對應的所述儲能單元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，用於管理所有所述儲能單元11，檢測所述儲能單元11的運行數據，並在所述運行數據達到特定的閾值後發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。
[0038]其中，所述運行數據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, —聞壓開關櫃及附屬設備122和一變壓器123，其中所述電力輸入接口 121與供電系統的電力輸出接口連接；所述供電系統提供的電能通過所述電力輸入接口 121經過所述高壓開關櫃及附屬設備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量11相對應的切換點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；且至多一個所述切換點1411和其對應的所述儲能單元11連接；所述控制端用於接收所述切換單元14進行切換的控制指令和控制所述切換端141進行相應的切換，以控制至多一個所述切換點1411和對應的所述儲能單兀11連接；在所述控制端142接收到控制指令後，所述切換端141執彳了與對應的所述儲能單元11連接或斷開。
[0041]如圖4所示，所述管理單元15包括:
[0042]一監控端151，所述監控端包括多個與對應電池1111連接的模塊管理層控制器1511，多個與對應的所述模塊管理層控制器1511連接的串聯管理層控制器1512，一與對應的所述多個串聯管理層控制器1512連接的並聯管理層控制器1513，和多個與對應的所述電池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用於採集所述多個單體電池1111的電壓、溫度信息，並將信息傳送給所述串聯管理層控制器1512，同時對所述電池1111進行主動式冷熱管理；所述串聯管理層控制器1512用於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，並將信息傳送給所述並聯管理層控制器1513 ;所述並聯管理層控制器1513用於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用於靈活調整所述多個儲能單元11中每一串聯的不同電池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間的動態平衡；及
[0043]一操作端152，包括一資料庫存儲器1521和一顯示器操作終端1522，其中所述資料庫存儲器1521用於存儲所述並聯管理層控制器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用於顯示所述資料庫存儲器1521的信息和手動操作發出指令。
[0044]所述可切換的電力儲能系統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，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櫃單元內；首先由54串200Ah單體串聯，然後共四串這樣的電池組並聯，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高壓櫃及附屬設備，和一臺容量為1250kVA、10/0.4kV站用乾式降壓變壓器，該電力輸入接口與供電系統的電力輸出接口連接，所述供電系統提供的電能通過所述電力輸入口經過所述高壓櫃及附屬設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，直流側斷路器，交流側斷路器和內置耦合變壓器，其中所述整流/逆變模塊最多可並聯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；且至多一個所述切換點和其對應的所述儲能單元連接；所述控制端用於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的切換，以控制至多一個所述切換點和對應的所述儲能單兀連接；在所述控制端接收到控制指令後，所述切換端執彳丁並與對應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、嵌入式監控系統和後臺資料庫 '及
[0051]一貨櫃式的不鏽鋼箱體，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鏽鋼箱體內。
[0052]其中，所述10kV高壓櫃及附屬設備為一 KYN28A-12型手車式金屬鎧裝封閉式開關櫃，具體技術參數如表1。
[0053]表1 KYN28A-12型手車式金屬鎧裝封閉式開關櫃技術參數
【權利要求】
1.一可切換的電力儲能系統，其特徵在於包括:多個儲能單元，並聯連接，其中每一所述儲能單元包括多個並聯的電池簇；每一所述電池簇包括多個串聯的電池；一充電單元，與供電系統的電力輸出接口連接，其中所述供電系統提供的電能通過所述充電單元進入儲能階段；一變流單元，用於將所述供電系統輸出的交流電轉換為直流電存入所述儲能單元的電池，並將所述儲能單元的電池中的直流電轉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；所述控制端用於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後，所述切換端執行與對應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，用於管理所有所述儲能單元，監測所述儲能單元的運行數據，並在所述運行數據達到特定的閾值後發送所述控制指令至所述切換單元，其中 所述數據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.如權利要求1所述的電力儲能系統，其特徵在於所述管理單元包括:一監控端，所述監控端包括多個與對應的所述電池連接的模塊管理層控制器，多個與對應的所述模塊管理層控制器連接的串聯管理層控制器，一個與對應的所述多個串聯管理層控制器連接的並聯管理層控制器，和多個與對應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於採集所述多個儲能單元中單體電池的電壓、溫度信息，並將信息傳送給所述串聯管理層控制器，同時對電池進行主動式冷熱管理；所述串聯管理層控制器用於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，並將信息傳送給所述並聯管理層控制器；所述並聯管理層控制器用於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於靈活調整所述多個儲能單元中每一串聯的不同電池間充放電的電流、電壓等參數，保持電池間的動態平衡；及一操作端，與所述監控端連接，包括一資料庫存儲器，和一顯示器操作終端，其中所述資料庫存儲器用於存儲所述並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於顯示所述資料庫存儲器的信息和手動操作發出指令。
3.如權利要求2所述的電力儲能系統，其特徵在於所述充電單元包括一電力輸入接口，一高壓開關櫃及附屬設備和一變壓器，其中所述電力輸入接口與供電系統的電力輸出接口連接；所述供電系統提供的電能通過所述電力輸入接口經過所述高壓開關櫃及附屬設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.如權利要求3所述的電力儲能系統，其特徵在於所述控制指令包括切換所述切換端，和復位所述切換端。
5.如權利要求4所述的電力儲能系統，其特徵在於當所述電力輸入接口與所述供電系統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的第一儲能單元，開始充電。
6.如權利要求5所述的電力儲能系統，其特徵在於當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，以連接一對應的第二儲能單元，開始充電。
7.如權利要求6所述的電力儲能系統，其特徵在於當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，則發出指令至所述切換端復位所述切換端，停止充電。
8.如權利要求4所述的電力儲能系統，其特徵在於當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.如如權利要求2所述的電力儲能系統，其特徵在於還包括一裝載單元，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。
【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 優先權日:2013年10月17日
【發明者】沙嫣, 沙曉林 申請人:沙嫣, 沙曉林