一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构


[0001]本专利技术属于中压储能
，特别涉及一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构。

技术介绍

[0002]随着低碳型的能源转型，以风电、光伏为主的新能源在电力系统的占比将逐年提高；据相关研究在2050年，新能源的装机容量将占电网容量的70％；高比例电力电子化的电力系统将是未来电网的发展的必然趋势，电力系统的惯量及稳定性将受到极大的挑战；储能尤其是高功率、大容量的储能技术将是确保电网系统的有效手段。
[0003]目前，储能平抑新能源功率波动、跟踪计划出力等稳态运行方面已做了大量研究和示范，而在储能用于电网电站黑启动，以及提高新能源电站的暂态运行风险防御能力方面潜力尚未充分挖掘；对储能系统的本体和成组技术方面进行了大量研究，而在高效的能量转换技术方面研究的不够，已有的示范项目中储能系统主要是通过低压电网汇集经升压变压器接入中压电网，存在能量转换环节多、转换效率低的问题，不能满足大规模储能技术的快速发展需求。中压直挂式储能在单机大功率、容量利用率、电池安全、动态响应等关键技术均有明显优势，本专利提出一种适用于大容量角接中压直挂式储能拓扑结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，能够满足大规模储能技术的快速发展需求，提高能量转换效率。
[0005]本专利技术具体为一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1
…
An、B1
…
Bn、C1
…
Cn；
[0006]所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；
[0007]所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇。
[0008]所述中压直挂式储能系统拓扑结构能够在保证容量的同时保证储能系统的安全可靠性。
[0009]单相链节总电池电压为：U＝U
ab
×
1.414
×
(1+x％)
×
(1+y％)
×
(1+z％)，其中U
ab
为所述电网相电压，x％为所述中压直挂式储能系统与电网连接电抗的电抗率，y％为电压波动系数，z％为三相系统不平衡度。
[0010]所述电池簇每簇电池电压运行范围[U
min
,U
max
]，当所述中压直挂式储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求所述中压直挂式储能系统输出电压最大，同时需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行。
[0011]所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝PU，其中P为所述中压直挂式储能系统设计功率。
[0012]所述电池簇的数量为N≥UU
min
。
[0013]与现有技术相比，有益效果是：所述中压直挂式储能系统拓扑结构采用角接拓扑，较Y接拓扑结构每相换流单元电流，能够提高系统安全运行，降低了交流系统设计和直流电气元件的选择难度，同时能够保证更高的储能系统容量。
附图说明
[0014]图1为Y接直挂式储能系统拓扑结构图。
[0015]图2为本专利技术一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构图。
[0016]图3为级联子模块单元电气图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构的具体实施方式做详细阐述。
[0018]如图1所示，为Y接直挂式储能系统拓扑结构图。
[0019]如图2所示，本专利技术的中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1
…
An、B1
…
Bn、C1
…
Cn；
[0020]所述级联子模块单元电气图如图3所示，所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；
[0021]所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇。
[0022]所述中压直挂式储能系统拓扑结构能够在保证容量的同时保证储能系统的安全可靠性。
[0023]单相链节总电池电压为：U＝U
ab
×
1.414
×
(1+x％)
×
(1+y％)
×
(1+z％)，其中U
ab
为所述电网相电压，x％为所述中压直挂式储能系统与电网连接电抗的电抗率，y％为电压波动系数，z％为三相系统不平衡度。
[0024]所述电池簇每簇电池电压运行范围[U
min
,U
max
]，当所述中压直挂式储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求所述中压直挂式储能系统输出电压最大，同时需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行。
[0025]所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝PU，其中P为所述中压直挂式储能系统设计功率。
[0026]所述电池簇的数量为N≥UU
min
。
[0027]以10kV电网电压为例，Uab＝10KV，考虑中压电力系统的最小短路阻抗的需求，储能装置与电网连接电抗的电抗率为x％，电压波动系数y％、三相系统不平衡度z％，每簇电池电压运行范围[U
min
,U
max
]，当储能系统输出电压运行吸收纯容性无功功率工况时，要求储能系统输出电压最大，在该点需满足在电网电压最大波动下依然能够稳定运行，此时要求单相链节总电池电压为：U＝10
×
1000
×
1.414
×
(1+x％)
×
(1+y％)
×
(1+z％)
[0028]所述中压直挂式储能系统交流侧电流I＝P10000。
[0029]本专利技术提出的角接直挂式储能相对Y接直挂式储能系统的优势主要有以下几个方
面：
[0030](1)电压和电流
[0031]角接拓扑每相级联换流单元跨接在线电压之间，相电流等于线电流/1.732；
[0032]Y接拓扑每相级联换流单元跨接在相电压之间，线电流等于相电流。
[0033](2)散热与均流
[0034]以10kV/10MW/10MWh中压级联储能系统为例，采用Y型拓扑，相电流达到577A，为保证系统安全运行，必须采用两只600AIGBT并联使用，这样带来两个问题：一个是均流问题；另一个就是散热问题，必须采用热管或水冷才能保证IGBT的正常运行；采用Y型拓扑，直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，其特征在于，所述中压直挂式储能系统拓扑结构包括并网开关K1，交流预充电阻RA、RB、RC，交流预充旁路开关K2，输入三相电抗器LA、LB、LC，级联子模块单元A1
…
An、B1
…
Bn、C1
…
Cn；所述级联子模块单元包括功率模块、电池簇；所述中压直挂式储能系统拓扑结构能够在保证容量的同时保证储能系统的安全可靠性。2.根据权利要求1所述的一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，其特征在于，所述中压直挂式储能系统采用角接拓扑结构，所述中压直挂式储能系统拓扑分为AB、BC、CA三相，每相分为N个所述电池簇。3.根据权利要求2所述的一种适用于高功率大容量的中压直挂式储能系统拓扑结构，其特征在于，单相链节总电池电压为：U＝U
ab
×
1.414
×
(1+x％)
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卫丰，崔伟伟，沙骏，胥峥，柏晶晶，李官军，吴福保，余豪杰，殷实，杨波，陶以彬，李浩源，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：