结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术公开了结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法，包括：确定高密度中压储能系统的结构组成；计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率；设计储能电池组、变流器组的布置和相邻储能电池簇间电压差最低的连接方案；规划散热方案；以检修空间最优，箱体内部结构紧凑，外部体积最小为目标构建集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统。可减小高密度中压储能系统的体积，提高运维便利性，提高设备在不同环境下的适用性。在不同环境下的适用性。在不同环境下的适用性。

【技术实现步骤摘要】
结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法


[0001]本专利技术属于中压储能系统
，涉及结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着现代科技的不断发展，电能在人们的生产生活中越来越重要，各种用电设备负载变化越来越大，对电力能源的稳定性要求也越来越高。同时对电力生产基础设施投入也越来越高，尤其是风电、光伏等可再生新能源的并网容量逐年递增。
[0003]为有效解决电力系统变负荷和新能源电力接入产生的问题，保持电网高效安全运行和电力供需平衡，需要配置具备充放电能力的储能系统。随着电网对储能系统容量和电压的需求提升，开展新型的高密度中压储能系统研究成为目前电力储能行业的新方向。
[0004]高密度中压储能系统需要在标准储能箱基础上配置120％以上容量的储能电池、变流器、控制系统以及其它的安全辅助设施，并需要在工作电压条件下，设计足够的绝缘和电气距离，这使得高密度中压储能系统体积巨大、运输困难、安装维护不便，阻碍了高密度中压储能系统技术在电网中的推广应用。
[0005]现有的高密度中压储能系统通常未考虑簇间电压仅适用于低压储能PCS模块安装在电池簇下部，严重的PCS故障或起火会引燃上部的电池，存在巨大隐患；空调安装在集装箱顶上开口处，存在密封老化漏水风险；送风风道途经两次90度弯角，风压损失较大，回风口设置在电池最顶部，使得最下部的PACK冷却风循环路径最长，上下PACK散热效果差距大。有的电池布置思路为在集装箱内部面对面布置，两列电池间留有检修通道，在通道的一端设置检修门，其缺点是检修通道占用了集装箱的30％体积，增加了占地面积，限制了储能系统的功率密度，电池室只在端部有一个检修门，在检修时如电池故障，无法保障运检人员安全。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统及其设计方法，减小高密度中压储能系统的体积，提高运维便利性。
[0007]为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤1，确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组、变流器组、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；
[0010]步骤2，计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并计算储能电池簇的发热功率；
[0011]步骤3，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，安装储能电池组和变流器组，并实现储能电池组中相邻储能电池簇间电压差最低连接；
[0012]步骤4，根据储能电池簇的发热功率选配空调并规划散热方案，设置散热模组；
[0013]步骤5，以检修空间最优，外部体积最小为目标搭建适配于步骤1
‑
4方案的集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统。
[0014]本专利技术进一步包括以下优选方案：
[0015]优选地，步骤1确定的结构组成为：
[0016]所述储能电池组包括n个储能电池簇，储能电池簇包括若干个串联的电池PACK；
[0017]所述变流器组包括n个串联的变流器单元；
[0018]所述散热模组包括若干风机、空调和送风风道；
[0019]所述消防模组包括消防主机、消防警示器和消防监测单元；消防主机包含消防控制单元和灭火主机；
[0020]所述控制系统包含变流器控制单元和电池管理单元；
[0021]所述连接线束包括一次连接线缆和光纤；
[0022]所述外部接口包括外部一次输入连接端子、外部一次输出连接端子和外部二次连接端子。
[0023]优选地，步骤2中，变流器组链节数量n计算公式如下：
[0024][0025]式中，Us为交流输入电压；
[0026]K
v
为电网电压波动值；
[0027]K
b
为电网电压不平衡度允许值；
[0028]K
L
为电感压降；
[0029]U
DCmin
为电池最低运行电压。
[0030]优选地，步骤2中，根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率，计算公式为：
[0031]Q＝I2rt
[0032]式中，Q为储能电池簇发热功率；
[0033]I为额定工况下电池充电或放电电流；
[0034]r为电池内阻；
[0035]t为电池充电或放电时间。
[0036]优选地，步骤3中，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，储能电池组、变流器组和储能电池簇间的安装位置按拓扑顺序依次对应，使每个储能电池簇与周围相邻的其它储能电池簇电压差最低；
[0037]变流器组内的变流器单元采用链式拓扑方案依次相连，端间电压随变流器单元数量增加而逐渐升高；
[0038]且变流器组中的所有变流器单元，分两列叠层布置；
[0039]储能电池组中的所有储能电池簇通过背对背并留有间隔的方式连续布置；
[0040]储能电池簇与变流器单元的直流端通过一次连接线缆连接；
[0041]所述一次连接线缆交叉敷设在储能电池簇底部与集装箱壳底部之间的空隙内，使相邻储能电池簇间电压差最低；
[0042]储能电池组通过光纤连接电池管理单元，变流器组通过光纤连接变流器控制单元。
[0043]优选地，步骤4中，根据所有储能电池簇的发热功率，考虑使用环境温度的影响，选配空调，满足在室外环境温度最高时空调的制冷功率不小于储能电池簇发热功率；且所述空调数量不少于储能电池簇的数量；
[0044]散热方案具体为：两个储能电池簇以背对背的方式，并且预留200mm空间，再将预留空间的两侧通过绝缘盖板围挡起来，形成一个送风风道，风机安装在送风风道的顶部；
[0045]循环空气做为载热介质经过空调冷却吹出，再被风机送入送风风道后，依次经过电池PACK表面，吸收电池PACK发出的热量升温后回到空调内进行冷却。
[0046]优选地，步骤5中，构建适配于步骤1
‑
4方案的集装箱壳，为由型钢焊接而成的具备多面保温功能的金属箱体，并在集装箱壳外墙安装若干检修门，每面检修门上安装空调；
[0047]所述集装箱壳内部设置隔墙将内部隔成电池室和变流器室两个独立空间；
[0048]所述储能电池组与变流器组分别安装在集装箱壳内的电池室和变流器室，所述储能电池组的储能电池簇按顺序依次背对背沿集装箱壳长度方向布置，所述变流器组的变流器单元分两列从左下向上依次串联到顶部单元后，横向连接到右上单元再依次向下到右下单元；
[0049]所述变流器室中间设置钢网隔栅门，钢网隔栅内侧为变流器安装空间，钢网隔栅外侧为控制系统和消防主机安装空间。
[0050]优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1，确定高密度中压储能系统的结构组成，包括储能电池组、变流器组、散热模组、集装箱壳、消防模组、外部接口和控制系统；步骤2，计算变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，并计算储能电池簇的发热功率；步骤3，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，安装储能电池组和变流器组，并实现储能电池组中相邻储能电池簇间电压差最低连接；步骤4，根据储能电池簇的发热功率选配空调并规划散热方案，设置散热模组；步骤5，以检修空间最优，外部体积最小为目标搭建适配于步骤1
‑
4方案的集装箱壳并设置消防模组、外部接口和控制系统。2.根据权利要求1所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：步骤1确定的结构组成为：所述储能电池组包括n个储能电池簇，储能电池簇包括若干个串联的电池PACK；所述变流器组包括n个串联的变流器单元；所述散热模组包括若干风机、空调和送风风道；所述消防模组包括消防主机、消防警示器和消防监测单元；消防主机包含消防控制单元和灭火主机；所述控制系统包含变流器控制单元和电池管理单元；所述连接线束包括一次连接线缆和光纤；所述外部接口包括外部一次输入连接端子、外部一次输出连接端子和外部二次连接端子。3.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：步骤2中，变流器组链节数量n计算公式如下：式中，Us为交流输入电压；K
v
为电网电压波动值；K
b
为电网电压不平衡度允许值；K
L
为电感压降；U
DCmin
为电池最低运行电压。4.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：步骤2中，根据额定工况下电池充电和放电电流计算每个储能电池簇分别在充电和放电过程中的发热功率，计算公式为：Q＝I2rt式中，Q为储能电池簇发热功率；
I为额定工况下电池充电或放电电流；r为电池内阻；t为电池充电或放电时间。5.根据权利要求2所述的结构小型化与运维便利性高密度中压储能系统的设计方法，其特征在于：步骤3中，根据变流器组链节数量及储能电池组中每个储能电池簇的容量和体积，储能电池组、变流器组和储能电池簇间的安装位置按拓扑顺序依次对应，使每个储能电池簇与周围相邻的其它储能电池簇电压差最低；变流器组内的变流器单元采用链式拓扑方案依次相连，端间电压随变流器单元数量增加而逐渐升高；且变流器组中的所有变流器单元，分两列叠层布置；储能电池组中的所有储能电池簇通过背对背并留有间隔的方式连续布置；储能电池簇与变流器单元的直流端通过一次连接线缆连接；所述一次连接线缆交叉敷设在储能电池簇底部与集装箱壳底部之间的空隙内，使相邻储能电池簇间电压差最低；储能电池组通过光纤连接电池管理单元，变流器组...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈满，李勇琦，任兴旺，李思，黄辉，梅红明，龚昇，任晓娜，陆红斌，王娟，李欣，刘静佳，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：