钒流电池和锂电池混合系统技术方案

本实用新型专利技术公开的钒流电池和锂电池混合系统，包括钒流电池、锂电池和直流母线，锂电池连接有两个单向DC/DC变换器，钒流电池连接有一个双向DC/DC变换器，所有单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器并联后与直流母线连接，直流母线上还连接有源和负载。本实用新型专利技术的钒流电池和锂电池混合系统，充分发挥钒流电池环保、高寿命、大容量等优势，同时为了弥补钒流电池动态切换和响应时间相对慢的劣势，利用锂电池动态优越的特点，优劣互补，利用单向和双向宽范围DC/DC变换器并联，达到环保、长寿命、高可靠性、动态响应快速等综合优势。动态响应快速等综合优势。动态响应快速等综合优势。

【技术实现步骤摘要】
钒流电池和锂电池混合系统


[0001]本技术属于电力电子技术和微网储能
，具体涉及钒流电池和锂电池混合系统。

技术介绍

[0002]目前微网储能系统中，储能电池是不可缺少的重要组件，通过电池的充放电管理和运行，起到削峰填谷、并离网运行等作用。常规的微网储能系统，除了储能电池外，绿色能源如光伏系统、交流AC/DC系统也必不可少。
[0003]常用的储能电池类型如铅酸电池、锂电池如三元锂、铁锂等比较常用，目前储能领域，锂电池和钒硫电池两种电池各有应用场景，锂电池一般应用在小型微网储能系统，动态调节能力强；钒流电池一般用于大型储能系统，安全可靠、寿命长。目前储能系统的拓扑和架构，电池直接接PCS逆变器母线或通过双向DC/DC连接母线，直流母线可接入光伏、PCS逆变器以及其他直流负载等。专利文献1《一种大型液流电池储能系统及储能系统的直流变换装置》(公开号：CN216981520U，公开日：2022
‑
07
‑
15)提出了大型液流电池储能系统，其特征如电堆集装箱、直流变换装置、变流器、液流罐及变压器分区布设，还包括DC/DC、AC/DC等常规变换器，是一种常规的系统，特点在于分组布置。专利文献2《铝空电源系统集成非线性优化控制与综合能量管理方法》(公开号：CN115241862A，公开日：2022
‑
10
‑
25)提出的铝空燃料电池(外特性类似光伏)与储能铁锂电池、逆变器组成储能系统，利用相关的调度策略给铁锂电池充放电以及负载供电等，调度策略也比较常规。
[0004]以上方案都是从锂电池或钒流电池单独配置出发，构建出一套微网储能系统，配合相关的调度和运行策略，实现相应的储能和能量调度目标。虽然各有特色，但基本上都是针对单一电池类型构建，较难避免各自劣势的不利影响。虽然锂电池系列在能量密度大、体积小、动态好具有一定的优势，但是劣势也非常明显，如寿命短、不环保等。相比锂电池，钒流电池的最新技术发展，使得钒流电池在储能应用的优势越技术显，如寿命长、环保、容量大、安全等，劣势也比较突出如体积大、动态切换响应时间长，通常为20ms，还需额外供电给循环泵启动使得电解液循环，对于特殊的动态要求、稳定性较高的场合，若钒流电池无法短时提供或释放能量，将可能导致能量无法吸收或提供使得直流母线超出正常运行范围，进一步导致系统振荡、停机甚至烧坏直流系统相关设备。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种钒流电池和锂电池混合系统，具有动态调节能力强、安全可靠的特点。
[0006]本技术所采用的技术方案是，钒流电池和锂电池混合系统，包括钒流电池、锂电池和直流母线，锂电池连接有两个单向DC/DC变换器，钒流电池连接有一个双向DC/DC变换器，所有单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器并联后与直流母线连接，直流母线上还连接有源和负载。
[0007]本技术的特点还在于：
[0008]单向DC/DC变换器包括第一单向DC/DC变换器和第二单向DC/DC变换器，第一单向DC/DC变换器为放电变换器，第二单向DC/DC变换器为充电变换器，第二单向DC/DC变换器内还设置有用于控制母线侧的电压上限阈值的控制器，第一单向DC/DC变换器内还设置有用于控制锂电池侧电压下限阈值的控制器。
[0009]控制器均为PI控制器。
[0010]源为用于给直流母线提供能量和电流的绿色清洁能源。
[0011]绿色清洁能源包括若干组光伏系统，光伏系统均连接有光伏优化器，所有光伏优化器并联后与直流母线连接，光伏系统由若干并联或串联的光伏组件组成。
[0012]直流母线还连接有并离网逆变器，并离网逆变器与负载并联设置。
[0013]并离网逆变器为并离网逆变器PCS。
[0014]钒流电池容量大于锂电池容量。
[0015]本技术的有益效果是：
[0016](1)本技术的钒流电池和锂电池混合系统，基于钒流电池和锂电池的混合并联系统DC/DC连接关系与控制目标，结构简单，设置灵活，可靠性高；
[0017](2)本技术的钒流电池和锂电池混合系统，钒流电池系统和锂电池系统并联后还可以与外围的光伏系统、并离网逆变器系统和负载组成整个微网储能系统，充分发挥钒流电池和锂电池各自优势，优势互补，整体性能较好；
[0018](3)本技术的钒流电池和锂电池混合系统，通过钒流电池和锂电池的混合并联系统的各自单向和双向DC/DC环路控制与运行策略，兼顾容量和动态调节优势，保证直流母线电压范围可控，稳定性强。
附图说明
[0019]图1是本技术钒流电池和锂电池混合系统的结构示意图；
[0020]图2是图1中第二单向DC/DC变换器的控制环路示意图；
[0021]图3是图1中第一单向DC/DC变换器的控制环路示意图；
[0022]图4是本技术钒流电池和锂电池混合系统中环路电流幅值时间限制示意图；
[0023]图5是本技术钒流电池和锂电池混合系统中实施例的结构示意图；
[0024]图6是本技术图5中光伏DC/DC变换器的控制流程图；
[0025]图7是本技术图5中锂电池SOC管理策略。
[0026]图中，1.源，2.直流母线，3.第一单向DC/DC变换器，4.第二单向DC/DC变换器，5.锂电池，6.钒流电池，7.双向DC/DC变换器，8.负载，9.光伏系统，10.光伏优化器，11.直流负载，12.并离网逆变器。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。
[0028]本技术的钒流电池和锂电池混合系统，结构如图1所示，钒流电池6系统和锂电池5系统混合并联在直流母线2上，直流母线2上除了混合并联系统外，还接入其他类型的设备，可分成两种分别为源1和负载8。源1为给直流母线2提供能量和电流Idc的绿色清洁能
源设备，负载8为消耗能量或电流Io的设备。
[0029]绿色清洁能源设备为光伏系统9或风力系统。
[0030]如图5所示，源1包括若干组光伏系统9，光伏系统9由若干并联或串联的光伏组件组成，光伏系统9通过光伏优化器10并联在直流母线2上，直流母线2上同时挂有其他直流负载11，同时挂有与交流电网交互的并离网逆变器12，并离网逆变器12连接外部电网，直流负载11和并离网逆变器12并联设置。钒流电池6容量大于锂电池5容量。
[0031]钒流电池6系统需要电解液的循环装置使得电解液在电池系统循环才能正常运转工作，运行前需要额外的交流供电，要么从电网取电，如果离网系统需要配置额外的离网逆变器从备用电池等源启动供电，必须有备用电池提供能量来源，光伏正常也可以，晚上或阴雨不可控，对于供电M为电解液泵电机，其供电为三相交流电压，也可以单相供电，取决于电机类型。
[0032]如图1所示，钒流电池6通过双向DC/DC变换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，包括钒流电池(6)、锂电池(5)和直流母线(2)，所述锂电池(5)连接有两个单向DC/DC变换器，所述钒流电池(6)连接有一个双向DC/DC变换器(7)，所有单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器(7)并联后与所述直流母线(2)连接，所述直流母线(2)上还连接有源(1)和负载(8)。2.根据权利要求1所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述单向DC/DC变换器包括第一单向DC/DC变换器(3)和第二单向DC/DC变换器(4)，第一单向DC/DC变换器(3)为放电变换器，第二单向DC/DC变换器(4)为充电变换器，第二单向DC/DC变换器(4)内还设置有用于控制母线侧的电压上限阈值的控制器，第一单向DC/DC变换器(3)内还设置有用于控制锂电池侧电压下限阈值的控制器。3.根据权利要求2所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：于优城，范杨平，
申请(专利权)人：中钠储能技术有限公司，
类型：新型
国别省市：