本發(fā)明涉及移動儲能供電領域，尤其涉及一種混合型移動儲能系統(tǒng)。

背景技術：

隨著現(xiàn)代社會發(fā)展對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和可靠性要求不斷提高，人們需要各種各樣的移動式供電系統(tǒng)對供電系統(tǒng)進行額外供電、臨時供電以及保證電網(wǎng)穩(wěn)定等。同時電網(wǎng)存在很多一些周期性或季節(jié)性負荷，導致有些區(qū)配變大部分時間輕載甚至空載，特定時期重載甚至過載，此時移動式供電系統(tǒng)就能很好地解決上述問題。

傳統(tǒng)的移動式供電系統(tǒng)一般以柴油發(fā)電機作為主電源，柴油發(fā)電機以柴油等為燃料，以柴油機為原動機帶動發(fā)電機發(fā)電，需要人工切入電網(wǎng)。移動式供電發(fā)展的新方向是移動電池儲能系統(tǒng)?，F(xiàn)有的移動儲能系統(tǒng)一般配置一種儲能介質(zhì)，如液流電池、磷酸鐵鋰、鉛酸蓄電池等，通過dc/ac變流器接入電網(wǎng)。

柴油發(fā)電機噪音大、損耗大、污染大，停電切換時間長，難以滿足快速保障電力供應的要求。電池儲能安全、無污染且能量雙向流動，是移動式供電發(fā)展的新方向?，F(xiàn)有的移動儲能系統(tǒng)多以示范為主，一般配置一種儲能介質(zhì)，如液流電池、磷酸鐵鋰、鉛酸蓄電池等，這些電池可以儲備較大的容量，但響應速度太慢，不能快速響應大容量沖擊性負荷，如鼠籠型異步電機、魚塘供氧機等等，因此，在微電網(wǎng)及弄配網(wǎng)領域應用的時候存在很大的局限性。根據(jù)上述現(xiàn)有技術的缺點，配置一個能快速響應大容量沖擊性負荷、快速輸出大功率，并且有較大的容量儲備，實現(xiàn)對用戶的長期供電的移動儲能系統(tǒng)是我們要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種混合型移動儲能系統(tǒng)，其靈活可靠成本低，解決了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機后備電源的噪音大、污染大、運行維護費用高等缺點，解決了現(xiàn)有的移動儲能系統(tǒng)停電切換時間長、不能應對沖擊性負荷等缺陷，增加了移動儲能系統(tǒng)的實用性。

本發(fā)明實施例提供了一種混合型移動儲能系統(tǒng)，包括：共直流母線變流器拓撲結構、超容室、電池室、配電室；

所述共直流母線變流器拓撲結構包括：電池組、電容器組、直流母線、dc/ac變流器、雙向dc/dc模塊；

所述雙向dc/dc模塊與所述電池組、所述電容器組均電性連接，且與所述電池組、所述電容器組的非連接端與所述直流母線連接；

所述電池組設置于所述電池室內(nèi)，所述電容器組設置于所述超容室內(nèi)，所述dc/ac變流器和所述雙向dc/dc模塊設置于所述配電室內(nèi)。

優(yōu)選地，所述直流母線與所述dc/ac變流器的連接具體為所述直流母線通過開關s2與所述dc/ac變流器的直流側電容并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，所述雙向dc/dc模塊具體為bibuck-boost雙向dc/dc電路。

優(yōu)選地，所述dc/ac變流器具體采用三相橋式電路進行配置。

優(yōu)選地，所述共直流母線變流器拓撲結構還包括直流輸出接口；

所述直流輸出接口通過開關s3與所述直流母線并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，所述共直流母線變流器拓撲結構還包括交流母線和交流負載；

所述交流母線連接通過開關s1與所述dc/ac變流器連接；

所述交流母線連接電網(wǎng)或所述交流負載。

優(yōu)選地，所述電容器組具體為250kw超級電容器組；

所述電池組具體為250kw/500kwh的三元聚合物鋰電池。

優(yōu)選地，所述直流母線與新能源電源電性連接。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還包括消防室；

所述消防室配置有自動滅火裝置；

所述自動滅火裝置包括：感煙火災探測器、感溫火災探測器、控制器、風機、防火閥和六氟丙烷滅火裝置；

所述控制器分別連接所述感煙火災探測器、所述感溫火災探測器、所述風機、所述防火閥和所述六氟丙烷滅火裝置。

優(yōu)選地，所述電池室還配置有自動溫控系統(tǒng)；

所述配電室還配置有智能監(jiān)控系統(tǒng)和手動消防裝置。

從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例配置了電容器組和電池組，可快速響應沖擊負荷的變動，快速輸出大功率，并且有較大的容量儲備，而且這些設備易于移動，成本較低，靈活可靠，可解決傳統(tǒng)柴油發(fā)電機后備電源的噪音大、污染大、運行維護費用高等缺點。此外，本發(fā)明中的共直流母線變流器拓撲結構采用共直流母線的接線方式，可解決現(xiàn)有的移動儲能系統(tǒng)停電切換時間長、不能應對沖擊性負荷等缺陷，增加了移動儲能系統(tǒng)的實用性，可以快速響應沖擊負荷的變動，快速輸出大功率，并且有較大的容量儲備，實現(xiàn)對用戶的長期供電。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的一種共直流母線拓撲結構的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的另一種共直流母線拓撲結構的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的另一種共直流母線拓撲結構的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的另一種共直流母線拓撲結構的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例的一種混合型移動儲能系統(tǒng)的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例的一種混合型移動儲能系統(tǒng)的內(nèi)部結構示意圖；

其中，附圖標記為：

1、電池組；2、電容器組；3、dc/ac變流器；4、雙向dc/dc模塊；5、自動滅火裝置；6、自動溫控系統(tǒng)；7、智能監(jiān)控系統(tǒng)；8、手動消防裝置；9、直流及交流兩組線輪；10、配電柜。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種混合型移動儲能系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有的移動儲能系統(tǒng)停電切換時間長、不能應對沖擊性負荷等缺陷，增加移動儲能系統(tǒng)的實用性。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種混合型移動儲能系統(tǒng)，包括：共直流母線變流器拓撲結構、超容室、電池室、配電室；

共直流母線變流器拓撲結構包括：電池組、電容器組、直流母線、dc/ac變流器、雙向dc/dc模塊；

雙向dc/dc模塊與電池組、電容器組均電性連接，且與電池組、電容器組的非連接端與直流母線連接；

電池組設置于電池室內(nèi)，電容器組設置于超容室內(nèi)，dc/ac變流器和雙向dc/dc模塊設置于配電室內(nèi)。

請參閱圖1，混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線變流器拓撲結構，包括：電池組、電容器組、直流母線、dc/ac變流器、雙向dc/dc模塊；

雙向dc/dc模塊與電池組、電容器組均電性連接，且與電池組、電容器組的非連接端與直流母線連接。

直流母線與dc/ac變流器的連接具體為直流母線通過開關s2與dc/ac變流器的直流側電容并聯(lián)連接。

雙向dc/dc模塊具體為bibuck-boost雙向dc/dc電路。

dc/ac變流器具體采用三相橋式電路進行配置。

還包括直流輸出接口；

直流輸出接口通過開關s3與直流母線并聯(lián)連接。

還包括交流母線和交流負載；

交流母線連接通過開關s1與dc/ac變流器連接；

交流母線連接電網(wǎng)或交流負載。

電容器組具體為250kw超級電容器組；

電池組具體為250kw/500kwh的三元聚合物鋰電池。

本發(fā)明采用采用帶有直流輸出接口的共直流母線變流器拓撲結構，如圖1所示。直流側鋰電池組及電容器組都配置有一臺bibuck-boost雙向dc/dc電路，與dc/ac直流側電容并聯(lián)運行。

其中ubat為鋰電池組串并聯(lián)后的輸出電壓，usc為超級電容器組輸出電壓，c及l(fā)dc分別為bibuck-boost的濾波電容及儲能電感，s11s12s21s22為dc/dc電路的igbt。后級采用常規(guī)三相橋式電路，udc為直流側電壓，lf1lf2及cf為lcl輸出濾波器。

雙向dc/dc電路具有變流、調(diào)壓功能，能量可以雙向流動，實現(xiàn)超容及鋰電池的充放電運行。通過它來連接端電壓不同的兩種儲能元件，對每種儲能設備直接控制，同時維持直流母線電壓恒定；并優(yōu)化鋰電池的充放電曲線，延長其使用壽命；鋰電池和超級電容可以深度放電，因此其儲能量可以充分利用；使用dc/dc還可以使能量管理系統(tǒng)更加靈活配置。

此外，為配合直流用電場景，在直流母線擴展出直流輸出接口，通過對電池組及電容器組dc/dc變換器的控制，將移動儲能系統(tǒng)變化為可調(diào)電壓的直流電源或直流負載。

以上是對本發(fā)明實施例的一種混合型移動儲能系統(tǒng)進行詳細的描述，其中的拓撲結構是可以實現(xiàn)移動儲能系統(tǒng)在用配電多場景的應用，下述的幾種共直流母線拓撲結構的應用均可以當作實施例應用至本發(fā)明實施例中的混合型移動儲能系統(tǒng)形成混合型移動儲能系統(tǒng)的幾種實施例。以下將對本發(fā)明實施例提供的混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線拓撲結構進行拓展應用，本發(fā)明實施例提供的混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線拓撲結構作為并聯(lián)型statcom或apf進行應用。

需要說明的是，作為并聯(lián)型statcom或apf，補償無功功率、治理負載產(chǎn)生的諧波電流。簡化拓撲結構圖如圖2所示。

該運行方式下，s2打開，s1閉合，s3打開，移動儲能系統(tǒng)并聯(lián)在諧波源或需要補償無功功率的點。該運行方式下，前級dc/dc部分切出，系統(tǒng)相當于并聯(lián)于負載側的d-statcom(靜止無功補償器)或apf(有源濾波器)。通過傳感器檢測出負載側輸出的諧波電流及無功，通過控制器計算出補償指令，控制igbt的開關，使逆變器輸出與指令同頻同相的補償電流，補償負載產(chǎn)生的諧波及無功功率，改善電網(wǎng)諧波電流畸變率，提高功率因數(shù)。

以上是本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線拓撲結構作為并聯(lián)型statcom或apf進行應用的詳細描述，以下將對本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線作為ups后備電源，實現(xiàn)重要負荷不間斷供電的方案進行應用作詳細的描述。

本發(fā)明實施例的共直流母線拓撲結構作為ups后備電源，實現(xiàn)重要負荷不間斷供電。請參閱圖3。

該運行方式下，s1閉合，s2閉合，s3打開，簡化拓撲結構如圖3所示。此時，移動儲能系統(tǒng)是在線運行方式，接入在電網(wǎng)及重要負荷直接，運行時，電容器組dc/dc處于運行狀態(tài)，保證電容器組滿電；電池組dc/dc處于關閉狀態(tài)，減少其損耗。當系統(tǒng)斷電時，迅速檢測出孤島狀態(tài)，利用電池組的快速響應特性，使變流器切換到孤島運行狀態(tài)，保證重要負荷不斷電運行；網(wǎng)測電壓穩(wěn)定后，迅速投入三元鋰電池組，給負荷提供足夠的備用電源容量，同時控制超級電容器組充放電，平緩孤島電網(wǎng)的電壓波動。

以上是本發(fā)明實施例的共直流母線拓撲結構作為ups后備電源，實現(xiàn)重要負荷不間斷供電的方案進行應用作詳細的描述。以下將對本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線拓撲結構配合新能源組成移動式微網(wǎng)作詳細的描述。

本發(fā)明實施例的共直流母線拓撲結構配合新能源組成移動式微網(wǎng)，解決偏遠山區(qū)或海島供電問題。請參閱圖4。

該運行方式下，s1、s2，s3閉合，如圖4所示。此時，移動儲能系統(tǒng)相當于一個直流電源或直流負載。最典型應用為配合光伏電源(直流輸出)組成光伏儲能一體化裝置，實現(xiàn)偏遠地區(qū)(無電農(nóng)村、孤立海島)的供電。光伏具有間歇性、波動性的特點，間歇性即光照強度100w/m2上時可以發(fā)電，晚上光照強度低于100w/m2就不能發(fā)電。該運行方式下，白天光照強度較高時光伏電源一方面通過儲能變流器(此時扮演光伏逆變器角色)給交流負荷供電，另一方面冗余電量給鋰電池組充電，電容器組此時平滑新能源功率波動性。而夜間供電時，鋰電池組能量密度高，可以長時間通過儲能變流器給負荷供電。

以上是本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)中的共直流母線拓撲結構的結構和應用進行詳細的描述，以下將對本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)進行更加詳細的說明。

請參閱圖5和圖6，本發(fā)明實施例提供的一種混合型移動儲能系統(tǒng)，包括共直流母線變流器拓撲結構，還包括：超容室、電池室、配電室；共直流母線變流器拓撲結構分布設置在超容室、電池室、配電室。

共直流母線變流器拓撲結構包括：電池組1、電容器組2、直流母線、dc/ac變流器3、雙向dc/dc模塊4；

雙向dc/dc模塊4與電池組1、電容器組2均電性連接，且與電池組1、電容器組2的非連接端與直流母線連接；

電池組1設置于電池室內(nèi)，電容器組2設置于超容室內(nèi)，dc/ac變流器3和雙向dc/dc模塊4設置于配電室內(nèi)。

需要說明的是，

超容室配置有上述的電容器組2；

電池室配置有上述的電池組1；

配電室配置有上述的雙向dc/dc模塊4和dc/ac變流器3。

還包括消防室；

消防室配置有自動滅火裝置5。

消防室、超容室、電池室、配電室設置于集裝箱內(nèi)。

電池室還配置有自動溫控系統(tǒng)6。

配電室還配置有直流及交流兩組線輪、智能監(jiān)控系統(tǒng)7和手動消防裝置8。

本發(fā)明實施例的共直流母線拓撲結構安裝于移動設備中，組成混合型移動儲能系統(tǒng)，能解決傳統(tǒng)柴油發(fā)電機后備電源的噪音大、污染大、運行維護費用高等缺點，解決現(xiàn)有的移動儲能系統(tǒng)停電切換時間長、不能應對沖擊性負荷等缺陷，增加了移動儲能系統(tǒng)的實用性。

這種基于混合儲能技術的移動式儲能系統(tǒng)，采用集裝箱作為容器，主要分為四個室：消防室、超容室、電池室、配電室。電池室一側有檢修門，方便對超容室及電池室快速檢修。超容室、電池室、配電室中間有檢修通道，方便人員的監(jiān)視、檢修、維護。各室分布如圖5所示。

集裝箱體內(nèi)具體布置如圖6所示，本發(fā)明實施例的共直流母線拓撲結構在本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)中的位置如圖6所示。

消防室主要放置兩臺自動滅火裝置5，通過對明火進行實時監(jiān)測，對超容室、電池室、配電室進行自動消防。當控制器檢測到感煙火災探測器和感溫火災探測器同時發(fā)出火災信號時，控制器發(fā)出火災聲光信號，并發(fā)出聯(lián)動指令，關閉風機、防火閥等聯(lián)動設備，到發(fā)出滅火指令，啟動六氟丙烷滅火裝置，釋放滅火劑實施滅火，均由系統(tǒng)自己完成，不需要人員介入和操作的控制方式。

超容室配置有250kw超級電容器組2，給系統(tǒng)提供大功率高響應速度的儲能介質(zhì)。超級電容器是一種新型儲能裝置，它具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。

電池室配置有250kw/500kwh的三元聚合物鋰電池，給系統(tǒng)提供充足的備用容量。三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(li(nicomn)o2)三元正極材料的鋰電池，三元鋰電池能量密度更大，但安全性經(jīng)常受到懷疑。原因是即便這兩種材料都會在到達一定溫度時發(fā)生分解，三元鋰材料會在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。由于三元電池對工作溫度要求比較高，因此電池室配置有自動溫控系統(tǒng)6，保證鋰電池組1運行在穩(wěn)定安全的溫度范圍內(nèi)。

配電室配置有2臺250kw的雙向dc/dc實現(xiàn)對超容電池組1及鋰電池組1的直流電壓控制。配置有一臺500kw的dc/ac儲能變流器，將直流轉(zhuǎn)變?yōu)?80v/50hz交流電。配電柜10實現(xiàn)移動儲能系統(tǒng)的投切控制、保護、直流交流輸出選擇等。配置有直流及交流兩組線輪(圖6中的附圖標記9)，交流線輪配置50m線纜，直流配置20m線纜。配置有智能監(jiān)控系統(tǒng)7，實現(xiàn)對超級電容器各電池、電池組1各個模塊運行信息、集裝箱溫濕度信息、移動儲能系統(tǒng)運行方式信息、dc/dc直流母線電壓、dc/ac交流輸出電壓電流信息等參數(shù)的實時采集及顯示。配置有手動消防裝置8，方便運行人員手動滅火。智能監(jiān)控系統(tǒng)7一側有操作區(qū)域，方便運行人員對移動儲能系統(tǒng)進行操作，同時方便監(jiān)視智能監(jiān)控系統(tǒng)7的運行參數(shù)顯示。

混合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)有多種方式，可以交流采用多臺dc/ac變流器3并聯(lián)，可以在直流側并聯(lián)，可以在不同的場合選擇不同拓撲結構。集裝箱內(nèi)空間小，散熱困難，而大功率dc/ac變流器3發(fā)熱較大，并聯(lián)運行時存在環(huán)流問題，因此不適用于移動儲能系統(tǒng)。

需要說明的是，本發(fā)明實施例的混合型移動儲能系統(tǒng)能根據(jù)上述共直流母線拓撲結構的應用進行相應的應用，即作為并聯(lián)型statcom或apf，補償無功功率、治理負載產(chǎn)生的諧波電流；作為ups后備電源，實現(xiàn)重要負荷不間斷供電；配合新能源組成移動式微網(wǎng)，解決偏遠山區(qū)或海島供電問題。其應用方式與上述共直流母線的應用方式相同，此處不在贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。