一种组串式液流电池储能系统的制作方法

1.本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种组串式液流电池储能系统。


背景技术：

2.液流电池常用于电化学储能系统中，通过正极电解液中包含的活性离子与负极电解液中包含的活性离子之间的氧化还原反应实现充电和放电。液流电池输出功率为数千瓦至数十兆瓦，储能容量可达数小时以上，是大型储能的技术路线之一，发挥着非常重要的作用。
3.目前的液流电池技术，电池堆的单节直流电压相对较低，需要通过多级升压达到较高的输出电压，这就需要配置较多的升压设备。而多级的升压设备又会导致整个储能系统的效率降低，投入设备成本的增加，对于大型储能系统中还会占用较多的布设场地。在大型储能系统中，对系统的效率和安全性也提出了较高的要求。采用组串式液流电池储能技术可以减小升压级数和减少电力设备数量，但现有的组串式液流电池储能系统的直流输出电压等级较低，最高输出直流电压为1000v，所使用的直流变换装置功率较小，需要布设的数量较多，占地面积大，整个储能系统的扩展性不佳，对于大型储能系统运行维护及投入成本普遍较高。


技术实现要素：

4.本发明公开一种组串式液流电池储能系统，能够提高液流电池储能系统的直流输出电压，有助于大幅减少升压设备、pcs、保护设备等配置数量，简化储能系统布设结构及减小占地面积，提升储能系统运行的安全性，有助于降低维护和投入成本。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种组串式液流电池储能系统，包括多个液流罐、多个电堆集装箱、多个直流变换装置、变流器及变压器；每个电堆集装箱包括至少一个串联回路，每个串联回路由若干单个电池堆串联形成，每一单个电池堆都连接一个液流罐，每个串联回路的输出端都连接直流变换装置，直流变换装置用于串联回路输出电压的升压，每个直流变换装置的输出电压相等，多个直流变换装置的输出端并联于同一集电母线上，集电母线的另一端连接变流器，变流器的输出端连接变压器，变压器的另一端接入电网；所述直流变换装置包括由四个功率模块t1、t2、t3、t4构成的功率模组，每个功率模块由第一igbt和第二igbt构成，每个功率模块中的第一igbt的发射极与第二igbt的集电极相连；直流变换装置的低压输入端设有熔断器fu1，高压输出端设有熔断器fu2，低压输入端还设有直流断路器qs1，低压输入端的正负极之间设置低压侧母线电压支撑电容c，低压侧母线电压支撑电容c的一端连接电感l1，另一端连接电感l2，经过电感l1和l2的电能与功率模组相连，高压输出端的正负极之间设有高压侧母线电压支撑电容c1和c2。
6.进一步，所述电感l1的高压端与t1中第一igbt的发射极相连，t1中第一igbt的发射极与t2中第一igbt的发射极相连；电感l2的高压端与t3中第一igbt的发射极相连，t3中
第一igbt的发射极与t4中第一igbt的发射极相连；t1中第一igbt的集电极与t2中第一igbt的集电极相连，t3中第二igbt的发射极与t4中第二igbt的发射极相连，t1中第二igbt的发射极分别连接t2中第二igbt的发射极、t3中第一igbt的集电极、t4中第一igbt的集电极；高压侧母线电压支撑电容c1的一端与t2中第一igbt的集电极连接，高压侧母线电压支撑电容c1的另一端分别连接高压侧母线电压支撑电容c2的一端及t4中第一igbt的集电极，高压侧母线电压支撑电容c2的另一端与t4中第二igbt的发射极相连。
7.进一步，所述变流器和变压器均安装在室外，所述液流罐、电堆集装箱及直流变换装置均安装在室内。
8.进一步，所述液流罐设置在电堆集装箱的下部，液流罐与电堆集装箱之间的供液管竖直布设。
9.进一步，所述变压器设置在变流器的下部，变流器与变压器之间的连接线竖直布设。
10.进一步，所述直流变换装置的输出电压为1500v直流电压。
11.进一步，所述电堆集装箱内设置两个串联回路。
12.进一步，所述电堆集装箱、直流变换装置、变流器、液流罐及变压器分区布设，电堆集装箱和直流变换装置布设在建筑的上楼层且位于同一区域，变流器布设在电堆集装箱的同层且与电堆集装箱隔开，液流罐和变压器布设在建筑的下楼层，液流罐与变压器隔开布设。
13.本发明在现有的液流电池储能系统中增加了用于调整输出电压的直流变换装置，该直流变换装置作为液流电池组及变流器之间的柔性接口，可将每个电堆集装箱的输出电压统一升高至1500v，解决了不同厂家生产的电池规格差异及电池类型差异造成每个电堆集装箱输出电压不同的问题，拓宽了大型储能系统中对不同容量电池成组混用的适配性。液流电池输出直流电压相比现有储能系统得以提高，对于大型储能系统布设可以大幅减少升压设备、pcs、保护设备等配置数量，简化储能系统布设结构及减小占地面积，整个储能系统中的设备采用功能分区布设，有助于降低维护和投入成本，也提升了储能系统运行的安全性。
附图说明
14.图1为实施例中组串式液流电池储能系统的布局示意图；图2为100mw储能电站的电气系统示意图；图3为实施例中组串式液流电池储能系统扩展轴侧示意图；图4为图3的俯视图；图5为图3的侧视图；图6为本发明组串式液流电池储能系统中直流变换装置的主电路拓扑图；图7为本发明组串式液流电池储能系统中直流变换装置的主电路应用拓扑图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
1500v直流变换器嵌入电堆模组内，同液流罐、电堆模组、直流1500v母线布置于室内，pcs、汇流变压器、35kv配电装置集中布置于室外，交流、直流部分分区合理，布置简洁、紧密，减少占地，非常方便后续电站运维管理工作开展。
21.上述方案中提及的直流变换装置103采用boost电路构成，如图6和图7所示，该电路的构成包括：功率模组、直流开关、emi滤波器、控制装置等，采用高可靠性智能化功率模块开发，充、放电一体化的设计，实现直流系统的能量双向流动。直流变换装置103的电路具体说明如下：包括由四个功率模块t1、t2、t3、t4构成的功率模组，每个功率模块由两个igbt器件（即第一igbt和第二igbt）构成，第一igbt的发射极与第二igbt的集电极相连。功率模块的选择考虑各厂家液流电池模组的串、并联结构，以及装置降低成本两个维度考虑。直流变换装置的低压输入端设有熔断器fu1，高压输出端设有熔断器fu2，熔断器做过流保护，当系统出现短路电流时可以及时起到保护作用。低压输入端还设有直流断路器qs1，qs1为直流变换装置做过流保护。低压输入端的正负极之间设置低压侧母线电压支撑电容c，低压侧母线电压支撑电容c的一端连接电感l1，另一端连接电感l2，经过电感l1和l2的电能与功率模组相连，高压输出端的正负极之间设有高压侧母线电压支撑电容c1和c2。
22.进一步说明，电感l1的高压端与t1中第一igbt的发射极相连，t1中第一igbt的发射极与t2中第一igbt的发射极相连；电感l2的高压端与t3中第一igbt的发射极相连，t3中第一igbt的发射极与t4中第一igbt的发射极相连；t1中第一igbt的集电极与t2中第一igbt的集电极相连，t3中第二igbt的发射极与t4中第二igbt的发射极相连，t1中第二igbt的发射极分别连接t2中第二igbt的发射极、t3中第一igbt的集电极、t4中第一igbt的集电极；高压侧母线电压支撑电容c1的一端与t2中第一igbt的集电极连接，高压侧母线电压支撑电容c1的另一端分别连接高压侧母线电压支撑电容c2的一端及t4中第一igbt的集电极，高压侧母线电压支撑电容c2的另一端与t4中第二igbt的发射极相连。
23.上述方案中，支撑电容主要是对整流器的输出电压进行平滑滤波，吸收来自于逆变器向“dc-link”索取的高幅值脉动电流，阻止其在“dc-link”的阻抗上产生高幅值脉动电压，使直流母线上的电压波动保持在允许范围。防止来自于“dc-link”的电压过冲和瞬时过电压对igbt的影响。电感起到储能、降压的作用，电容起到平稳电压的作用，通过igbt的导通或关断，为电感进行充放电，来实现升降压。
24.直流变换装置103的输入电压：考虑液流电池不同厂家产品的直流电压范围差异，以及锂离子电池的输出电压范围，直流变换装置103的输入电压范围在400v～850vdc。直流变换装置103的输出电压：满足1500vdc或者根据1500v pcs产品确定，适应其他主流pcs产品的输入电压要求即可。直流变换装置103是液流电池组及储能变流器pcs的柔性接口，根据储能电站ems系统指令，通过pcs、bms、dcdc实现电站的充电、放电、调频、调压、黑启动等功能。
25.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。