一種儲能能量路由器及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種儲能能量路由器，包括第一整流器、逆變器、變壓器、第二整流器、和儲能模塊；所述第一整流器、逆變器、變壓器和第二整流器通過母線依次連接，所述儲能模塊與所述母線連接。本發明還公開了一種儲能能量路由器控制方法，包括儲能控制模式和放電控制模式；在所述儲能控制模式，通過控制第一斷路器導通，通過第一轉換器向儲能模塊充電；所述放電控制模式，通過所述第二轉換器由儲能模塊向負載供電。本發明具有結構簡單，可根據需求任意選擇不同類型的儲能模塊，可動態調整儲能容量，易于實現結構冗余，可輸出不同電壓等級電源，輸出電源質量高等優點。
【專利說明】
一種儲能能量路由器及控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種能量路由器及控制方法，尤其涉及一種儲能能量路由器及控制方法。
【背景技術】
[0002]為了緩解能源危機、減少環境污染，電網中接入了越來越多的分布式可再生能源，但這些可再生能源往往都具有地理分散性、間歇性。這便要求在電網中加入大量儲能設備來緩沖這些波動的能量。另一方面，傳統的單一集中式發電網正逐漸轉變為集中式和分布式共存的發電模式，電能的單向流動也開始變為多向流動。在未來智能電網規劃中，所有用戶不僅是需求方，加上風光儲系統后，用戶也可以生產并儲存電力，能夠與電網和其余用戶自由交易電力。因此，能夠主動控制調度能量流的能量路由器是未來智能電網的重要組成部分，需要相應的儲能設備來緩沖波動的能量。
[0003]專利號為CN102315645B，名稱為《用于分布式發電的能量路由器》的發明專利公開了一種用于分布式發電的能量路由器，該裝置中，各分布式發電電源和儲能單元電能形式并不相同，需要通過相應的變換器才能將其轉換為頻率、相位相同的交流電，各轉換器引入的諧波會被引入交流母線，且并未進一步提及儲能單元的構成。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單，可根據需求任意選擇不同類型的儲能模塊，可動態調整儲能容量，易于實現結構冗余，可輸出不同電壓等級電源，輸出電源質量高的儲能能量路由器及控制方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為:一種儲能能量路由器，包括第一整流器、逆變器、變壓器、第二整流器、和儲能模塊;所述第一整流器、逆變器、變壓器和第二整流器通過母線依次連接，所述儲能模塊與所述母線連接。
[0006]作為本發明的進一步改進，所述儲能模塊包括至少一個儲能單元。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述儲能單元包括依次連接的第一轉換器、儲能體和第二轉換器;所述第一轉換器與所述母線連接。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述儲能單元包括多個并聯的儲能體。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述儲能單元還包括第一斷路器;儲能單元中所述儲能體通過所述第一斷路器與所述第一轉換器連接。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述儲能體的類型包括機械儲能體、電磁儲能體、電化學儲能體;所述同一儲能單元中的儲能體的類型相同。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述第一轉換器包括交直轉換器、交交轉換器和直直轉換器;所述第二轉換器包括交直轉換器和直直轉換器。
[0012]—種儲能能量路由器控制方法，包括儲能控制模式和放電控制模式;在所述儲能控制模式，通過控制第一斷路器導通，通過第一轉換器向儲能模塊充電；所述放電控制模式，通過所述第二轉換器由儲能模塊向負載供電。
[0013]作為本發明的進一步改進，包括電能質量控制策略和電網電能管理策略兩種儲能模塊選擇策略;所述電能質量控制策略包括，在儲能控制模式下，優先選擇為儲能體為電磁儲能體的儲能模塊進行充電，在放電控制模式下，優先選擇以儲能體為電磁儲能體的儲能模塊向負載供電;所述電網電能管理策略包括，在儲能控制模式下，優先選擇為儲能體為機械儲能體或電化學儲能體的儲能模塊進行充電，在放電控制模式下，優先選擇以儲能體為機械儲能體或電化學儲能體的儲能模塊向負載供電。
[0014]作為本發明的進一步改進，獲取母線上的電壓，當所述電壓大于預設的儲能電壓閾值時，儲能能量路由器進入儲能控制模式；當所述電壓小于預設的放電電壓閾值時，儲能能量路由器進入放電控制模式。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于:
1、本發明結構簡單，可根據需求任意選擇不同類型的儲能模塊，輸出不同電壓等級電源。
[0016]2、本發明可根據需求動態調整儲能容量，易于實現結構冗余。
[0017]3、本發明具備電能質量控制策略與電網電能管理策略，可有效抑制震蕩、削峰填谷、穩定電能輸出，有效改善電能質量。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明具體實施例儲能能量路由器結構示意圖。
[0019]圖2為本發明具體實施例儲能單元結構示意圖。
[0020]圖3為本發明儲能能量路由器控制流程圖。
[0021 ]圖例說明:1、第一整流器;2、逆變器;3、變壓器;4、第二整流器;5、儲能模塊;51、儲能單元;511、第一轉換器;512、儲能體;513、第二轉換器;514、第一斷路器;6、母線。
【具體實施方式】
[0022]以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
[0023]如圖1所示，本實施例一種儲能能量路由器，包括第一整流器1、逆變器2、變壓器3、第二整流器4、和儲能模塊5;第一整流器1、逆變器2、變壓器3和第二整流器4通過母線6依次連接，儲能模塊5與母線6連接。儲能模塊5包括至少一個儲能單元51。在本實施例中，儲能單元51可連接至任意一段母線6上，當儲能模塊5包括多個儲能單元51時，各儲能單元51可以同時與一段母線6連接，也可以分別與不同的母線6連接。需要說明的是，對于如光伏發電及風能發電等分布式能源，也可以根據需要接入其中任意一段母線6。
[0024]如圖2所示，在本實施例中，儲能單元51包括依次連接的第一轉換器511、儲能體512和第二轉換器513;第一轉換器511與母線6連接。儲能單元51包括多個并聯的儲能體512。儲能單元51還包括第一斷路器514;儲能單元51中儲能體512通過第一斷路器514與第一轉換器511連接。儲能體512的類型包括機械儲能體、電磁儲能體、電化學儲能體；同一儲能單元51中的儲能體512的類型相同。在本實施例中，儲能單元51中的儲能體512為冗余設計，包括多個并聯的儲能體512，當其中一個儲能體512失效時，直接通過第一斷路器514將該儲能體旁路，仍可保證整個儲能單元51的正常運行。儲能體512通過第一斷路器514與第一轉換器511連接，可根據需求控制第一斷路器514的斷開與導通，從而動態的調整儲能模塊51的儲能容量。在本實施例中，可根據需求選擇不同類型的儲能體512，包括如采用超級電容和超導的電磁儲能體，如采用飛輪儲能的機械儲能體，如采用電化學儲能的電化學儲能體，通過選擇不同類型的儲能體512，可使得本發明的儲能能量路由器同時兼具有電磁儲能響應速度快、機械儲能和電化學儲能容量大，適合大規模儲能的優點，可有效改善電能質量。當需要為儲能模塊5充電儲能時，根據需要的儲能容量將第一斷路器514導通，將儲能單元51中的儲能體512接入母線6，電網的電能通過母線6、第一轉換器511向儲能體512充電儲能，儲能體512的電壓達到預設的電壓值后，斷開第一斷路器514，完成儲能體512的儲能過程。當需要儲能模塊5向負載供電時，通過控制第二轉換器513，由儲能體512向負載供電，以補充電網的供電不足。
[0025]在本實施例中，根據儲能單元51與母線6的連接關系的不同，以及儲能體512的類型不同，第一轉換器511需要相應的選擇不同類型的轉換器，第一轉換器511包括交直轉換器、交交轉換器和直直轉換器。在本實施例中，逆變器2與變壓器3之間的連接母線6為交流母線，當儲能單元51為交流儲能單元時，第一轉換器511需要選擇交交轉換器。第二轉換器513包括交直轉換器和直直轉換器。
[0026]本實施例儲能能量路由器結構簡單，可根據需求任意選擇不同類型的儲能單元51，并進行組合，輸出不同電壓等級的電源，并通過第二整流器4輸出直流電源，可有效抑制輸出電源中的諧波，提出輸出電能質量。并且本實施例中儲能單元51可根據需求動態調整儲能容量，易于實現結構冗余。
[0027]如圖3所示，本實施例一種儲能能量路由器控制方法，包括儲能控制模式和放電控制模式;在儲能控制模式，通過控制第一斷路器514導通，通過第一轉換器511向儲能模塊5充電；放電控制模式，通過第二轉換器513由儲能模塊5向負載供電。在本實施例中，當儲能能量路由器連接的負載處于用電需求低谷時，如白天住宅區耗能較少時，或者電網所能提供的電能增加時，如太陽能、分能等分布式能源供電增加，電網所提供的電能大于負載的用電需求，儲能能量路由器通過儲能控制模式將電網的電能存儲至儲能模塊5中的儲能體512中。當儲能能量路由器連接的負載處理用電需求高峰時，如夜晚住宅區耗能較高時，或者電網所能提供的電能減少時，如太陽能、分能等分布式能源因夜晚無陽光，或者無風導致供電減少，電網所提供的電能小于負載的用電需求，儲能能量路由器通過放電控制模式將儲能能量路由器儲能模塊5儲能體512中電能釋放出來，提供至負載，以彌補電網所提供電能的不足。
[0028]包括電能質量控制策略和電網電能管理策略兩種儲能模塊5選擇策略；電能質量控制策略包括，在儲能控制模式下，優先選擇為儲能體512為電磁儲能體的儲能模塊5進行充電，在放電控制模式下，優先選擇以儲能體512為電磁儲能體的儲能模塊5向負載供電；電網電能管理策略包括，在儲能控制模式下，優先選擇為儲能體512為機械儲能體或電化學儲能體的儲能模塊5進行充電，在放電控制模式下，優先選擇以儲能體512為機械儲能體或電化學儲能體的儲能模塊5向負載供電。在本實施例中，儲能能量路由器可根據使用需求包括電能質量控制策略與電網電能管理策略兩種運行策略。電能質量控制策略可進行負載跟蹤，控制震蕩，穩定可再生能源輸出以及UPS電源輸出等，在電能質量控制策略下，需要儲能能量路由器具有較高的響應速度，優先選擇電磁儲能體類型的儲能單元51向負載供電，或者進行充電，以實現向負載提供不間斷電源，或者達到抑制震蕩的目的。電網電能管理策略下，可進行大規模蓄電，同時，提供電能的分布式能源如風能和太陽能，都存在周期性變化，并且，負載的耗能也存在周期性變化，如住宅區白天耗能較少，夜晚耗能較高，因此，需要儲能能量路由器在供能大于耗能時將能量儲存下來，在耗能大于供能時釋放所儲存的能量，對電網進行削峰填谷意義重大。而對電網進行削峰填谷，對儲能容量的需求很大，但對響應速度要求并不高，因此，在電網電能管理策略下，優先選擇機械儲能體或電化學儲能體進行儲能或者向負載供電，可有效滿足對儲能能量的需求，以及向負載供電的需求。
[0029]在本實施例中，通過獲取母線6上的電壓，當電壓大于預設的儲能電壓閾值時，儲能能量路由器進入儲能控制模式；當電壓小于預設的放電電壓閾值時，儲能能量路由器進入放電控制模式。
[0030]本實施例儲能能量路由器控制方法，可有效抑制震蕩、削峰填谷、穩定電能輸出，有效改善電能質量。
[0031]上述只是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種儲能能量路由器，其特征在于:包括第一整流器(I)、逆變器(2)、變壓器(3)、第二整流器(4)、和儲能模塊(5);所述第一整流器(1)、逆變器(2)、變壓器(3)和第二整流器(4)通過母線(6)依次連接，所述儲能模塊(5)與所述母線(6)連接。2.根據權利要求1所述的儲能能量路由器，其特征在于:所述儲能模塊(5)包括至少一個儲能單元(51)。3.根據權利要求2所述的儲能能量路由器，其特征在于:所述儲能單元(51)包括依次連接的第一轉換器(511)、儲能體(512)和第二轉換器(513);所述第一轉換器(511)與所述母線(6)連接。4.根據權利要求3所述的儲能能量路由器，其特征在于:所述儲能單元(51)包括多個并聯的儲能體(512)。5.根據權利要求4所述的儲能能量路由器，其特征在于:所述儲能單元(51)還包括第一斷路器(514);儲能單元(51)中所述儲能體(512)通過所述第一斷路器(514)與所述第一轉換器(511)連接。6.根據權利要求5所述的儲能能量路由器，其特征在于:所述儲能體(512)的類型包括機械儲能體、電磁儲能體、電化學儲能體;所述同一儲能單元(51)中的儲能體(512)的類型相同。7.根據權利要求6所述的儲能能量路由器，其特征在于:所述第一轉換器(511)包括交直轉換器、交交轉換器和直直轉換器;所述第二轉換器(513)包括交直轉換器和直直轉換器。8.一種儲能能量路由器控制方法，其特征在于:包括儲能控制模式和放電控制模式;在所述儲能控制模式，通過控制第一斷路器(514)導通，通過第一轉換器(511)向儲能模塊(5)充電;所述放電控制模式，通過所述第二轉換器(513)由儲能模塊(5)向負載供電。9.根據權利要求8所述的儲能能量路由器控制方法，其特征在于:包括電能質量控制策略和電網電能管理策略兩種儲能模塊(5)選擇策略;所述電能質量控制策略包括，在儲能控制模式下，優先選擇為儲能體(512)為電磁儲能體的儲能模塊(5)進行充電，在放電控制模式下，優先選擇以儲能體(512)為電磁儲能體的儲能模塊(5)向負載供電；所述電網電能管理策略包括，在儲能控制模式下，優先選擇為儲能體(512)為機械儲能體或電化學儲能體的儲能模塊(5)進行充電，在放電控制模式下，優先選擇以儲能體(512)為機械儲能體或電化學儲能體的儲能模塊(5)向負載供電。10.權利要求要求8或9所述的儲能能量路由器控制方法，其特征在于:獲取母線(6)上的電壓，當所述電壓大于預設的儲能電壓閾值時，儲能能量路由器進入儲能控制模式；當所述電壓小于預設的放電電壓閾值時，儲能能量路由器進入放電控制模式。
【文檔編號】H02J3/28GK106026146SQ201610448490
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】尚敬, 張志學, 黃子昊, 劉華東, 南永輝, 陳江, 陳濤, 梅文慶
【申請人】中車株洲電力機車研究所有限公司