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一种混合储能装置

阅读：604发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种混合储能装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种混合储能装置，安装在风电场升压变压器的低压侧，复合储能装置包括锂电池组和全钒液流电池组，两电池组通过DC/DC变流器并联在直流母线上，直流母线通过DC/AC逆变器将复合储能装置的电压传送至外部电网，复合储能装置与DC/DC变流器之间设置有能量管理系统，用于控制两电池组能量输入与输出，感知模块安装在储能集装箱内部，用于检测储能环境，感知模块电性连接主控制器输入端，主控制器通过无线通讯模块通信连接服务器，主控制器输出端连接报警模块。本实用新型通过复合储能装置可实现风电场平稳输出，通过智能节点模块可实时监测储能环境并在突发状况下声控报警以提醒工作人员及时开启消防装置及提醒周围人员撤离，降低安全隐患。，下面是一种混合储能装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种混合储能装置，其特征在于，安装在风电场升压变压器的低压侧，包括储能模块和智能节点模块，所述储能模块包括复合储能装置，所述复合储能装置包括锂电池组（1）和全钒液流电池组（2），所述锂电池组（1）和全钒液流电池组（2）通过DC/DC变流器（3）并联在直流母线（4）上，所述直流母线（4）通过DC/AC逆变器（5）将复合储能装置的电压传送至外部电网，所述复合储能装置与DC/DC变流器（3）之间设置有能量管理系统（6），所述能量管理系统（6）用于控制锂电池组（1）和全钒液流电池组（2）能量输入与输出，所述智能节点模块包括感知模块和处理模块，所述感知模块安装在储能模块的储能集装箱内部，用于检测储能集装箱中的环境条件，所述处理模块包括主控制器（7）、无线通讯模块（8）、服务器（9）和报警模块（10），所述感知模块电性连接主控制器（7）输入端，所述主控制器（7）通过无线通讯模块（8）通信连接服务器（9），所述主控制器（7）输出端连接报警模块（10）。
2.根据权利要求1所述的混合储能装置，其特征在于：所述能量管理系统（6）为电池管理系统，在锂电池组（1）和全钒液流电池组（2）过压、欠压、过流或充放电过度时，通过切断充放电回路以保护电池。
3.根据权利要求2所述的混合储能装置，其特征在于：所述感知模块包括湿度传感器（11）、光照强度测量仪（12）和粉尘传感器（13），所述湿度传感器（11）用于检测储能集装箱中的温湿度，所述光照强度测量仪（12）用于检测储能集装箱中的光照强度，所述粉尘传感器（13）用于检测储能集装箱中的气体粉尘含量。
4.根据权利要求3所述的混合储能装置，其特征在于：所述湿度传感器（11）采用DHT11温湿度传感器，所述光照强度测量仪（12）采用DT-1300光度计，所述粉尘传感器（13）采用夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器。
5.根据权利要求4所述的混合储能装置，其特征在于：所述主控制器（7）采用STM32F104芯片，所述DHT11温湿度传感器连接主控制器（7）输入端，向主控制器（7）传输温湿度数据，所述DT-1300光度计和夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器通过A/D 转换器（14）连接主控制器（7）输入端，分别向主控制器（7）传输光照强度和气体粉尘含量数据。
6.根据权利要求5所述的混合储能装置，其特征在于：所述无线通讯模块（8）采用SX1278无线模块，所述主控制器（7）与无线通讯模块（8）之间双向通信，所述无线通讯模块（8）与服务器（9）之间双向通信。
7.根据权利要求6所述的混合储能装置，其特征在于：所述报警模块（10）采用声光报警器。

说明书全文

一种混合储能装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于电力设备技术领域，具体涉及一种混合储能装置。

背景技术

[0002] 风力发电具有间歇性、波动性、随季节变化等特点，大规模集中并网会造成电网发电与负荷偏差、频率不稳定等问题，而储能技术可以有效改善风力发电的电网友好性，减少对电网的影响。因此，储能系统的发明和研究对现实生活有着重要的意义。

[0003] 当前，随着储能技术的快速发展，储能系统在电力系统中的应用越来越广泛，目前常用的电力储存方式，根据能量转换形式的不同，可以将储能技术分为3类：机械储能、电磁储能和化学储能。目前的储能技术大都使用单种的储能方式，由于要面对风力发电对储能系统的各种要求，如功率支撑、电压跌落补偿、低电压穿越等要求，单一的储能技术很难同时满足各种各样的需求，而将不同种类的储能技术相结合，通过采用一定的功率控制技术或其他的优化技术，同时发挥出不同储能的优点，将满足风电场对储能系统的要求。现有的混合储能系统如“离网太阳能发电系统的混合储能系统、配置方法及运行方法”(专利号：CN109586329A)和“一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法“(专利号：
CN107046290A)提出了两种或多种电池组成的混合储能系统，实现了多种储能装置的并机运行，为避免充放电过度引发安全事故，混合储能系统中往往还设置了充放电控制模块，但充放电控制模块也可能出现故障，在这种情况下，人们就无法准确了解储能装置的工作状态，因此，现有的混合储能系统中还应增设安全提醒系统，以实时监测储能装置的工作状态，并在事故发生前通过发射安全警报提醒工作人员及时开启消防装置以防止火灾发生，以及提醒附近人员撤离，避免引发安全事故。
实用新型内容

[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种混合储能装置，该混合储能装置使用寿命长，可实现风电场平稳输出，同时通过设置报警模块和能量管理系统可实时监测储能装置的工作环境并提醒工作人员及时调控混合储能装置，降低安全隐患。

[0005] 为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：一种混合储能装置，安装在风电场升压变压器的低压侧，包括储能模块和智能节点模块，储能模块包括复合储能装置，复合储能装置包括锂电池组和全钒液流电池组，锂电池组和全钒液流电池组通过DC/DC变流器并联在直流母线上，直流母线通过DC/AC逆变器将复合储能装置的电压传送至外部电网，复合储能装置与DC/DC变流器之间设置有能量管理系统，能量管理系统用于控制锂电池组和全钒液流电池组能量输入与输出，智能节点模块包括感知模块和处理模块，感知模块安装在储能模块的储能集装箱内部，用于检测储能集装箱中的环境条件，处理模块包括主控制器、无线通讯模块、服务器和报警模块，感知模块电性连接主控制器输入端，主控制器通过无线通讯模块通信连接服务器，主控制器输出端连接报警模块。

[0006] 进一步地，所述能量管理系统为电池管理系统，在锂电池组和全钒液流电池组过压、欠压、过流或充放电过度时，通过切断充放电回路以保护电池。

[0007] 进一步地，所述感知模块包括湿度传感器、光照强度测量仪和粉尘传感器，所述湿度传感器用于检测储能集装箱中的温湿度，所述光照强度测量仪用于检测储能集装箱中的光照强度，所述粉尘传感器用于检测储能集装箱中的气体粉尘含量。

[0008] 进一步地，所述湿度传感器采用DHT11温湿度传感器，所述光照强度测量仪采用DT-1300光度计，所述粉尘传感器采用夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器。

[0009] 进一步地，所述主控制器采用STM32F104芯片，所述DHT11温湿度传感器连接主控制器输入端，向主控制器传输温湿度数据，所述DT-1300光度计和夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器通过A/D转换器连接主控制器输入端，分别向主控制器传输光照强度和气体粉尘含量数据。

[0010] 进一步地，所述无线通讯模块采用SX1278无线模块，所述主控制器与无线通讯模块之间双向通信，所述无线通讯模块与服务器之间双向通信。

[0011] 进一步地，所述报警模块采用声光报警器。

[0012] 本实用新型具有以下有益效果：

[0013] 1)由于风速以不同频率、不同幅值出现波动，风力发电输出功率的波动也就会以不同频率、不同幅值的方式出现，本实用新型设置锂电池组和全钒液流电池组组成的复合储能装置，由于全钒液流电池功率密度大、能量密度小，循环寿命长，可补偿波动频率大但幅值小的分量，即可对风电场输出功率的频繁波动部分进行平抑，提高了储能系统的响应速度；而锂电池功率密度小、能量密度大，可用来补偿波动频率小但幅值较大的分量，主要负责对风电场输出功率的平缓波动部分进行平抑，因此延长了其使用寿命：

[0014] 2)由于全钒液流电池具有功率密度大的特点，当其与锂电池配合工作时，可使锂电池的充放电电流大幅度减小，从而可提高锂电池充放电效率和降低生产成本；

[0015] 3)通过增设智能节点模块，湿度传感器、光照强度测量仪和粉尘传感器可实时监测储能集装箱内部环境条件并传输至主控制器，主控制器通过无线通讯模块传输储能环境数据至服务器，给予工作人员提供依据进行储能环境的判断，数据超过设定阈值时，还可以通过报警模块声光报警，以强烈提醒工作人员及时开启消防装置以防火灾发生，以及提醒附近人员撤离，避免引发安全事故。附图说明

[0016] 图1是本实用新型的储能模块连接框图；

[0017] 图2是本实用新型的智能节点模块连接框图；

[0018] 图3是本实用新型的储能模块能量流动框图。

[0019] 其中的附图标记为：锂电池组1、全钒液流电池组2、DC/DC变流器3、直流母线4、DC/AC逆变器5、能量管理系统6、主控制器7、无线通讯模块8、服务器9、报警模块10、湿度传感器11、光照强度测量仪12、粉尘传感器13、A/D转换器14。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

[0021] 如图1和图2所示，本实用新型的一种混合储能装置，安装在风电场升压变压器的低压侧，混合储能装置包括储能模块和智能节点模块，储能模块包括复合储能装置，复合储能装置包括锂电池组1和全钒液流电池组2，锂电池组1和全钒液流电池组2通过DC/DC变流器3并联在直流母线4上，直流母线4通过DC/AC逆变器5将复合储能装置的电压传送至外部电网，复合储能装置与DC/DC变流器3之间设置有能量管理系统6，能量管理系统6为电池管理系统，用于控制锂电池组1和全钒液流电池组2能量输入与输出，在锂电池组1和全钒液流电池组2过压、欠压、过流或充放电过度时，通过切断充放电回路以保护电池，智能节点模块包括感知模块和处理模块，感知模块安装在储能模块的储能集装箱内部，用来监测储能集装箱内部环境，感知模块包括湿度传感器11、光照强度测量仪12和粉尘传感器13，湿度传感器11采用DHT11温湿度传感器，用于检测储能集装箱中的温湿度，光照强度测量仪12采用DT-1300光度计，用于检测储能集装箱中的光照强度，粉尘传感器13采用夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器，用于检测储能集装箱中的气体粉尘含量，处理模块包括主控制器7、无线通讯模块8、服务器9和报警模块10，主控制器7采用STM32F104芯片，湿度传感器11连接主控制器7输入端，向主控制器7传输温湿度数据，光照强度测量仪12和粉尘传感器13通过A/D转换器
14连接主控制器7输入端，分别向主控制器7传输光照强度和气体粉尘含量数据，主控制器7通过无线通讯模块8通信连接服务器9，主控制器7输出端连接报警模块10，报警模块10采用声光报警器，在湿度传感器11、光照强度测量仪12和粉尘传感器13检测到的储能集装箱中的温湿度、光照强度和气体粉尘含量超出设定阈值时，主控制器7控制报警模块10声光报警以提醒工作人员及时开启消防装置以防火灾发生，以及提醒附近人员撤离，避免引发安全事故。

[0022] 进一步地，无线通讯模块8采用SX1278无线模块，主控制器7与无线通讯模块8之间双向通信，无线通讯模块8与服务器9之间双向通信。

[0023] 本实用新型的工作原理如下：如图3所示，锂电池组1的充放电功率Pbat为其端电压Ubat与其输出端电流Ibat的乘机，即Pbat＝Ubat×Ubat，全钒液流电池组2的充放电功率PVRB等于其端电压UVRB与端电流IVRB的乘积，即PVRB＝UVRB×IVRB，混合储能装置的输出总功率PHESS为PVRB与Pbat总和，即PHESS＝PVRB+Pbat，电网的总功率P等于风电场输出功率Pwf加上混合储能装置输出的总功率PHESS，即P＝Pwf+PHESS，当已知UVRB和Ubat和风电场输出电流Iwf时，通过控制DC/AC逆变器5和DC/DC变流器3中电流的方向，即可实现对PVRB和PHESS的控制，能量管理系统6通过控制IDC/AC的大小及方向，当IDC/AC<0，风电发电功率大于入网功率，复合储能装置储存能量；当IDC/AC>0时，风电发电功率小于入网功率，复合储能装置释放能量，从而实现对复合储能装置充放电及功率大小的控制；在储能模块充放电过程中，感知模块中湿度传感器11、光照强度测量仪12和粉尘传感器13实时监测储能集装箱中的温湿度、光照强度和气体粉尘含量，并传输至主控制器7，主控制器7通过无线通讯模块8将储能环境数据传输至服务器9，服务器9内部设置有报警程序，该报警程序中设定有温湿度、光照强度和气体粉尘含量的临界值，当感知模块检测到储能环境达到或超过临界值时，服务器9通过主控制器7控制报警模块10声光报警，以提醒工作人员及时开启消防装置以防火灾发生，以及提醒附近人员撤离，避免引发安全事故。

[0024] 以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

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