[发明专利]电池能量源装置和电压源转换器系统

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及输电网络的领域，并且特别涉及输电网络中的有功功率支持。

背景技术

STATCOM(静态补偿器，STATic COMpensator)基于电压源转换器(VSC)技术，并且可以用于向输电网络提供无功功率支持。STATCOM能够产生或吸收无功功率，从而可以用于控制网络内的无功功率。

能够不仅控制无功功率还能注入或吸收也称为有效功率的有功功率，有时候是有利的。因此，STATCOM在其DC侧上配备有能量源，以便在向网络生成的无功功率之外还提供一些有功功率。例如，有效功率可以在网络中发生能量不足时用作储备能量源，或者用作为管理网络中的瞬态和电磁振荡的控制功率。能量源例如可以包括传统电容器、超级电容器或者电化学电池。

图1示出了基本STATCOM装置或者电压源转换器系统，其具有在其DC侧的有功功率源，其中示出的例子中的能量源包括多个并联连接的电池串2。每个电池串2包括多个电池模块并且每个电池模块又包括多个电池电芯。STATCOM 1还以传统方式通过变压器(未示出)连接到电力网络3，以将变压器电压适配到网络电压并提供电流隔离。

通常，当电化学电池用作能量源时，必须将很多数量的电池模块串联连接以匹配STATCOM的DC电压。此外，为了获得期望的有功功率和电池能量存储的持续时间，通常必须并联连接多个电池串，如图所示。STATCOM DC电压受到控制并且所有并联连接的电池串连接到该受控电压。

在电池能量储存器的工作期间，电芯不同地老化。此外，一些电芯可能已经故障并且为了继续工作，电池串中电池模块的一个或多个损坏电芯将被旁路。此外，一些老化的电池模块将由新模块替换。对于具有低内部电阻的电池，小电压偏移将导致电荷重分布。当电池能量储存器中具有最低性能的电池电芯占主导时，整个电池能量储存器的性能将被降低。

因此，以降低的电池串充电电压的代价完成对一个或多个故障电池电芯的旁路。另一个解决方案是旁路整个电池串，但是这将需要过大电池和额外电池串的形式的甚至更大的容量冗余度，以满足在所有时候的容量要求。因此，今天并联连接的电池串并未以最佳方式运行。

有鉴于此，提供处理故障电池电芯和/或电池串的改进方式将是期望的。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种有功功率源，并且特别是电池能量源装置，其用于负载，特别是电压源转换器，其中克服了或者至少减轻了上述缺点。

本发明的特定目的之一是提供一种用于电压源转换器的电池能量源装置，其中从有功功率源获得最大效能，从而提供其优化的操作。

本发明的另一目的是提供一种用于电压源转换器的电池能量源装置，其中防止了由于个别的电池电芯的性能变化引起的电压差。

本发明的再一目的是提供一种用于电压源转换器的电池能量源装置，其中最大化电池能量源的使用寿命。

本发明的又一目的是提供一种成本有效的电池能量源装置。

除其他外，这些目的是通过所附独立权利要求中要求保护的电池能量源装置和电压转换器实现的。

根据本发明，提供一种改进的电池能量源装置。电池能量源装置包括电池能量储存器，该电池能量储存器继而包括一个或多个并联连接的电池串。该电池能量源装置还包括连接装置，用于将所述电池串的电压连接到负载比如电压源转换器。电池能量源装置的特征在于电池串电压适配器装置，其与所述一个或多个电池串中相应的一个串联连接。电池串电压适配器装置被设计为仅处理由所述电池串处理的电压的一部分。通过本发明，可以以优化的方式提供有功功率。实现了电池能量储存器的最大效能，以及可完全加载的电池能量储存器。防止了由于电池能量储存器的个别电芯的变化而导致的电压差，从而延长了电池能量储存器的使用寿命。此外，通过本发明，与现有技术相比，可以更快地断开并联连接的电池串。更进一步，借助于本发明，可以延长用于断开电池串的断路器的使用寿命，因为每个电池串中的电流可以在断开每个电池串的断路器之前被控制到零。由于电池串电压适配器装置被设计为能够仅处理总负载电压的一部分，所以可以以最成本有效的方式设计和定制电池串电压适配器装置的规格。

根据本发明的一个实施方式，电池串电压适配器装置被布置为向其相应的电池串添加某一电压，以便优化所述电池串的电压电平。在一实施方式中，优化包括在一个或多个包括电池串电压适配器装置的电池串中的每一个上提供相等的电压。从而最大化电池能量储存器的使用寿命。特别是，电池串电压适配器装置可以包括用于添加电压的装置，该电压等于受控负载电压和实际电池串电压之差。