[发明专利]一种液流电池储能系统及具有间歇性能源的系统

说明书

本发明提供一种液流电池储能系统，包括储能管理系统以及m个并联的液流电池储能单元，其中m为大于或等于2的正整数，储能管理系统用于液流电池储能单元之间的功率均衡与SOC均充。本发明还提供一种具有间歇性能源的供电系统及液流电池储能管理方法。本发明提供的液流电池储能系统、具有间歇性能源的系统及液流电池储能管理方法，并联的液流电池储能单元可以相互独立，降低成本，易于实现模块化；SOC均充由液流储能管理系统和功率变换装置实现；针对每一个液流电池装置设置一个功率变换装置，进行闭环控制，达到均流和功率均衡精确调节，响应迅速且效率高；通过功率变换支路对电堆支路的均压控制，与其他控制目标解耦，控制简单且有效控制。

技术领域

本发明涉及液流电池储能系统集成领域，具体涉及一种液流电池储能系统及具有间歇性能源的系统。

背景技术

随着风电、光伏等间歇性新能源的大规模接入，电力系统调频、调峰所面临的压力越来越大，系统稳定性、供电质量等相关问题也逐渐显现出来，储能技术是解决这一系列问题的有效手段。

全钒液流电池是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的液流电池，钒液流电池活性物质不存在于电池的内部，而是储存在电池外部的罐体中，其输出功率和储能容量可独立设计，这是液流电池显著区别于其他化学电池的独特之处，同时也是液流电池应用于大规模储能的最大技术优势。全钒液流电池具有充放电可逆性高、循环寿命长、储能容量大，易于扩容等优点，是电力系统大规模储能的优选储能技术方案。

现有液流电池储能系统如图1所示，包括储能管理系统、一个功能变换装置以及多个液流电池装置，多个液流电池装置通过复杂的管理连接关系分别与正极电解液和负极电解液连接。

液流电池储能系统集成和控制需要考虑以下几点：

1、电堆串并联的均压均流：液流电池系统通常由若干个电池电堆通过串并联的方式组成，由于电池电堆存在电极面积、电极极化、电解液管路、电堆串并联连接电路的差异性，导致液流电池系统在充放电过程中电堆的电流、电压不能够均衡分配。电堆设计时都会有电流密度范围和电压工作范围的限制，电流、电压的不均直接导致某些电池可能会超过设定的电流密度或电压范围运行，带来发热、过度极化等问题，直接影响系统的性能、寿命和能量利用率。专利CN102148390A，通过液流电池控制器控制电堆管路的流量调节装置，从而调节进入每个电堆的电解液流量来达到电流、电压均衡调节的目的。

2、系统效率的优化：不同的电解液温度、充放电状态以及充放电电流对电解液反应物的需求量不同，电解液流量通过变频水泵调节，泵的功耗直接影响系统效率。专利CN102299362A提出了一种电解液流量梯级控制策略，根据不同的电解液温度、电池电压和电流密度，在综合考虑了液流电池系统的能量密度和功耗的基础上设定较优的电解液流量运行。

3、系统集成方案的灵活性：中大规模储能应用需要的电池功率和储能容量较大，如何实现液流电池系统的规模化应用是系统集成设计必须要解决的问题，中大规模液流电池系统可以由若干个不同或者相同功率规模的电池子系统组成。专利CN102487148A提出了一种大规模液流电池系统设计与运行方案，通过将不同电池子系统的正极/负极电解液罐、正极/负极电解液出口和入口通过联通管路进行连接，并在每一个联通管路上设置控制阀门，根据不同的运行容量需求进行阀门的切换，从而适应不同运行功率规模的需求。

4、系统集成的功率均衡和均充：液流电池储能规模化集成除了要能满足不用运行功率规模的灵活变化之外，还要解决子系统的功率一致性问题。组成液流电池系统的电池子系统由于长期运行反应会引发子系统内阻的差异性、正/负极电解液容量、浓度等的差异性，导致子系统之间充放电功率失衡以及正负极电解液充放电状态SOC的偏差，最终影响整体系统的运行。专利CN102867977A提出了一种在电池系统运行初期，通过控制阀门开度或循环泵转速来调节电解液流量来调节各子系统内阻，保持内阻一致。通过各子系统正负极电解液之间的共混和互混来保证各子系统正、负极电解液容量和浓度相同，从而消除各子系统电解液SOC的偏差。