直流储能电源系统电池组并联方法研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 16 日 作者简介:赵晶晶(1987),女,河北保定人,研究方向为电源领域产品设计与检测。-171-直流储能电源系统电池组并联方法研究 赵晶晶 宇能电气有限公司,河北 保定 071000 摘要:摘要:通过对传统串联电池组直流储能电源系统缺点的分析,提出了直流储能电源系统的并联方案及其优势。但是,受生产制造等因素的影响,单体电池的性能存在一定的差异性。并联电池组在充放电过程中会产生相应的环流现象,影响并联电池组的寿命。同时,还造成一定的能量损失。为此,提出将 12V 蓄电池组进行并联的方法,克服传统串联方法的不足。同时,提出预充电阻
2、方法、串联二极管方法和串联 DC-DC 方法去解决并联电池组的环流问题。关键词:关键词:直流储能电源;电池并联;环流问题 中图分类号:中图分类号:V242.2 直流电源系统是变电站运行过程中不可或缺的一部分,能够在设备发生故障时快速给变电站电气设备提供动作电源,特别是在智能测控、保护装置和计量设备中。将单个 12V 蓄电池以并联方式连接在一块可以得到电压为 110V 或者 120V 的直流电源,满足不同负载对供电电压的需求。但是,受并联电源系统架构因素的影响,供电系统中的过载电流或者短路电流都要由并联电源系统提供,受现有电池技术的限制,单个并联直流电源系统能够输出的最大电流为eI8。另外,在大
3、型电力系统中,直流电源系统的线路阻抗高,额定工作电流大,很难为系统提供较大的短路电流。为此,本文就直流储能电源电池组的并联方法进行探究,寻找相应的解决方案。1 传统直流储能电源系统电池串联的缺陷 一般情况下,直流储能电源系统包括了充电装置、蓄电池组、电池巡检和馈线四个模块。对于 220V 直流供电系统,需要串联 108 个单体电池或者 18 节 12V 电池。串联系统在使用过程中存在如下几个方面的问题:(1)电池充放电不均衡 对于直流储能电池,每个电池的容量不同,即便是同一个厂家同一个批次和规格电池的容量也呈现出一定的差异。充电时按照电阻组的电压平均值进行控制,对于容量较小的电池会先充满电,容
4、量大的则需要继续充电。长期这样下去就必然存在电池欠充或者过充的问题,降低直流电池的寿命。(2)电池单体一致性差 串联电池组中一个单体电池出现故障或者问题,很难找到跟其完全相同的电池,致使整个电池组无法正常运转。一方面,会降低电池组的互换性,给采购和维修人员带来较大的难度。另一方面,会增加电池组的运行成本,带来资源的浪费。(3)在线核容和更换无法实现 直流储能电源系统中的电池组巡检装置只能够完成对单个电池端电压的在线监测,整个电池组的电压监测只能够通过离线监测。离线监测所需要花费的时间、人力和精力较大,给电池组容量的核算带来了较大的困难。总之,串联电池组在电力系统应用中还存在很多问题,影响了其应
5、用范围。2 直流储能电源系统电池组并联供电系统 对于大容量电池系统,常将多个单体电池并联。但是随着并联电池数量的增加,其运行稳定性不断下降。再加上电池储能系统中使用的器件并非理想元器件,呈现出非常复杂的阻抗关系。与电网连接后,还会产生一定的耦合,导致系统中出现持续谐振。如果设置的控制策略不能够抑制谐振问题,输出电流中会产生较多的谐波含量,无法满足并网要求。并联供电系统是采用并联方法将N个电源模块连接成一个整体,每个电源模块都配置了相应的 12V 蓄电池组。当配电网正常运行状态下,直流系统直接由 220VDC 供电,并且完成对电池组的充电。一旦配电网运行出现故障,交流电供应异常,系统中的直流电源
6、模块会将存储的中国科技期刊数据库 工业 A-172-电压通过 DC/DC 升压模块直接转换成配电网所需要的220VDC 直流电,确保整个配电网系统的正常运行。电源模块可完成对系统中 12V 电池模块充放电的自动管理和在线核容,无需人工干涉。所有电源模块输出的电流都要通过均流控制器,对电流信号进行处理后并联输出,达到系统对输出电流功率大小的要求。另外,系统运行过程中任何一个电池模块出现故障,可独立退出进行更换,不会影响系统中的其它模块,满足电池在线更换的要求。用户还可通过 RS485 接口连接的触摸屏完成对电池充放电相关参数的调整和控制命令的下发。另外,并联电池组拓扑结构复杂,各并联模块之间存在
7、一定的环流均流问题,降低并联电池组运行的稳定性。跟传统串联方法相比,并联系统具有如下几个方面的优势:(1)提高电池的使用寿命 通过对变电站运行数据的分析,串联方法得到的蓄电池组的寿命低于单体电池的寿命。要想提高串联电池组的寿命,需要为每个单体电池配备独立的充放电管理单元,不可避免的会增加其运行和维护成本。而并联电池组选择 12V 蓄电池,将充放电管理集成在单体电池中,有效确保了并联后单体电池充放电的一致性,降低了传统铅酸电池失水和硫酸盐化的弊端,解决了电池性能丧失的弊端。(2)提高了电池运营经济性 传统串联电池组为了确保其一致性,需要由专人对电池进行充电和放电。但是,由于电池组中电池的差异性,
8、即便是专人利用专业设备进行充放电,也会出现充放电深度不够的情况,导致电池组的维护成本较高。采用并联的电池组,可利用专门的软件对其充放电量进行运算,从而获取当前电池的真实容量。一旦发现单个电池出现过压或者欠压的情况,系统会自动对齐进行充电或者发电操作,并且将相关信息传送到上位机,达到对电池充放电的智能化和无人化管理,降低其运行维护成本。当某一节电池出现运行故障,用户只需要更换该节电池,其它电池仍可正常使用,提高了电池资源的利用率,降低运维成本。(3)提高电池运行可靠性 并联电池组能够实现单体电池的在线更换,有效确保了电池组输出电流的连续性。但是,传统串联电池组只能够离线更换,无法保证供电的持续性
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