5.2 储能单元

图1 仅含AC/DC环节的功率变换系统拓扑结构

图2 仅含AC/DC环节共交流侧的功率变换系统拓扑结构

    (2) 两级变换拓扑型。
    两级变换拓扑型，含AC/DC和DC/DC环节的双极式功率变换系统，如图3所示。双向DC/DC环节主要是进行升、降压变换，提供稳定的直流电压。此种拓扑结构的功率变换系统适应性强，由于DC/DC环节实现直流电压的升降，使容量配置更加灵活，适用于配合间歇性、波动性较强的分布式电源接入，抑制其直接并网可能带来的电压波动。但由于DC/DC环节的存在，使得功率变换系统效率降低。

图3 含AC/DC和DC/DC环节的功率变换系统拓扑结构

    为了扩容方便，双极式功率变换系统可扩展为含AC/DC和DC/DC环节的共直流侧或共交流侧的拓扑结构，如图4和图5所示。

图4 含AC/DC和DC/DC环节共直流侧的功率变换系统拓扑结构

图5 含AC/DC和DC/DC环节共交流侧的功率变换系统拓扑结构

    (3) H桥链式拓扑型。
    H桥链式功率变换系统，如图6和图7所示。采用多个功率模块串联的方法来实现高压输出，需要实现高压时，只需简单增加功率模块数即可，避免电池的过多串联；每个功率模块的结构相同，容易进行模块化设计和封装；每个功率模块都是分离的直流电源，之间彼此独立，对一个单元的控制不会影响其他单元。
 

图6 H桥链式功率变换系统(Y型接法)

    一级变换拓扑、两级变换拓扑结构的功率变换系统一般适用于储能单元容量不大于1MW的场合；当储能单元能量较高时，为避免多电池组的并联，可采用两级变换拓扑结构。
    H桥链式拓扑结构的功率变换系统一般适用于储能单元容量大于1MW的场合。对于35kV及以下电压等级且不考虑三相不平衡的调节，H桥链式拓扑结构可采用Y型接法。对于更高电压等级或低电压等级需考虑三相不平衡调节，H桥链式拓扑结构可采用角型接法。
    具体工程设计可根据工程实际情况、储能单元的容量、能量、电池类型和生产制造水平、对功率变换系统的性能要求综合考虑功率变换系统的拓扑。

图7 H桥链式功率变换系统(角型接法)

    电池组接于功率变换系统的直流侧，电池组的容量、能量应满足公式(3)、公式(4)的要求。

     式中：U_r——电池单体(或模块)电压(V)；
                C——电池单体(或模块)容量(Ah)；
                 n_p——电池组等效并联电池单体(或模块)数量；
                 n_s——电池组等效串联电池单体(或模块)数量；
                 K_cd——容量折算系数(1/h)；
                K_D——电池充(放)电深度；
                K_kP——容量裕度，一般取1.00～1.15，具体工程设计时应根据电池的特性和生产制造水平等来确定；
                 K_kE——能量裕度，一般取1.00～1.15，具体工程设计时应根据电池的特性和生产制造水平等来确定；
                 P——储能单元容量要求(W)；
                 E——储能单元能量要求(Wh)。
    对于电池并联，存在由于并联支路间性能(电压、内阻、能量等)的差异导致环流的存在，影响系统的安全、可靠运行，所以设计时尽量避免电池的并联，采用合适的PCS拓扑，控制电池并联个数，一般不大于2。
5.2.5 储能单元设计时为使电池组各回路能够可靠、独立的投运和退出、能够配合电池管理系统保证电池的安全、可靠运行，各回路可考虑设置可控接触器、直流断路器等开断、保护设备。
5.2.6 电池的性能影响电池裕度的选择。基于电池的性能，应适当考虑裕度。电池的寿命特性(寿命的倍率特性、温度特性、充放电深度特性等)、充放电特性(充放电的倍率特性、充放电深度特性、充放电的对称性、功率特性、能量特性等)等影响电池性能的发挥。电池工作在不同的工作区间，性能差异很大。所以，在进行电池裕度的选择时，应充分考虑影响电池性能发挥的因素。
    另外，目前电化学电池价格昂贵，是决定电化学储能电站投资的主导因素，所以电池裕度配置极大地影响了电化学储能电站的造价，为了控制投资，电池裕度配置还应充分考虑经济性。