CN105529746A

CN105529746A - 一种柔性配电系统

Info

Publication number: CN105529746A
Application number: CN201410506085.0A
Authority: CN
Inventors: 丁麒钢; 倪同
Original assignee: Emerson Network Power Co Ltd
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2014-09-28
Filing date: 2014-09-28
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2034-09-28
Also published as: CN105529746B

Abstract

本发明涉及一种柔性配电系统，包括发电机组以及由所述发电机组供电的第一负载群和第二负载群，所述柔性配电系统还包括为第二负载群中每个负载对应配置的AC/DC模块和储能模块；所述柔性配电系统还包括控制模块，用于在判断发电机组的总输出功率达到预设功率时，控制第二负载群中AC/DC模块与储能模块联合为负载供电，以控制发电机组的总输出功率不高于额定功率；并在判断发电机组的总输出功率低于预设功率时，增大第二负载群的输入功率，控制AC/DC模块为对应的负载供电并向储能模块储存能量。本发明实现了发电机组的低容量配置，提高了发电机组的利用率。

Description

一种柔性配电系统

技术领域

本发明涉及供电技术，更具体地说，涉及一种柔性配电系统。

背景技术

传统的配电系统如机房配电系统为了保证系统的可靠性，一般有多路输入电源。发电机如柴油发电机一般是必备的选择，但是柴油发电机的体积大，投入高。在配置柴油发电机时，除了考虑柴油发电机与负载的功率因数的配合，还需要考虑到所有负载均为工作状态的最大可能负载，而大部分时候各负载都不是工作在最大功率状态，实际上造成了柴油发电机的配置远大于输出平均功率的需求，造成场地、资金的浪费。

如图1所示，为目前机房配电系统中发电机组与负载的连接图。其中，发电机组10可以为柴油发电机组，用于向与其输出端连接的n个负载供电，如第一负载20-1、第二负载20-2……至第n负载20-n。该n个负载可以为交流负载。在配置发电机组10的功率时，一方面按照典型的发电机组设计应将发电机组10的容量配置为负载额定总容量的一定倍数，另一方面还需要考虑n个负载同时以最大功率工作的工况，以保证系统可靠安全的供电。但是大部分时候，系统并没有以最大的功率工作，发电机组10一直工作在非常轻的负荷下，造成了资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有配电系统的发电机组容量配置较大造成资源浪费的缺陷，提供一种柔性配电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种柔性配电系统，包括发电机组以及由所述发电机组供电的多个负载；所述多个负载包括第一负载群和第二负载群，所述柔性配电系统还包括为所述第二负载群中每个负载对应配置的AC/DC模块和储能模块，所述AC/DC模块用于将所述发电机组输出的交流电转换为直流电；

所述柔性配电系统还包括控制模块，用于在判断所述发电机组的总输出功率达到预设功率时，控制所述第二负载群中AC/DC模块与所述储能模块联合为对应的负载供电，以控制所述发电机组的总输出功率不高于额定功率；并在判断所述发电机组的总输出功率低于所述预设功率时，增大所述第二负载群的输入功率，控制所述AC/DC模块在向对应的负载供电的同时为所述储能模块储存能量。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述控制模块通过检测所述发电机组的总输出电流对所述发电机组的输出功率进行判断，在所述总输出电流达到预设电流时判断所述发电机组的输出功率达到预设功率，在所述总输出电流小于所述预设电流时判断所述发电机组的输出功率低于预设功率。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述储能模块为蓄电池。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述第二负载群中负载为不间断电源及与之连接的刚性用电设备。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述不间断电源具有主路输入端、旁路输入端和直流输入端。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述不间断电源的旁路输入端通过第一开关与所述发电机组的输出端耦合。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述柔性配电系统还包括市电网络，所述不间断电源的主路输入端通过第二开关与所述市电网络的输出端耦合。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述主路输入端为三相、双相或单相系统；所述旁路输入端为三相、双相或单相系统。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述蓄电池与对应的AC/DC模块耦合进行充放电；或者所述蓄电池与对应的AC/DC模块的输出母线耦合进行充放电。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述蓄电池与所述AC/DC模块耦合进行充放电，且所述蓄电池与所述不间断电源耦合进行充放电。

在根据本发明所述的柔性配电系统中，所述发电机组为柴油发电机组或者汽油发电机组。

实施本发明的柔性配电系统，具有以下有益效果：本发明通过为第二负载群配置AC/DC模块和储能模块将负载转换为柔性负载，通过调节柔性负载的输入功率大小来控制发电机组的总输出功率平衡，从而实现发电机组的低容量配置，提高了发电机组的利用率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为目前机房配电系统中发电机组与负载的连接图；

图2为根据本发明的柔性配电系统的第一实施例的模块框图；

图3为根据本发明的柔性配电系统的第二实施例的模块框图；

图4为根据本发明的柔性配电系统的第三实施例的模块框图；

图5为根据本发明的柔性配电系统的第四实施例的模块框图；

图6为根据本发明的柔性配电系统的第五实施例的模块框图；

图7为根据本发明的柔性配电系统的第六实施例的模块框图；

图8为根据本发明的柔性配电系统的第七实施例的模块框图；

图9为根据本发明的柔性配电系统的第八实施例的模块框图；

图10为根据本发明的柔性配电系统的第九实施例的模块框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图2，为根据本发明的柔性配电系统的第一实施例的模块框图。如图2所示，该柔性配电系统包括发电机组10，以及由发电机组10供电的多个负载，如图2中第一负载20-1至第m+n负载20-m+n。其中，发电机组10可以为柴油发电机组或者汽油发电机组。本发明将该多个负载分为第一负载群和第二负载群，如图2中第一负载群的负载数量为n个，包括第m+1负载20-m+1、第m+2负载20-m+2、……、第m+n负载20-m+n；第二负载群的负载数量为m个，包括第一负载20-1、第二负载20-2、……、第m负载20-m。

本发明的柔性配电系统还包括为第二负载群中每个负载对应配置的AC/DC模块和储能模块。如为第一负载20-1配置的第一AC/DC模块30-1和第一储能模块40-1，为第二负载20-2配置的第二AC/DC模块30-2和第二储能模块40-2，……，为第m储能模块40-m配置的第mAC/DC模块30-m和第m储能模块40-m。其中，AC/DC模块用于将发电机组10输出的交流电转换为直流电。这些AC/DC模块在发电机组10启动后，根据预设条件启动。

本发明的柔性配电系统还包括控制模块(图中未示出)，用于在系统运行期间，检测发电机组的总输出功率，在判断发电机组10的总输出功率达到预设功率时，控制第二负载群中AC/DC模块与储能模块联合为对应的负载供电，以控制发电机组的总输出功率不高于额定功率。该控制模块还在判断发电机组10的总输出功率低于预设功率时，增大第二负载群的输入功率，控制AC/DC模块在向对应的负载供电的同时为储能模块储存能量。控制模块在增大第二负载群的输入功率的同时，也应该同时保障发电机组10的总输出功率不高于额定功率。在本发明的优选实施例中，前述预设功率可以设置为发电机组10的额定功率的70％-100％。

在本发明的优选实施例中，控制模块可以通过检测发电机组10的总输出电流对发电机组10的输出功率进行判断。如图2中设发电机组10的输出端即A点的总输出电流为I_A，第一负载群的总输入电流即C点电流为I_C，第二负载群的总输入电流即B点电流为I_B，可得电流公式如下：I_A＝I_B+I_C。当第一负载群中有更多的负载投入使用或者负载需求功率增大时，第一负载群的总输入电流I_C增大，发电机组10的总输出电流I_A也随之增大。控制模块检测到发电机组10的总输出电流I_A达到预设电流时可以判断发电机组10的输出功率达到预设功率。此时，控制模块可以发送信号给各个储能模块切换至放电状态，如第一储能模块40-1至第m储能模块40-m分别向与之连接的负载供电。由于此时各个储能模块与AC/DC模块联合向各自的负载供电，控制模块可以通过控制各个AC/DC模块使第二负载群的总输入电流I_B降低，达到降低发电机组10的总输出电流I_A的目的，进而使得发电机组10的总输出功率不高于额定功率。

对应地，控制模块在检测到总输出电流I_A小于前述预设电流时判断发电机组10的输出功率低于预设功率。控制模块可以发送信号给各个储能模块切换至充电状态，并通过控制各个AC/DC模块使第二负载群的总输入电流I_B增大，使得各个AC/DC模块在向各自的负载供电的同时向储能模块充电。如第一AC/DC模块30-1在向第一负载20-1供电的同时向第一储能模块40-1充电。控制模块在增大第二负载群的总输入电流I_B时，也应该同时保障发电机组10的总输出电流I_A不高于前述预设电流以使总输出功率不高于额定功率。

在本发明的优选实施例中，在判断发电机组10的总输出功率达到预设功率时，可以根据需要控制第二负载群中一组或多组AC/DC模块与储能模块联合为对应的负载供电。在判断发电机组10的总输出功率低于预设功率时，也可以根据需要调节一组或多组AC/DC模块在向对应的负载供电的同时为储能模块储存能量。

本发明通过上述方案提供了一种柔性的配电系统，将一部分普通负载变换为柔性负载。如本发明中第一负载群为普通刚性负载，即输入功率不可调的负载；第二负载群通过配置AC/DC模块和储能模块转换为柔性负载。该柔性负载是指可以调节输入电流大小的负载。当负载功率不变或增大，而要求输入功率降低时，柔性负载内部可以通过储能模块补偿能量差值。当输入能量可以满足时，对储能模块进行能量补充。

当第一负载群中的n个负载发生负载突增时，可以立即降低柔性负载即第二负载群中的功率输入，以维持总输出电流，使得第一负载群和第二负载群的总输入功率不超过发电机组10的额定功率。柔性负载通过自身的储能模块供电维持，当第一负载群的刚性负载的输入功率降低时，则通过增加柔性负载的输入电流的方式，一方面给后级负载提供电源，同时给柔性负载内部的储能模块补充能量。这样就有效的达到了“削峰填谷”的效果，从而实现发电机组10的低容量配置，提高了发电机组10的利用率。典型的情况是比如第一负载群中的负载为空调设备时，由于空调运行时温度的不同或者温度场变化后，压缩机的工作功率是不同的，差别可达20％以上。若在空调最大功率运转时，将柔性负载的输入功率调低20％，就可以实现发电机组10的总输出功率不变，降低发电机组10的额定功率配置。值得提醒的是在配置发电机组10时，需要考虑发电机组10的输出功率能力要略大于系统的平均功率，保持能量守恒。

在本发明的一些优选实施例中，柔性配电系统的储能模块为蓄电池。该储能模块也可以为其它能够储存能量和释放能量的装置。在本发明的另一些优选实施例中，第二负载群中的负载可以为交直流双电源用电设备。该交直流双电源用电设备可以任何采用交流和直流双电源输入供电的装置。请参阅图3，为根据本发明的柔性配电系统的第二实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，AC/DC模块连接的储能模块为蓄电池，如图3中第一蓄电池41-1、第二蓄电池41-2、……、第m蓄电池41-m。第二负载群中的负载为交直流双电源用电设备，如第一交直流双电源用电设备21-1、第二交直流双电源用电设备21-2、……、第m交直流双电源用电设备21-m。

请参阅图4，为根据本发明的柔性配电系统的第三实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，第二负载群中的负载为不间断电源及与之连接的刚性用电设备。如图4中与蓄电池连接的不间断电源分别为第一不间断电源22-1、第二不间断电源22-2、……、第m不间断电源22-m。不间断电源后级连接相应的刚性用电设备，如第一刚性用电设备23-1、第二刚性用电设备23-2、……、第m刚性用电设备23-m。该刚性用电设备是指输入功率为刚性需求，不可调。该刚性用电设备可以为各种不含储能环节的交直流负载，例如数据机房中服务器等IT关键设备。

由于不间断电源一般具有主路输入端、旁路输入端和直流输入端。该主路输入端可以为三相、双相或单相系统。该旁路输入端也可以为三相、双相或单相系统。优先由主路输入端供电。在主路电源异常时，不间断电源通过直流输入端供电，而旁路输入端是在主路输入端和直流输入端均掉电或异常时输入作为备用电源使用。在本发明中，可以将不间断电源的直流输入端与AC/DC模块连接，提供直流电源。

请参阅图5，为根据本发明的柔性配电系统的第四实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，不间断电源的旁路输入端通过第一开关K1与发电机组10的输出端耦合。如图5中，第一不间断电源22-1至第m不间断电源22-m的旁路输入端均通过第一开关K1连接至发电机组10的输出端。而第一不间断电源22-1至第m不间断电源22-m可以通过主路输入端或者通过直流输入端与对应的AC/DC模块连接。因此，当AC/DC模块输出异常或者直流输入端内部的逆变模块异常时，可以将发电机组10接入旁路输入端作为备用电源使用。需要说明地是，该第一开关K1可以为单相开关、双相开关或者三相开关。

请参阅图6，为根据本发明的柔性配电系统的第五实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，还包括市电网络50，不间断电源的主路输入端通过第二开关K2与市电网络50的输出端耦合。如图6中，第一不间断电源22-1至第m不间断电源22-m的主路输入端均通过第二开关K2连接至市电网络50的输出端。此时，第一不间断电源22-1至第m不间断电源22-m可以通过直流输入端或者旁路输入端与对应的AC/DC模块连接。因此，当市电网络50异常时，可以启动发电机组10，并将发电机组10通过AC/DC模块接入直流输入端供电。再通过控制第二负载群的输入功率调节发电机组10的总功率维持在一定的水平，保证发电机组10的有效利用和低容量配置。需要说明地是，该第二开关K2可以为单相开关、双相开关或者三相开关。

请参阅图7，为根据本发明的柔性配电系统的第六实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，不间断电源的主路输入端通过第二开关K1与市电网络50的输出端耦合，不间断电源的直流输入端与各自的AC/DC模块连接，不间断电源的旁路输入端通过第一开关K1与发电机组10的输出端耦合。因此，当市电网络50异常时，可以启动发电机组10，并将发电机组10通过AC/DC模块接入直流输入端供电。当AC/DC模块输出异常或者直流输入端内部的逆变模块异常时，可以将发电机组10直接接入旁路输入端作为备用电源使用。

本发明的柔性配电系统中，蓄电池可以有多种耦合方式。请参阅图8，为根据本发明的柔性配电系统的第七实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，蓄电池与对应的AC/DC模块耦合进行充放电。请参阅图9，为根据本发明的柔性配电系统的第八实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，蓄电池与对应的AC/DC模块的输出母线耦合进行充放电。请参阅图10，为根据本发明的柔性配电系统的第九实施例的模块框图。在该实施例的柔性配电系统中，蓄电池与AC/DC模块耦合进行充放电，同时蓄电池也可以与不间断电源耦合进行充放电。具体地，本发明可以通过控制AC/DC模块的输入电流和与之连接的负载的输入电流来控制蓄电池的充放电模式。当AC/DC模块的输入电流负载的输入电流时，蓄电池进入充电模式，当AC/DC模块的输入电流小于负载的输入电流时，蓄电池进入放电模式。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims

1.一种柔性配电系统，其特征在于，所述柔性配电系统包括发电机组以及由所述发电机组供电的多个负载；所述多个负载包括第一负载群和第二负载群，所述柔性配电系统还包括为所述第二负载群中每个负载对应配置的AC/DC模块和储能模块，所述AC/DC模块用于将所述发电机组输出的交流电转换为直流电；

2.根据权利要求1所述的柔性配电系统，其特征在于，所述控制模块通过检测所述发电机组的总输出电流对所述发电机组的输出功率进行判断，在所述总输出电流达到预设电流时判断所述发电机组的输出功率达到预设功率，在所述总输出电流小于所述预设电流时判断所述发电机组的输出功率低于预设功率。

3.根据权利要求1所述的柔性配电系统，其特征在于，所述储能模块为蓄电池。

4.根据权利要求3所述的柔性配电系统，其特征在于，所述第二负载群中负载为不间断电源及与之连接的刚性用电设备。

5.根据权利要求4所述的柔性配电系统，其特征在于，所述不间断电源具有主路输入端、旁路输入端和直流输入端。

6.根据权利要求5所述的柔性配电系统，其特征在于，所述不间断电源的旁路输入端通过第一开关与所述发电机组的输出端耦合。

7.根据权利要求5或6所述的柔性配电系统，其特征在于，所述柔性配电系统还包括市电网络，所述不间断电源的主路输入端通过第二开关与所述市电网络的输出端耦合。

8.根据权利要求5所述的柔性配电系统，其特征在于，其特征在于，所述主路输入端为三相、双相或单相系统；所述旁路输入端为三相、双相或单相系统。

9.根据权利要求4所述的柔性配电系统，其特征在于，所述蓄电池与对应的AC/DC模块耦合进行充放电；或者所述蓄电池与对应的AC/DC模块的输出母线耦合进行充放电。

10.根据权利要求4所述的柔性配电系统，其特征在于，所述蓄电池与所述AC/DC模块耦合进行充放电，且所述蓄电池与所述不间断电源耦合进行充放电。

11.根据权利要求1所述的柔性配电系统，其特征在于，所述发电机组为柴油发电机组或者汽油发电机组。