CN107294195B - 基于电池储能系统的在线应急保供电装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置及其控制方法，本发明通过两套双向变流器的多场景运行模式和配电开关切换的灵活配合，在单回路串联接入、单回路并联接入和双回路并联接入场景下，对处于异常运行状态双向变流器的隔离，自动切换至冗余方案，实现可靠、灵活的保供电服务。
Description
技术领域
本发明属于应急保供电领域，具体涉及一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置及其控制方法。
背景技术
随着现代社会对电力能源的依赖性日益增强，用电需求的迅猛增长，供电质量要求越来越高，突然的断电必然会给人们的正常生活秩序和社会的正常运转造成破坏，特别是对于一级负荷中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的政治影响或经济损失。
目前多采用柴油发电设备作为备用电源，但柴油发电设备启动时间长需5~ 30s，供电电压、频率波动大、效率低，只能在离网状态下做主电源运行，无法做到无缝切换。对于飞轮储能结合柴油发电车的在线保供电方案，飞轮储能系统需要单独配置，成熟商用化的飞轮储能系统基本产自国外厂家。飞轮储能系统为功率型系统必须与柴油发电设备配合使用，否则大都仅能提供分钟级以内的短暂应急支撑。
采用基于电池储能的在线保供电方案启动时间短，为毫秒级，能够实现并/离网两种运行模式的无缝切换，通过对在线供电装置的进行模块化扩展，应急支撑能力可达小时级别以上，能为重要用户提供足够的应急响应时间，可替代飞轮储能结合柴油发电车的在线保供电方案。
基于飞轮储能在线保供电方案的两套变流器的功能无法灵活互换，基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置也采用两套变流器，功能可互换，因此可实现比基于飞轮储能在线保供电方案更为灵活的可靠性冗余策略。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置及其控制方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其包括双向变流器#1、双向变流器#2、储能系统及开关K0-K10；第一配电网经与开关K0一端电性连接；开关K0另一端与开关K1一端电性连接；开关K1另一端分别与开关K2一端、开关K5一端、开关K6一端电性连接；开关K6另一端与双向变流器#1一端电性连接；所述双向变流器#1另一端分别与双向变流器#2一端、开关K4一端电性连接；开关K4另一端与储能系统一端电性连接；双向变流器#2另一端与开关K7一端电性连接；开关K7另一端分别与开关K2另一端、开关K3一端、开关K 9一端电性连接；开关9另一端分别与开关K5另一端、开关K10一端电性连接；开关K10另一端发电机电性连接；开关K3另一端与开关K8一端电性连接；开关K8另一端与重要负荷#1或第二配电网电性连接；开关K1、开关K2、开关K3、开关K5、开关K6、开关K7分别与储能系统通信连接；双向变流器#1、双向变流器#2分别通过CAN与储能系统连接。
本发明还提供一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1退出运行，跳开开关K6，闭合开关K2，双向变流器#2切换至单回路并联接入保供电工作模式，通过配电网为重要负荷供电；S2：如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2退出运行，跳开K7，闭合开关K2，双向变流器#1切换至单回路并联接入保供电工作模式，通过配电网为重要负荷供电；S3：如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K4、K6、K7，闭合开关K2，此时通过配电网为重要负荷供电；如果电源进线出现电压质量异常，跳开开关K0、K1，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；如果开关K2无法闭合，跳开开关K0、K1，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。
与现有技术相比，通过两套双向变流器的多场景运行模式和配电开关切换的灵活配合，在单回路串联接入、单回路并联接入和双回路并联接入场景下，隔离处于异常运行状态双向变流器，自动切换至冗余方案，实现可靠、灵活的保供电服务。
附图说明
图1为本发明基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置的系统结构图。
图2为本发明一实施例中双向变流器#1单回路并联接入保供电工作模式示意图。
图3 为本发明一实施例中双向变流器#2单回路并联接入保供电工作模式示意图。
图4 为本发明一实施例双向变流器#1和双向变流器#2双回路并联接入保供电工作模式示意图。
图5为单回路串联接入的可靠性冗余控制方法流程示意图。
图6为单回路并联接入的可靠性冗余控制方法流程示意图。
图7为双回路并联接入的可靠性冗余控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
参见图1-图4，本发明提供一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其包括双向变流器#1、双向变流器#2、储能系统及开关K0-K10；配电网#1经与开关K0一端电性连接；开关K0另一端与开关K1一端电性连接；开关K1另一端分别与开关K2一端、开关K5一端、开关K6一端电性连接；开关K6另一端与双向变流器#1一端电性连接；所述双向变流器#1另一端分别与双向变流器#2一端、开关K4一端电性连接；开关K4另一端与储能系统一端电性连接；双向变流器#2另一端与开关K7一端电性连接；开关K7另一端分别与开关K2另一端、开关K3一端、开关K 9一端电性连接；开关9另一端分别与开关K5另一端、开关K10一端电性连接；开关K10另一端发电机电性连接；开关K3另一端与开关K8一端电性连接；开关K8另一端与重要负荷#1或第二配电网电性连接；开关K1、开关K2、开关K3、开关K5、开关K6、开关K7分别与储能系统通信连接；双向变流器#1、双向变流器#2分别通过CAN与储能系统连接。
还包括监控终端；所述监控终端分别与开关K1、开关K2、开关K5、开关K6通信连接；所述储能系统与监控终端通过CAN连接。
进一步的，还包括开关K11；开关K11一端与开关K0另一端电性连接；开关K11另一端与重要负荷#1电性连接。
进一步的，还包括开关K12；开关K12一端与开关K8一端电性连接；开关K12另一端与重要负荷#2电性连接。
本发明基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置包含两套双向变流器，在图1中分别为双向变流器#1和双向变流器#2，对外接口左右对称，K0和K8均可作为并网接口开关或者负荷侧出线开关。装置具备单回路串联接入、单回路并联接入和双回路并联接入在线保供电三种工作模式，单回路串联接入工作模式如图1所示，单回路并联接入和双回路并联接入工作模式具体如图2至图4所示。
在图1中，单回路串联接入的可靠性冗余控制方法主要流程图参见图5，具体步骤如下：
①如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1退出运行，跳开K6，闭合开关K2，双向变流器#2切换至单回路并联接入保供电工作模式，此时通过配电网为重要负荷供电，基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置转换至单回路并联接入保供电工作模式。
②如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2退出运行，跳开K7，闭合开关K2，双向变流器#1切换至单回路并联接入保供电工作模式，此时通过配电网为重要负荷供电，基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置转换至单回路并联接入保供电工作模式；
③如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K4、K6、K7，闭合开关K2，此时通过配电网为重要负荷供电；此后，如果电源进线出现电压质量异常，跳开开关K0、K1，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。如果开关K2无法闭合，跳开开关K0、K1，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。
2、在图2中，单回路并联接入的可靠性冗余控制主要流程示意图参见图6，具体步骤如下：
①如果双向变流器#1工作于单回路并联接入保供电模式，出现工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1退出运行，跳开开关K6，闭合开关K2、K7，双向变流器#2切换至单回路并联接入保供电工作模式，此时配电网照常为重要负荷供电，基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置仍工作于单回路并联接入保供电工作模式；
②如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，跳开开关K4、K6、K7，两套双向变流器均退出运行，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务，此后，如果双向变流器#1对应的电源进线出现电压质量异常，跳开开关K0，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。
3、在图3中，单回路并联接入的可靠性冗余策略如下：
①如果双向变流器#2工作于单回路并联接入保供电模式，出现工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2退出运行，跳开开关K7，闭合开关K2、K6，双向变流器#1切换至单回路并联接入保供电工作模式，此时配电网照常为重要负荷供电，基于电池储能系统的背靠背结构在线应急保供电装置仍工作于单回路并联接入保供电工作模式；
②如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，跳开开关K4、K6、K7，两套双向变流器均退出运行，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务，此后，如果双向变流器#2对应的电源进线出现电压质量异常，跳开开关K8，闭合开关K5、K9，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。
4、在图4中，双回路并联接入的可靠性冗余控制方法主要流程图参见图7，具体步骤如下：
①如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1停止工作，跳开开关K6，双向变流器#1退出运行；此后，如果双向变流器#1对应的电源进线出现电压质量异常，双向变流器#2对应的电源进线出现电压质量正常，系统容量允许转供，跳开开关K0，闭合开关K2，将重要负荷#1转由电源进线#2供电，此时基于电池储能装置的背靠背结构在线保供电装置为重要负荷#1和重要负荷#2提供应急保供电服务；
②如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1停止工作，跳开开关K6，双向变流器#1退出运行；此后，如果双向变流器#1对应的电源进线出现电压质量异常，双向变流器#2对应的电源进线出现电压质量正常，但系统容量不允许转供，跳开开关K0，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷#1提供应急保供电服务；
③如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2停止工作，跳开开关K7，双向变流器#2退出运行；此后，如果双向变流器#2对应的电源进线出现电压质量异常，双向变流器#1对应的电源进线出现电压质量正常，系统容量允许转供，跳开开关K8，闭合开关K2，将重要负荷#2转由电源进线#1供电，此时基于电池储能装置的背靠背结构在线保供电装置为重要负荷#1和重要负荷#2提供应急保供电服务；
④如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2停止工作，跳开开关K7，双向变流器#2退出运行；此后，如果双向变流器#2对应的电源进线出现电压质量异常，双向变流器#1对应的电源进线出现电压质量正常，但系统容量不允许转供，跳开开关K8，闭合开关K9、K10，启动柴油发电设备为重要负荷#2提供应急保供电服务；
⑤如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K6、K7，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；此后，如果其中一回电源进线出现电压质量异常，系统容量不允许转供，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；
⑥如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K6、K7，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；此后，如果两回电源进线出现电压质量异常，跳开并网接口开关，闭合开关K5、K9、K10，启动柴油发电设备为重要负荷#1和重要负荷#2供电。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其特征在于：包括双向变流器#1、双向变流器#2、储能系统及开关K0-K10；
第一配电网与开关K0一端电性连接；开关K0另一端与开关K1一端电性连接；开关K1另一端分别与开关K2一端、开关K5一端、开关K6一端电性连接；开关K6另一端与双向变流器#1一端电性连接；所述双向变流器#1另一端分别与双向变流器#2一端、开关K4一端电性连接；开关K4另一端与储能系统一端电性连接；双向变流器#2另一端与开关K7一端电性连接；开关K7另一端分别与开关K2另一端、开关K3一端、开关K 9一端电性连接；开关9另一端分别与开关K5另一端、开关K10一端电性连接；开关K10另一端与柴油发电设备电性连接；开关K3另一端与开关K8一端电性连接；开关K8另一端与重要负荷#1或第二配电网电性连接；
开关K1、开关K2、开关K3、开关K5、开关K6、开关K7分别与储能系统通信连接；
双向变流器#1、双向变流器#2分别通过CAN与储能系统连接；
所述装置的单回路串联接入的可靠性冗余控制方法包括以下步骤：
S1：如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1退出运行，跳开开关K6，闭合开关K2，双向变流器#2切换至单回路并联接入保供电工作模式，通过第一配电网为重要负荷供电；
S2：如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2退出运行，跳开K7，闭合开关K2，双向变流器#1切换至单回路并联接入保供电工作模式，通过第一配电网为重要负荷供电；
S3：如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K4、K6、K7，闭合开关K2，此时通过第一配电网为重要负荷供电；如果电源进线出现电压质量异常，跳开开关K0、K1，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；如果开关K2无法闭合，跳开开关K0、K1，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。
2.根据权利要求1所述的基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其特征在于：还包括监控终端；所述监控终端分别与开关K1、开关K2、开关K5、开关K6通信连接；所述储能系统与监控终端通过CAN连接。
3.根据权利要求1所述的基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其特征在于：还包括开关K11；开关K11一端与开关K0另一端电性连接；开关K11另一端与重要负荷#1电性连接。
4.根据权利要求1所述的基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其特征在于：还包括开关K12；开关K12一端与开关K8一端电性连接；开关K12另一端与重要负荷#2电性连接。
5.根据权利要求1所述的基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其特征在于：一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置的单回路并联接入的可靠性冗余控制包括以下步骤：
S4：如果双向变流器#1工作于单回路并联接入保供电模式，出现工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1退出运行，跳开开关K6，闭合开关K2、K7，双向变流器#2切换至单回路并联接入保供电工作模式，此时第一配电网照常为重要负荷供电；
S5：如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，跳开开关K4、K6、K7，两套双向变流器均退出运行，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；此后，如果双向变流器#1对应的电源进线出现电压质量异常，跳开开关K0，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务。
6.根据权利要求1所述的基于电池储能系统的在线应急保供电装置，其特征在于：双回路并联接入时，双向变流器#1与电源进线#1和重要负荷#1连通；双向变流器#2与电源进线#2和重要负荷#2连通；双向变流器#1经直流母线连通双向变流器#2；
双回路并联接入的可靠性冗余控制方法包括以下步骤：
S8：如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1停止工作，跳开开关K6，双向变流器#1退出运行；此后，如果双向变流器#1对应的电源进线电压质量异常，双向变流器#2对应的电源进线电压质量正常，系统容量允许转供，跳开开关K0，闭合开关K2，将重要负荷#1转由电源进线#2供电；
S9：如果双向变流器#1工作状态异常，但双向变流器#2工作状态正常，双向变流器#1停止工作，跳开开关K6，双向变流器#1退出运行；此后，如果双向变流器#1对应的电源进线电压质量异常，双向变流器#2对应的电源进线电压质量正常，但系统容量不允许转供，跳开开关K0，闭合开关K5、K10，启动柴油发电设备为重要负荷#1提供应急保供电服务；
S10:如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2停止工作，跳开开关K7，双向变流器#2退出运行；此后，如果双向变流器#2对应的电源进线电压质量异常，双向变流器#1对应的电源进线电压质量正常，系统容量允许转供，跳开开关K8，闭合开关K2，将重要负荷#2转由电源进线#1供电，此时基于电池储能装置的背靠背结构在线保供电装置为重要负荷#1和重要负荷#2提供应急保供电服务；
S11：如果双向变流器#2工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2停止工作，跳开开关K7，双向变流器#2退出运行；此后，如果双向变流器#2对应的电源进线电压质量异常，双向变流器#1对应的电源进线电压质量正常，但系统容量不允许转供，跳开开关K8，闭合开关K9、K10，启动柴油发电设备为重要负荷#2提供应急保供电服务；
S12：如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K6、K7，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；此后，如果其中一回电源进线出现电压质量异常，系统容量不允许转供，启动柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；
S13：如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，两套双向变流器均退出运行，跳开开关K6、K7，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；此后，如果电源进线#1和电源进线#2出现电压质量异常，跳开开关K0、K8，闭合开关K5、K9、K10，启动柴油发电设备为重要负荷#1和重要负荷#2供电。
7.根据权利要求4所述的基于电池储能系统的在线应急保供电装置的控制方法，其特征在于：一种基于电池储能系统的在线应急保供电装置的单回路并联接入的可靠性冗余控制方法包括以下步骤：
S6：如果双向变流器#2工作于单回路并联接入保供电模式，出现工作状态异常，但双向变流器#1工作状态正常，双向变流器#2退出运行，跳开开关K7，闭合开关K2、K6，双向变流器#1切换至单回路并联接入保供电工作模式，此时第一配电网、第二配电网照常为重要负荷#2供电；
S7：如果双向变流器#1和双向变流器#2均为工作状态异常，跳开开关K4、K6、K7，两套双向变流器均退出运行，转由柴油发电设备为重要负荷提供应急保供电服务；此后，如果双向变流器#2对应的电源进线出现电压质量异常，跳开开关K8，闭合开关K5、K9，启动柴油发电设备为重要负荷#2提供应急保供电服务。
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