CN107919726A - 一种储能式电源系统的功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能式电源系统的功率控制方法及系统，该方法包括：获取第一负载的功率、第二负载的功率和变压器功率；当变压器功率满足第一负载的功率需求后的剩余功率小于第二负载的功率时，控制储能单元输出预设放电功率，以满足第二负载的功率需求；当开关断开时，控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电。可见，本申请在满足第一负载的功率需求基础上，利用储能单元满足第二负载的功率需求，实现储能单元为第二负载的后备式供电。

Description

一种储能式电源系统的功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及储能式电源技术领域，特别涉及一种储能式电源系统的功率控制方法及系统。

背景技术

随着储能式电源技术的发展进步，储能式电源已广泛应用于各个领域。

储能式电源中又以不间断电源(Uninterruptible Power System，UPS)最具代表性。UPS一般可以包括电源输入电路、整流器、逆变器、逆变和旁路模块及蓄能电池等部分。储能式电源可以实现不间断供电，即在市电交流输入正常时，储能式电源把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，给负载使用；在断电时，储能式电源会启用储能单元，把储能单元的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给负载供电。

现有的储能式电源系统一般同时给多个负载供电，其各个负载之间存在优先级。但是，现有的储能式电源系统在功率不足时或其它情况时，无法满足最高优先级以外的负载功率需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种储能式电源系统的功率控制方法及系统，以利用储能单元满足最高优先级以外的负载的功率需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种储能式电源系统的功率控制方法，该系统包括变压器、开关及不间断电源；所述不间断电源包括整流器、逆变器、储能单元及旁路模块；所述变压器的一端与电网相连，所述变压器的另一端与所述开关的一端相连，所述开关的另一端分别与所述整流器的一端、所述旁路模块的一端和第二负载相连，所述旁路模块的另一端与第一负载相连，所述整流器的另一端与所述逆变器的一端相连，所述逆变器的另一端与所述第一负载相连，所述储能单元分别与所述整流器的另一端和所述逆变器的一端相连；该方法包括：

获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率；

当所述变压器功率满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率小于所述第二负载的功率时，控制所述储能单元输出预设放电功率，以满足所述第二负载的功率需求；

当所述开关断开时，控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中,所述旁路模块具有正向导通状态和反向导通状态，正向导通状态为允许电流从所述变压器流向负载，反向导通状态为允许电流从负载流向所述变压器。

可选地，所述控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电，包括：

控制所述储能单元输出第一放电功率，所述旁路模块处于反向导通状态，断开所述整流器，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中，所述第一放电功率等于所述第一负载和所述第二负载的功率之和。

可选地，所述获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率，包括:

利用功率检测方式，检测出所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和所述变压器功率。

可选地，在所述控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电之后，还包括：

实时监测所述储能单元的剩余电量；

当所述剩余电量小于或等于预设阈值时，切断所述储能单元给所述第二负载或所述第一负载和所述第二负载的供电。

可选地，在所述获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率之后，还包括：

当所述变压器功率在满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率大于或等于所述第二负载的功率，利用所述剩余功率满足所述第二负载的功率需求。

一种储能式电源系统的功率控制系统，该储能式电源系统包括变压器、开关及不间断电源；所述不间断电源包括整流器、逆变器、储能单元及旁路模块；所述变压器的一端与电网相连，所述变压器的另一端与所述开关的一端相连，所述开关的另一端分别与所述整流器的一端、所述旁路模块的一端和第二负载相连，所述旁路模块的另一端与第一负载相连，所述整流器的另一端与所述逆变器的一端相连，所述逆变器的另一端与所述第一负载相连，所述储能单元分别与所述整流器的另一端和所述逆变器的一端相连；该功率控制系统包括：

获取模块，用于获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率；

第一供电控制模块，用于当所述变压器功率满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率小于所述第二负载的功率，控制所述储能单元输出预设放电功率，以满足所述第二负载的功率需求；

第二供电控制模块，用于当所述开关断开时，控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中,所述旁路模块具有正向导通状态和反向导通状态，正向导通状态为允许电流从所述变压器流向负载，反向导通状态为允许电流从负载流向所述变压器。

可选地，所述第二供电模块包括：

供电子模块，用于控制所述储能单元输出第一放电功率，所述旁路模块处于反向导通状态，断开所述整流器，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中，所述第一放电功率等于所述第一负载和所述第二负载的功率之和。

可选地，所述获取模块包括:

功率检测子模块，用于利用功率检测方式，检测出所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和所述变压器功率。

可选地，还包括：

电量检测模块，用于实时监测所述储能单元的剩余电量；

切断模块，用于当所述剩余电量小于或等于预设阈值时，切断所述储能单元给所述第二负载或所述第一负载和所述第二负载的供电。

可选地，还包括：

第三供电控制模块，用于当所述变压器功率在满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率大于或等于所述第二负载的功率，利用所述剩余功率满足所述第二负载的功率需求。

应用本发明提供的储能式电源系统的功率控制方法及系统，当变压器功率满足第一负载的功率需求后的剩余功率小于第二负载的功率时，控制储能单元输出预设放电功率，以满足第二负载的功率需求；当开关断开时，控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电。这样，在满足第一负载的功率需求基础上，利用储能单元满足第二负载的功率需求，实现储能单元为第二负载的后备式供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的储能式电源系统的功率控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的储能式电源系统的结构示意框图；

图3为本发明实施例提供的储能式电源系统的功率控制系统的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的储能式电源系统的功率控制方法的流程示意图，图2为本发明实施例提供的储能式电源系统的结构示意框图。

其中，该储能式电源系统包括变压器21、开关22及不间断电源23；不间断电源23包括整流器231、逆变器232、储能单元233及旁路模块234；变压器21的一端与电网相连，变压器21的另一端与开关22的一端相连，开关22的另一端分别与整流器231的一端、旁路模块234的一端和第二负载相连，旁路模块234的另一端与第一负载相连，整流器231的另一端与逆变器232的一端相连，逆变器232的另一端与第一负载相连，储能单元233分别与整流器231的另一端和逆变器232的一端相连。该方法包括步骤：

步骤101、获取第一负载的功率、第二负载的功率和变压器功率。

需要说明，可以实时或定时检测获取第一负载、第二负载以及变压器的功率，并实时检测储能单元的功率，查看储能单元的充放电功率，是否充满。

一般情况下，电网电流依次通过变压器、开关、整流器、逆变器给第一负载供电，通过开关给第二负载供电。并且系统定时或实时判断变压器是否能满足第一负载和第二负载的功率需求，或者在满足了第一负载和第二负载的功率需求后是否有剩余功率；有剩余功率时，判断储能单元是否充满电，若有剩余功率且储能单元未充满，变压器经开关和整流器给储能单元充电。

在一些可行实施方式中，本步骤可以例如为：利用功率检测方式，检测出第一负载的功率、第二负载的功率和变压器功率。也就是说，可以利用系统的功率检测单元来实时获取到各部分的功率，且该功率检测单元可以单独设置在系统的各部分，也可以统一检测。

步骤102、当变压器功率满足第一负载的功率需求后的剩余功率小于第二负载的功率时，控制储能单元输出预设放电功率，以满足第二负载的功率需求。

需要说明，第一负载的供电优先级最高，即系统需要首先满足第一负载的功率需求后，在给第二负载和其它负载供电。也即，第一负载的供电优先级比第二负载高，故先满足第一负载的供电需求后，再考虑给第二负载供电。

储能单元可以包括储能电池，且储能电池可以具体但不限于新型储能型电池，例如，铅碳电池和锂电池等。

具体地，当变压器功率满足第一负载后，剩余功率不足给第二负载时，系统可以计算剩余功率与第二负载所需功率的差值功率，并控制储能单元给第一负载输出差值功率，然后，变压器功率所剩余的功率就可以满足第二负载的功率需求。例如，变压器功率为P1，剩余功率为P2，第二负载所需功率为P3，差值功率为P3－P2＝P4，储能单元向第一负载提供功率P4，这样，剩余功率则为P2+P4＝P3，满足第二负载功率需求。

当然，也可以直接控制旁路模块处于反向导通状态，储能单元通过逆变器、旁路模块向第二负载提供所需功率。

如果变压器功率在满足第一负载的功率需求后的剩余功率可满足第二负载的功率需求，则利用变压器功率满足第二负载的功率需求。在一些可行实施方式中，在获取第一负载的功率、第二负载的功率和变压器功率之后，还包括：当变压器功率在满足第一负载的功率需求后的剩余功率大于或等于第二负载的功率，利用剩余功率满足第二负载的功率需求。

步骤103、当开关断开时，控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电。

其中,旁路模块具有正向导通状态和反向导通状态，正向导通状态为允许电流从变压器流向负载，反向导通状态为允许电流从负载流向变压器。

可以理解，开关可以自动断开，此时，设立故障监控单元实时监测变压器的工作状态，当变压器发送故障时，自动断开开关；也可以手动断开。

开关断开后，储能式电源系统没有输入功率，需要利用储能单元给第一负载和第二负载供电。此时，由于第一负载的优先级较高，需要优先满足第一负载的功率需求，在给第二负载供电。此时，储能单元的最大放电功率大于或等于第一负载和第二负载功率之和。

故在一些可行实施方式中，上述控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电的过程可以具体为：控制储能单元输出第一放电功率，旁路模块处于反向导通状态，断开整流器，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电；其中，第一放电功率等于第一负载和第二负载的功率之和。

其中，断开整流器是为了防止电流从整流器的两端反灌。此时，储能单元满足第一负载和第二负载的功率需求。

当然，如果储能单元所能提供的功率不能同时满足第一负载和第二负载，应优先满足第一负载。

储能单元进入放电状态后，会持续给第一负载和第二负载供电。为提供储能单元的使用寿命，需要保证储能单元保持一定的放电深度。故在一些可行实施方式中，在控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电之后，还可以包括：实时监测储能单元的剩余电量；当剩余电量小于或等于预设阈值时，切断储能单元给第二负载或第一负载和第二负载的供电。

可以理解，可同时切断第一负载和第二负载的供电，也可以只切断两者中的任意一个。

上述预设阈值可以根据需求进行设定，例如可以设置为20％-30％的电池容量。

本实施例中，当变压器功率满足第一负载的功率需求后的剩余功率小于第二负载的功率时，控制储能单元输出预设放电功率，以满足第二负载的功率需求；当开关断开时，控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电。这样，在满足第一负载的功率需求基础上，利用储能单元满足第二负载的功率需求，实现储能单元为第二负载的后备式供电。

下面对本发明实施例提供的储能式电源系统的功率控制系统进行介绍，下文描述的储能式电源系统的功率控制系统与上文描述的储能式电源系统的功率控制方法可相互对应参照。

请参考图3，图3为本发明实施例提供的储能式电源系统的功率控制系统的结构示意框图。其中，储能式电源系统具体可以参见图2，在此不再赘述。该功率控制系统包括：

获取模块31，用于获取第一负载的功率、第二负载的功率和变压器功率；

第一供电控制模块32，用于当变压器功率满足第一负载的功率需求后的剩余功率小于第二负载的功率，控制储能单元输出预设放电功率，以满足第二负载的功率需求；

第二供电控制模块33，用于当开关断开时，控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电；

其中,旁路模块具有正向导通状态和反向导通状态，正向导通状态为允许电流从变压器流向负载，反向导通状态为允许电流从负载流向变压器。

在一些可行实施方式中，第二供电模块包括：

供电子模块，用于控制储能单元输出第一放电功率，旁路模块处于反向导通状态，断开整流器，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电；

其中，第一放电功率等于第一负载和第二负载的功率之和。

在一些可行实施方式中，获取模块包括:

功率检测子模块，用于利用功率检测方式，检测出第一负载的功率、第二负载的功率和变压器功率。

在一些可行实施方式中，该控制系统还包括：

电量检测模块，用于实时监测储能单元的剩余电量；

切断模块，用于当剩余电量小于或等于预设阈值时，切断储能单元给第二负载或第一负载和第二负载的供电。

在一些可行实施方式中，该控制系统还包括：

第三供电控制模块，用于当变压器功率在满足第一负载的功率需求后的剩余功率大于或等于第二负载的功率，利用剩余功率满足第二负载的功率需求。

本实施例中，当变压器功率满足第一负载的功率需求后的剩余功率小于第二负载的功率时，控制储能单元输出预设放电功率，以满足第二负载的功率需求；当开关断开时，控制储能单元进入放电状态，旁路模块处于反向导通状态，以使储能单元依次通过逆变器、旁路模块给第二负载供电，通过逆变器给第一负载供电。这样，在满足第一负载的功率需求基础上，利用储能单元满足第二负载的功率需求，实现储能单元为第二负载的后备式供电。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的储能式电源系统的功率控制方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能式电源系统的功率控制方法，其特征在于，该系统包括变压器、开关及不间断电源；所述不间断电源包括整流器、逆变器、储能单元及旁路模块；所述变压器的一端与电网相连，所述变压器的另一端与所述开关的一端相连，所述开关的另一端分别与所述整流器的一端、所述旁路模块的一端和第二负载相连，所述旁路模块的另一端与第一负载相连，所述整流器的另一端与所述逆变器的一端相连，所述逆变器的另一端与所述第一负载相连，所述储能单元分别与所述整流器的另一端和所述逆变器的一端相连；该方法包括：

获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率；

当所述变压器功率满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率小于所述第二负载的功率时，控制所述储能单元输出预设放电功率，以满足所述第二负载的功率需求；

当所述开关断开时，控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中,所述旁路模块具有正向导通状态和反向导通状态，正向导通状态为允许电流从所述变压器流向负载，反向导通状态为允许电流从负载流向所述变压器。

2.如权利要1所述的方法，其特征在于，所述控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电，包括：

控制所述储能单元输出第一放电功率，所述旁路模块处于反向导通状态，断开所述整流器，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中，所述第一放电功率等于所述第一负载和所述第二负载的功率之和。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率，包括:

利用功率检测方式，检测出所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和所述变压器功率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电之后，还包括：

实时监测所述储能单元的剩余电量；

当所述剩余电量小于或等于预设阈值时，切断所述储能单元给所述第二负载或所述第一负载和所述第二负载的供电。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在所述获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率之后，还包括：

当所述变压器功率在满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率大于或等于所述第二负载的功率，利用所述剩余功率满足所述第二负载的功率需求。

6.一种储能式电源系统的功率控制系统，其特征在于，该储能式电源系统包括变压器、开关及不间断电源；所述不间断电源包括整流器、逆变器、储能单元及旁路模块；所述变压器的一端与电网相连，所述变压器的另一端与所述开关的一端相连，所述开关的另一端分别与所述整流器的一端、所述旁路模块的一端和第二负载相连，所述旁路模块的另一端与第一负载相连，所述整流器的另一端与所述逆变器的一端相连，所述逆变器的另一端与所述第一负载相连，所述储能单元分别与所述整流器的另一端和所述逆变器的一端相连；该功率控制系统包括：

获取模块，用于获取所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和变压器功率；

第一供电控制模块，用于当所述变压器功率满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率小于所述第二负载的功率，控制所述储能单元输出预设放电功率，以满足所述第二负载的功率需求；

第二供电控制模块，用于当所述开关断开时，控制所述储能单元进入放电状态，所述旁路模块处于反向导通状态，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给所述第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中,所述旁路模块具有正向导通状态和反向导通状态，正向导通状态为允许电流从所述变压器流向负载，反向导通状态为允许电流从负载流向所述变压器。

7.如权利要6所述的系统，其特征在于，所述第二供电模块包括：

供电子模块，用于控制所述储能单元输出第一放电功率，所述旁路模块处于反向导通状态，断开所述整流器，以使所述储能单元依次通过所述逆变器、所述旁路模块给第二负载供电，通过所述逆变器给所述第一负载供电；

其中，所述第一放电功率等于所述第一负载和所述第二负载的功率之和。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述获取模块包括:

功率检测子模块，用于利用功率检测方式，检测出所述第一负载的功率、所述第二负载的功率和所述变压器功率。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：

电量检测模块，用于实时监测所述储能单元的剩余电量；

切断模块，用于当所述剩余电量小于或等于预设阈值时，切断所述储能单元给所述第二负载或所述第一负载和所述第二负载的供电。

10.如权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

第三供电控制模块，用于当所述变压器功率在满足所述第一负载的功率需求后的剩余功率大于或等于所述第二负载的功率，利用所述剩余功率满足所述第二负载的功率需求。