CN109245085A - 具有削峰填谷功能的直流储能后备电源及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，包括控制主板、CAN通信电路、电压电流采集电路、电池、DC‑DC变换器、DTU通信模块及云服务器；所述控制主板通过所述DTU通信模块与所述云服务器相连接；所述电压电流采集电路、电池以及DC‑DC变换器均通过所述CAN通信电路与所述控制主板相连接；所述电池与所述DC‑DC变换器相连接，所述DC‑DC变换器与基站负载相连接。本发明还提供一种具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法。本发明在具体使用时，可以大大减轻电网在峰段电价时段内的负荷，并可利用峰谷用电差价创造巨大的经济价值。

Description

具有削峰填谷功能的直流储能后备电源及控制方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及具有削峰填谷功能的直流储能后备电源及控制方法。
背景技术
在当前的所有基站中，为了保障通信不间断，除了需要通过电网来对基站进行供电以外，还需要使用后备电源来进行供电；其中，电网需要先连接一个AC-DC变换器，以将交流变成直流，AC-DC变换器再通过直流母线连接基站负载，从而实现对基站的供电；而后备电源则直接连接基站负载，从而实现对基站进行辅助供电；目前，基站后备电源主要采用铅酸电池或者锂电池。同时，现有基站电源的标称都比较大，基本都在几十千瓦时；在使用电网对基站进行供电时，由于电网具有高峰和低谷之分，当处于用电高峰期时，发电厂的发电规模必须大于用电规模，否则将会造成电能不足的情况，在这种情况下，如果基站可以通过后备电源来进行供电，将会极大的降低用电紧张情况；当处于用电低谷期时，用不完的电能又会白白浪费掉，在这种情况下，如果能够将多余的电能储存起来，将可极大的降低电能的浪费。
但是，现有的基站后备电源存在有如下缺陷：
1、现有的基站后备电源仅具有后备电源功能，而无分布式储能功能，因此，无法配合电网进行削峰填谷控制；
2、现有的基站后备电源不具备通信通信遥控、遥测功能，使得在具体使用时，不便于运维和检修；
3、目前，汽车退役电池越来越多，现有的基站后备电源都仅能采用标准电池，而无法利用汽车退役电池等不标准电池，不利于提高对汽车退役电池的二次利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，通过该直流储能后备电源可有效解决现有技术中存在的无分布式储能功能、不便于运维和检修、无法利用汽车退役电池等不标准电池的问题。
本发明是这样实现技术问题之一的：具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，所述直流储能后备电源包括一控制主板、一CAN通信电路、一电压电流采集电路、一电池、一DC-DC变换器、一DTU通信模块以及一云服务器；所述控制主板通过所述DTU通信模块与所述云服务器相连接；所述电压电流采集电路、电池以及DC-DC变换器均通过所述CAN通信电路与所述控制主板相连接；所述电池与所述DC-DC变换器相连接，所述DC-DC变换器与基站负载相连接。
进一步地，所述直流储能后备电源还包括一显示屏以及一键盘或触摸屏；所述显示屏以及键盘或触摸屏均与所述控制主板相连接。
进一步地，所述控制主板为ARM控制板。
进一步地，所述电池为具有CAN接口的汽车退役电池。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，通过该方法可有效解决现有技术中存在的无分布式储能功能、不便于运维和检修、无法利用汽车退役电池等不标准电池的问题。
本发明是这样实现技术问题之二的：具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，所述方法需使用上述直流储能后备电源；所述方法包括：
控制主板通过CAN通信电路与电压电流采集电路进行通信，并通过电压电流采集电路实时采集直流母线上的数据，且在检测到直流母线对基站负载正常供电时，控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行充电；在检测到直流母线掉电时，控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行放电；
配合电网对直流储能后备电源进行削峰填谷控制，具体包括：
当处于平段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池进行充电以及放电；
当处于谷段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器对电池进行充电，直到电池的容量大于设定的第一参数SOC1时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池的充电；
当处于峰段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器对电池进行放电，直到电池的容量小于设定的第二参数SOC2时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池的放电。
进一步地，当所述电池为汽车退役电池时，所述方法还包括：
在将汽车退役电池接入到直流储能后备电源中后，控制主板通过CAN通信电路获取汽车退役电池的电池参数；所述电池参数包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及保护参数；
控制主板将获取到的电池参数自动更新生成所需运行参数；所述所需运行参数包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及保护参数；
控制主板通过生成的所需运行参数，控制DC-DC变换器对汽车退役电池进行充电以及放电。
进一步地，所述控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行充电包括：
对直流储能后备电源与电网中的AC-DC变换器进行充电协调控制，具体包括：
将电网中AC-DC变换器的最大输出电流作为一个运行参数IADCMAX设置到控制主板中；
在电池进行充电时，控制主板通过电压电流采集电路实时采集基站负载电流Iload；
控制主板根据IADCMAX以及Iload计算出最大可充电电流Imaxcharge，Imaxcharge＝IADCMAX*比例系数-Iload；
控制主板根据计算出的最大可充电电流，实时修改DC-DC变换器对电池的充电电流。
进一步地，所述方法还包括：对直流储能后备电源与电网进行联调控制，具体包括：
当电网在峰段电价时段出现重度负荷或者在电网稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调低处理；
在电网不稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调高处理。
进一步地，所述方法还包括：云服务器通过DTU通信模块与控制主板进行通信，并通过云服务器设置直流储能后备电源的运行参数或者获取直流储能后备电源的运行数据；同时，在直流储能后备电源出现异常时，控制主板主动将异常信息上报给云服务器。
进一步地，所述方法还包括：
控制主板通过CAN通信电路与电池进行通信，并实时获取电池的相关信息，包括充放电电压信息、电池容量信息以及充放电电流信息；
控制主板通过CAN通信电路与DC-DC变换器进行通信，并实时获取DC-DC变换器的相关信息，包括运行状态信息、充放电电压信息以及充放电电流信息；
控制主板将获取到的电池的充放电电压信息与DC-DC变换器的充放电电压信息进行比对，且如果二者的差值大于设定的允许偏差值，则判定DC-DC变换器与电池的接线异常，此时控制主板在显示屏上显示异常。
本发明具有如下优点：
1、能够配合电网进行削峰填谷控制，在峰段电价时段内，可以控制电池对基站负载进行放电，以降低基站负载对电网的用电量；在谷段电价时段内，可以控制电网对电池进行充电，同时，由于基站又比较多，通过各个直流储能后备电源可以组成巨大的分布式储能电站；因此，本发明在具体使用时，可以大大减轻电网在峰段电价时段内的负荷，并可利用峰谷用电差价创造巨大的经济价值；
2、利用控制主板与云服务器的通信，可实现远程查看运行数据、运行状态，还可进行运行参数设置，因此，可十分方便进行运维和检修；
3、可将汽车退役电池完美的利用到直流储能后备电源中，实现汽车退役电池的二次利用。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明具有削峰填谷功能的直流储能后备电源的原理框图。
附图标记说明：
100-直流储能后备电源，200-基站负载，300-AC-DC变换器，400-电网，500-直流母线，1-控制主板，2-CAN通信电路，3-电压电流采集电路，4-电池，5-DC-DC变换器，6-DTU通信模块，7-云服务器，8-显示屏，9-键盘或触摸屏。
具体实施方式
请参照图1所示，本发明具有削峰填谷功能的直流储能后备电源100的较佳实施例，所述直流储能后备电源100包括一控制主板1、一CAN通信电路2、一电压电流采集电路3、一电池4、一DC-DC变换器5、一DTU通信模块6以及一云服务器7；所述控制主板1通过所述DTU通信模块6与所述云服务器7相连接；所述电压电流采集电路3、电池4以及DC-DC变换器5均通过所述CAN通信电路2与所述控制主板1相连接；所述电池4与所述DC-DC变换器5相连接，所述DC-DC变换器5与基站负载200相连接。在具体实施时，电网400会先与AC-DC变换器300相连接，AC-DC变换器300再通过直流母线500与基站负载200相连接，从而实现电网400对基站负载200的供电。
其中，所述控制主板1为核心控制板，系统的运行逻辑、保护逻辑、通信控制等都通过该控制主板1来实现；所述CAN通信电路2主要用于实现控制主板1与DC-DC变换器5之间以及控制主板1与电池4之间的通信，该CAN通信电路2可以采用CTM1051或者ADuM3201芯片来实现；所述电压电流采集电路3主要用于采集基站负载电流以及总线电压，从而可根据采集的基站负载电流来计算充电电流以及根据总线电压判断直流储能后备电源100是否进入后备模式，该电压电流采集电路3是现有技术中常见的用于采集电流和电压的一种电路，在具体实施时，只需从现有技术中任意选择一种能够实现电流和电压数据采集功能的电路即可，该电压电流采集电路3涉及的采集传感器可以是CSM1000S传感器或者VSM500D传感器；所述电池4用于实现后备能量存储和在电网400断电时对基站负载200进行供电；所述DC-DC变换器5为双向功率器件，可实现对电池4进行充电，也可将电池4的能量放电回馈至电网400中；所述DTU通信模块6为控制主板1与云服务器7之间的通信接口，它是一种专门用于将串口数据转换为IP数据或者将IP数据转换为串口数据并通过无线通信网络进行传送的无线终端设备，在具体实现时，所述DTU通信模块6可以是GPRS DTU无线通信模块、3G DTU无线通信模块、4G DTU无线通信模块等各种无线通信模块；所述云服务器7用于实现远程查看直流储能后备电源100的运行数据、运行状态，还可实现远程设置运行参数。
所述直流储能后备电源100还包括一显示屏8以及一键盘或触摸屏9；所述显示屏8以及键盘或触摸屏9均与所述控制主板1相连接。其中，所述显示屏8用于显示运行数据、设置参数等；所述键盘或触摸屏9用于实现人机交互。
所述控制主板1为ARM控制板，由于ARM控制板是单片机中常用的控制板，在具体实施时，只需从现有的ARM控制板中任意选择一种即可，例如，可以采用TM4C1294、STM32F107或者STM32F425等ARM芯片制作而成的ARM控制板。
所述电池4为具有CAN接口的汽车退役电池，在具体实施时，可以将汽车退役电池通过CAN接口直接接入到直流储能后备电源100中。
请重点参照图1所示，本发明具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法的较佳实施，所述方法需使用上述直流储能后备电源；所述方法包括：
控制主板通过CAN通信电路与电压电流采集电路进行通信，并通过电压电流采集电路实时采集直流母线上的数据(包括基站负载电流和总线电压)，且在检测到直流母线对基站负载正常供电时，控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行充电；在检测到直流母线掉电时，控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行放电，即使直流储能后备电源进入备电模式，以支持基站正常工作；
配合电网对直流储能后备电源进行削峰填谷控制，具体包括：
当处于平段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池进行充电以及放电，此时的直流储能后备电源相当于是一个静止状态下的后备电源；
当处于谷段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器对电池进行充电，直到电池的容量大于设定的第一参数SOC1(该第一参数SOC1是可以设置的参数，通常大于90％)时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池的充电；
当处于峰段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器对电池进行放电，以降低基站负载对电网的用电量，直到电池的容量小于设定的第二参数SOC2(该第二参数SOC2为后备电源需要的容量，通常大于50％)时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池的放电。
当所述电池为汽车退役电池时，所述方法还包括：
在将汽车退役电池接入到直流储能后备电源中后，控制主板通过CAN通信电路获取汽车退役电池的电池参数；所述电池参数包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及保护参数；在将汽车退役电池接入本发明的直流储能后备电源之前，需要对汽车退役电池先进行安全检测，只有在通过安全检测后才可以接入到直流储能后备电源中；
控制主板将获取到的电池参数自动更新生成所需运行参数；所述所需运行参数包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及保护参数；
控制主板通过生成的所需运行参数，控制DC-DC变换器对汽车退役电池进行充电以及放电。
所述控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行充电包括：
对直流储能后备电源与电网中的AC-DC变换器进行充电协调控制，具体包括：
将电网中AC-DC变换器的最大输出电流(电网中AC-DC变换器的最大输出电流是有限制的)作为一个运行参数IADCMAX设置到控制主板中；
在电池进行充电时，控制主板通过电压电流采集电路实时采集基站负载电流Iload；
控制主板根据IADCMAX以及Iload计算出最大可充电电流Imaxcharge，Imaxcharge＝IADCMAX*比例系数-Iload(即将电网中AC-DC变换器的最大输出电流先乘以比例系数，再减去实时采集的基站负载电流)；其中，比例系数一般取90％，以预留一部分功率余量，当然在具体实施时，还可根据实际需要来修改比例系数；
控制主板根据计算出的最大可充电电流，实时修改DC-DC变换器对电池的充电电流。
所述方法还包括：对直流储能后备电源与电网进行联调控制，具体包括：
当电网在峰段电价时段出现重度负荷或者在电网稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调低处理，这样，就可以在峰段电价时段内多回馈一些电能给基站负载，从而能够有效降低电网负荷，并增加基站的经济效应；
在电网不稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调高处理，这样，直流储能后备电源就能够储备更多的能量，以应对更恶劣的电网环境，例如防止长时间停电。
所述方法还包括：云服务器通过DTU通信模块与控制主板进行通信，并通过云服务器设置直流储能后备电源的运行参数(例如，设置第一参数SOC1，设置第二参数SOC2，修改峰段、谷段、平段时间等)，或者获取直流储能后备电源的运行数据，云服务器在获取到运行数据后，可将运行数据显示在WEB端或者手机端，以方便进行运维；同时，在直流储能后备电源出现异常时，控制主板主动将异常信息上报给云服务器，以方便可以对故障做出快速响应。
所述方法还包括：
控制主板通过CAN通信电路与电池进行通信，并实时获取电池的相关信息，包括充放电电压信息、电池容量信息以及充放电电流信息；通过实时获取电池的相关信息后，可实现将电池的相关信息实时显示到显示屏或者远程输送给云服务器上，以方便维护人员可以实时了解电池的运行情况；
控制主板通过CAN通信电路与DC-DC变换器进行通信，并实时获取DC-DC变换器的相关信息，包括运行状态信息、充放电电压信息以及充放电电流信息；通过实时获取DC-DC变换器的相关信息后，可实现将DC-DC变换器的相关信息实时显示到显示屏或者远程输送给云服务器上，以方便维护人员可以实时了解电池的运行情况；
控制主板将获取到的电池的充放电电压信息与DC-DC变换器的充放电电压信息进行比对，且如果二者的差值大于设定的允许偏差值，则判定DC-DC变换器与电池的接线异常，此时控制主板在显示屏上显示异常；例如，当从电池中获取到的电压信息为48V，而从DC-DC变换器读取到的电压信息为0V，此时就可以判定为DC-DC变换器与电池之间接线异常，并可将异常信息显示到显示屏上。
综上所述，本发明具有如下优点：
1、能够配合电网进行削峰填谷控制，在峰段电价时段内，可以控制电池对基站负载进行放电，以降低基站负载对电网的用电量；在谷段电价时段内，可以控制电网对电池进行充电，同时，由于基站又比较多，通过各个直流储能后备电源可以组成巨大的分布式储能电站；因此，本发明在具体使用时，可以大大减轻电网在峰段电价时段内的负荷，并可利用峰谷用电差价创造巨大的经济价值；
2、利用控制主板与云服务器的通信，可实现远程查看运行数据、运行状态，还可进行运行参数设置，因此，可十分方便进行运维和检修；
3、可将汽车退役电池完美的利用到直流储能后备电源中，实现汽车退役电池的二次利用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，其特征在于：包括一控制主板、一CAN通信电路、一电压电流采集电路、一电池、一DC-DC变换器、一DTU通信模块以及一云服务器；所述控制主板通过所述DTU通信模块与所述云服务器相连接；所述电压电流采集电路、电池以及DC-DC变换器均通过所述CAN通信电路与所述控制主板相连接；所述电池与所述DC-DC变换器相连接，所述DC-DC变换器与基站负载相连接。
2.如权利要求1所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，其特征在于：还包括一显示屏以及一键盘或触摸屏；所述显示屏以及键盘或触摸屏均与所述控制主板相连接。
3.如权利要求1所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，其特征在于：所述控制主板为ARM控制板。
4.如权利要求1所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源，其特征在于：所述电池为具有CAN接口的汽车退役电池。
5.一种具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1-4任一所述的直流储能后备电源；所述方法包括：
控制主板通过CAN通信电路与电压电流采集电路进行通信，并通过电压电流采集电路实时采集直流母线上的数据，且在检测到直流母线对基站负载正常供电时，控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行充电；在检测到直流母线掉电时，控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行放电；
配合电网对直流储能后备电源进行削峰填谷控制，具体包括：
当处于平段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池进行充电以及放电；
当处于谷段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器对电池进行充电，直到电池的容量大于设定的第一参数SOC1时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池的充电；
当处于峰段电价时段时，控制主板控制DC-DC变换器对电池进行放电，直到电池的容量小于设定的第二参数SOC2时，控制主板控制DC-DC变换器停止对电池的放电。
6.如权利要求5所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，其特征在于：当所述电池为汽车退役电池时，所述方法还包括：
在将汽车退役电池接入到直流储能后备电源中后，控制主板通过CAN通信电路获取汽车退役电池的电池参数；所述电池参数包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及保护参数；
控制主板将获取到的电池参数自动更新生成所需运行参数；所述所需运行参数包括充电电压、充电电流、放电电压、放电电流以及保护参数；
控制主板通过生成的所需运行参数，控制DC-DC变换器对汽车退役电池进行充电以及放电。
7.如权利要求5所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，其特征在于：所述控制主板按照设置的运行参数控制DC-DC变换器对电池进行充电包括：
对直流储能后备电源与电网中的AC-DC变换器进行充电协调控制，具体包括：
将电网中AC-DC变换器的最大输出电流作为一个运行参数IADCMAX设置到控制主板中；
在电池进行充电时，控制主板通过电压电流采集电路实时采集基站负载电流Iload；
控制主板根据IADCMAX以及Iload计算出最大可充电电流Imaxcharge，Imaxcharge＝IADCMAX*比例系数-Iload；
控制主板根据计算出的最大可充电电流，实时修改DC-DC变换器对电池的充电电流。
8.如权利要求5所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，其特征在于：所述方法还包括：对直流储能后备电源与电网进行联调控制，具体包括：
当电网在峰段电价时段出现重度负荷或者在电网稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调低处理；
在电网不稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调高处理。
9.如权利要求5所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，其特征在于：所述方法还包括：云服务器通过DTU通信模块与控制主板进行通信，并通过云服务器设置直流储能后备电源的运行参数或者获取直流储能后备电源的运行数据；同时，在直流储能后备电源出现异常时，控制主板主动将异常信息上报给云服务器。
10.如权利要求5所述的具有削峰填谷功能的直流储能后备电源控制方法，其特征在于：所述方法还包括：
控制主板通过CAN通信电路与电池进行通信，并实时获取电池的相关信息，包括充放电电压信息、电池容量信息以及充放电电流信息；
控制主板通过CAN通信电路与DC-DC变换器进行通信，并实时获取DC-DC变换器的相关信息，包括运行状态信息、充放电电压信息以及充放电电流信息；
控制主板将获取到的电池的充放电电压信息与DC-DC变换器的充放电电压信息进行比对，且如果二者的差值大于设定的允许偏差值，则判定DC-DC变换器与电池的接线异常，此时控制主板在显示屏上显示异常。
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