CN110112994A - 具备自救能力的离网型储能系统及其黑启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具备自救能力的离网型储能系统及其黑启动方法。其中，该黑启动方法包括：将光伏组串与第二光伏通用端子连接，以使光伏组串为储能电池充电；在光伏组串为储能电池充电达到预定时间后，断开光伏组串与第二光伏通用端子的连接；闭合第一开关，重新启动离网型储能系统。本发明提供的离网型储能系统无需进行大量节点改造，操作简单，至少解决了相关技术中的离网型储能系统的经济性差、不易操作的问题。

Description

具备自救能力的离网型储能系统及其黑启动方法

技术领域

本发明涉及微电网领域，具体而言，涉及一种具备自救能力的离网型储能系统及其黑启动方法。

背景技术

微电网黑启动是指在整个微电网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其他微电网的帮助，仅通过启动微电网内部具有黑启动能力的微源，进而带动微电网内无黑启动能力的微源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动。微电网的黑启动能力既可以保证关键负荷供电和微电网的连续稳定运行，在一定条件下还可以为大电网的恢复提供黑启动电源，可有效地减小传统电力系统在黑启动过程中因选择距离负荷中心较远的水电机组作为黑启动电源所引起的发电机自励磁和过电压的影响，实现系统由点及而的恢复，缩短了整个系统的恢复时间，减少了停电造成的损失。

相关技术中提供了一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法，其仅在储能电池无电或过放而无法支撑离网型储能系统运行的单一异常下有效，而微网控制系统从光伏直流变换器取电的情况下，若光伏直流变换器及控制器失效故障时，则不具备微网黑启动能力。

相关技术中还提供了一种风光微电网的黑启动装置，在光伏可发电，而储能电池无电或过放时无法启动自身供电，导致微网停运时，该风光微电网的黑启动装置通过增加一系列保护电路等设备完成线路可行，因此该技术需要更改微网系统的多个节点、经济效益差。

离网型储能系统多建设在偏远无专业维护人员地区或维护人员维护不便利，因此，为离网型储能系统提供一种经济、易操作性的储能电池无电或过放异常情况下的自救方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种具备自救能力的离网型储能系统及其黑启动方法，以至少解决相关技术中的离网型储能系统的自救方案经济性差、不易操作的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种离网型储能系统，包括：储能电池、储能直流变换器、光伏组串和光伏直流变换器，所述光伏组串通过第一光伏通用端子与所述光伏直流变换器的输入端子电连接，其中，在所述储能电池与所述储能直流变换器之间串联有第一开关；在所述第一开关和所述储能电池的输入输出端子之间引出第二光伏通用端子。

可选地，在所述第二光伏通用端子与所述储能电池的所述输入输出端子的连接线上串联有第二开关。

可选地，串联在所述连接线上的第二开关为接通后延时断开的开关。

第二方面，本发明实施例提供了一种第一方面所述的离网型储能系统的黑启动方法，包括：

将光伏组串与所述第二光伏通用端子连接，以使所述光伏组串为所述储能电池充电；

在所述光伏组串为所述储能电池充电达到预定时间后，断开所述光伏组串与所述第二光伏通用端子的连接；

闭合所述第一开关，重新启动所述离网型储能系统。

可选地，所述光伏组串是从所述第一光伏通用端子上脱离下来的。

可选地，在所述离网型储能系统的所述连接线上串联有第二开关的情况下，将光伏组串与所述第二光伏通用端子连接后，所述方法还包括：闭合所述第二开关，以使所述光伏组串为所述储能电池充电。

可选地，在所述离网型储能系统的所述连接线上串联有接通后延时断开的开关的情况下，在所述光伏组串为所述储能电池充电达到预定时间后，断开所述光伏组串与所述第二光伏通用端子的连接包括：在接通所述第二开关后，所述第二开关延时所述预定时间后自动断开。

可选地，所述光伏组串的开路电压不小于所述离网型储能系统的正常启动电压。

可选地，所述预定时间为1小时至3小时中的任意值。

通过本发明实施例提供的具备自救能力的离网型储能系统及其黑启动方法，该方法将光伏组串与第二光伏通用端子连接，以使光伏组串为储能电池充电；在光伏组串为储能电池充电达到预定时间后，断开光伏组串与第二光伏通用端子的连接；闭合第一开关，重新启动离网型储能系统，离网型储能系统就能够实现黑启动。本发明提供的离网型储能系统无需进行大量节点改造，操作简单，至少解决了相关技术中的离网型储能系统的经济性差、不易操作的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的离网型储能系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的离网型储能系统的黑启动方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，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描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实施例中提供了一种离网型储能系统，图1是根据本发明实施例的离网型储能系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：储能电池1、储能直流变换器2、光伏组串3和光伏直流变换器4，光伏组串3通过第一光伏通用端子30与光伏直流变换器4的输入端子电连接，在储能电池1与储能直流变换器2之间串联有第一开关5；在第一开关5和储能电池1的输入输出端子之间(即储能电池的电池组串总输出侧)引出第二光伏通用端子10。这第二光伏通用端子10优选设置在储能柜上，光伏通用端子可采用MC-4端子。

本发明实施例的离网型储能系统中储能电池1、储能直流变换器2、光伏组串3和光伏直流变换器4采用常规的拓扑结构电连接，并且离网型储能系统还可以包括公知的直流母线、开关电源及电池管理系统BMS 7等设备，这些设备也都采用常规的拓扑结构接入离网型储能系统中。

通过上述描述可知本实施例的离网型储能系统对已有的离网型储能系统的结构改动小，因此具有较高的经济性。并且，结合接下来的描述将会说明经过上述改动的离网型储能系统却能够起到提高系统自救能力、且系统自救操作简便的技术效果。

可选地，在第二光伏通用端子10与储能电池1的输入输出端子的连接线上串联有第二开关6。

可选地，第一开关5为断路器或者电磁阀或者其他电控、电磁控制开关。

可选地，串联在连接线上的第二开关6为接通后延时断开的开关，第二开关6可以是电磁延时开关(例如时间继电器)，也可以是机械延时开关(例如发条开关等)。并且，为了便于用户操作，第二开关6优选设置在储能柜面板上，具体可以表现为一个开关按钮或者可以设置延时时间的旋钮开关。

下面将结合离网型储能系统的黑启动方法对上述离网型储能系统的优点进行描述和说明。

在本实施例中提供了一种上述的离网型储能系统的黑启动方法。图2是根据本发明实施例的离网型储能系统的黑启动方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S201，将光伏组串与第二光伏通用端子10连接，以使这光伏组串为储能电池1充电；

步骤S202，在光伏组串为储能电池1充电达到预定时间后，断开这光伏组串与第二光伏通用端子10的连接；

步骤S203，闭合第一开关5，重新启动离网型储能系统。

采用上述的黑启动方式，当储能电池1过放或者无电导致离网型储能系统停运等原因需要黑启动的情况下，通过一串光伏组为储能电池1充电，在充电达到预定时间后，储能电池1中储存的电能达到离网型储能系统能够重新启动的正常启动电压后，闭合第一开关5使离网型储能系统能够正常启动。上述黑启动过程操作简单，且对离网型储能系统的改动很小，相对于相关技术中增加一系列保护电路等设备完成电路可行导致的改动系统节点多的方案而言，本发明实施例提供的离网型储能系统及其黑启动方法具有更高的经济性。

并且，采用本发明实施例提供的离网型储能系统，无论是储能电池本体取电工作，还是从光伏、风能等新能源外围取电工作，皆不影响上述的黑启动方式，也不存在离网型储能系统在过放或无电时不能直接快速应用的问题，例如：

当离网下离网型储能系统中，光伏直流变换器或光伏控制部分损坏，导致离网型储能系统(或者直流微网)瘫痪失效时，离网型储能系统在不接入其他诸如柴油发电机的情况下，即可恢复离网型储能系统带动负载运行。当离网型储能系统中，如控制电源取自储能电池本体，在储能电池无电或过放的情况下，光伏发电单元不能黑启动离网型储能系统；这时采用本实施例提供的黑启动方法，可以将储能电池通过光伏组件(光伏组串由多个光伏组件串联而成)直充得电。

由此可见，相对于相关技术中光伏变换器及控制器等失效异常时无法黑启动的自救方案而言，本发明实施例的自救能力更强，在光伏直流变换器及控制器等失效异常时，离网型储能系统仍可应急操作运行，系统可用性大大增强。

与第二光伏通用端子10连接的这光伏组串可以是备用的光伏组串。优选地这光伏组串是从第一光伏通用端子上脱离下来的；该方式进一步提高了光伏组串的利用程度，提高了经济性。

可选地，在离网型储能系统的连接线上串联有第二开关6的情况下，将光伏组串与第二光伏通用端子连接后，闭合第二开关6，则可以使光伏组串为储能电池1充电。

优选地，在离网型储能系统的连接线上串联有接通后延时断开的第二开关6的情况下，可以将第二开关6的延时时间根据实际需要和系统相关参数设置为预定时间，那么在接通第二开关6后，第二开关延时预定时间后即自动断开，以实现在光伏组串为储能电池充电达到预定时间后，断开光伏组串与第二光伏通用端子的连接。

其中，第二开关6的延时时长即预定时间，与接入的这串光伏组串的P-V曲线、储能电池1的总电压，以及当前的辐照量等有关，因此上述的预定时间的时长不必系统预先设置，而可以由用户根据情况自行设定。根据实际情况的不同，预定时间优选为1小时至3小时中的任意值，或者更长时间。

可选地，接到第二光伏通用端子10上的这光伏组串的开路电压不小于离网型储能系统的正常启动电压。

优选地，采用本发明实施例提供的离网型储能系统及其黑启动方法，在离网条件下，储能电池无电或过放不能启动以及光伏变换器失效时，用户都可将离网型储能系统中的光伏组串端子脱离下来，直接接入上述离网型储能系统引出的第二光伏通用端子10上，按下第二开关的开关按钮或者旋转旋钮开关设置充电时间，进行自救充电，在预定时间后断开第二开关6，离网型储能系统即可进入正常使用状态。

例如6kWh储能电池(电芯并联)过放，总压跌为100V，系统不能运行，采用本实施例提供的黑启动方法，将一串由10块290Wp光伏组件组成的光伏组串直接接入储能电池，在辐照量为1000W/m²下，1小时即可充电约1kWh电量，储能系统即可正常运行。

另外，在本发明实施例中，电池管理系统BMS可以在备用电池下工作以监测储能电池的电压及SOC状态，在储能电池充满或者达到过放阈值以上时，自动切除第二开关6，以保障储能电池的安全。

综上所述，本发明提供的上述实施例提供了一种离网型储能系统在储能电池无电或过放异常等情况下的自救方法，从系统可运行性、经济性、易操作等特点，提升离网型微网系统的黑启动问题的解决。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种离网型储能系统，包括：储能电池、储能直流变换器、光伏组串和光伏直流变换器，所述光伏组串通过第一光伏通用端子与所述光伏直流变换器的输入端子电连接，其特征在于，

在所述储能电池与所述储能直流变换器之间串联有第一开关；在所述第一开关和所述储能电池的输入输出端子之间设有第二光伏通用端子。

2.根据权利要求1所述的离网型储能系统，其特征在于，在所述第二光伏通用端子与所述储能电池的所述输入输出端子的连接线上串联有第二开关。

3.根据权利要求1所述的离网型储能系统，其特征在于，串联在所述连接线上的所述第二开关为接通后延时断开的开关。

4.一种权利要求1至3中任一项所述的离网型储能系统的黑启动方法，其特征在于包括：

将光伏组串与所述第二光伏通用端子连接，以使所述光伏组串为所述储能电池充电；

在所述光伏组串为所述储能电池充电达到预定时间后，断开所述光伏组串与所述第二光伏通用端子的连接；

闭合所述第一开关，重新启动所述离网型储能系统。

5.根据权利要求4所述的黑启动方法，其特征在于，所述光伏组串是从所述第一光伏通用端子上脱离下来的。

6.根据权利要求4所述的黑启动方法，其特征在于，在所述离网型储能系统的所述连接线上串联有第二开关的情况下，将光伏组串与所述第二光伏通用端子连接后，所述方法还包括：闭合所述第二开关，以使所述光伏组串为所述储能电池充电。

7.根据权利要求4所述的黑启动方法，其特征在于，在所述离网型储能系统的所述连接线上串联有接通后延时断开的开关的情况下，在所述光伏组串为所述储能电池充电达到预定时间后，断开所述光伏组串与所述第二光伏通用端子的连接包括：在接通所述第二开关后，所述第二开关延时所述预定时间后自动断开。

8.根据权利要求4所述的黑启动方法，其特征在于，所述光伏组串的开路电压不小于所述离网型储能系统的正常启动电压。

9.根据权利要求4所述的黑启动方法，其特征在于，所述预定时间为1小时至3小时中的任意值。