CN110148955A - 一种供电系统及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种供电系统及供电方法，该供电系统包括：交流电网、控制器、蓄电池和双向变换器；该供电系统的工作原理为：控制器，用于确定交流电网电压低于预设电压时，且确定蓄电池的容量大于第一预设容量时，控制双向变换器将该蓄电池的直流逆变为交流向该交流电网输出电能；控制器，还用于确定交流电网电压大于额定电压时，且确定蓄电池的容量小于第二预设容量时，控制双向变换器将该交流电网的交流整流为直流给蓄电池充电；其中，第一预设容量小于所述第二预设容量。可见，该供电系统提高了供电的稳定性和可靠性，有效的克服了用电高峰期对住户相对分散区域的住户用电的影响。

Description

一种供电系统及供电方法

技术领域

本申请涉及农村供电技术领域，尤其涉及一种供电系统及供电方法。

背景技术

对于住户相对分散的区域而言，比如相对偏远的农村地区，大多采用辐射型网络进行供电。这样，该区域住户的供电线路冗长，由低压线路带来的电能损耗多，尤其是在夜晚等用电高峰期，电网末端会出现电压偏低，造成住户的用电电压过低，从而致使住户的负载不能正常工作。此处的负载指住户家中的用电设备，例如空调、冰箱等。

而且，辐射型网络供电时，电网中电能负荷转移能力差，一旦出现事故，由事故造成的停电范围较大，且检修也需要大范围的停电，供电可靠性较低。

因此，在住户相对分散的区域，尤其是一些相对偏远的农村地区，如果像住户相对集中区域那样设置变压器等设备来补偿用电高峰期出现的电压波动，则成本太高，性价比较低。那么，如何在尽可能低成本的前提下，实现住户相对分散的区域，尤其是偏远农村的安全和可靠供电，是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本申请提供了一种供电系统及供电方法，能够实现在交流电网电压较低时，确保住户能够正常用电，并且不会增加太大成本。

本发明提供了一种供电系统，包括：交流电网、控制器、蓄电池和双向变换器；

所述控制器，用于确定所述交流电网电压低于预设电压时，且确定所述蓄电池的容量大于第一预设容量时，控制所述双向变换器将所述蓄电池的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能；

所述控制器，还用于确定所述交流电网电压大于额定电压时，且确定所述蓄电池的容量小于第二预设容量时，控制所述双向变换器将所述交流电网的交流整流为直流给所述蓄电池充电；

所述第一预设容量小于所述第二预设容量。

可选地，该供电系统还包括：光伏阵列；

所述控制器，还用于当控制所述蓄电池向所述交流电网输出电能时，确定所述光伏阵列有能量输出，则控制所述双向变换器将所述光伏阵列的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能。

可选地，该供电系统还包括：光伏阵列；

所述控制器，还用于当确定所述蓄电池的容量小于第二预设容量时，且所述蓄电池没有向所述交流电网输出电能时，如果所述光伏阵列有能量输出，则控制所述光伏阵列为所述蓄电池进行充电。

可选地，该供电系统还包括：光伏阵列；

所述控制器，还用于确定所述蓄电池处于待机状态时，如果所述光伏阵列有能量输出，则控制所述光伏阵列为所述蓄电池进行充电，当所述蓄电池充满电后，控制所述双向变换器将所述光伏阵列的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能。

可选地，该供电系统还包括：电压互感器；

所述电压互感器，用于检测交流电网电压，并将检测的交流电网电压发送给所述控制器。

可选地，所述控制器、蓄电池和双向变换器均位于集装箱内，所述光伏阵列位于所述集装箱顶部。

可选地，所述蓄电池为全钒液流电池。

可选地，该供电系统应用于农村电网。

本发明还提供了一种供电方法，应用于本发明提供的供电系统，所述供电系统包括：交流电网、控制器、蓄电池和双向变换器；

检测交流电网电压低于预设电压时，判断所述蓄电池的容量大于第一预设容量时，控制所述双向变换器将所述蓄电池的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能；

检测所述交流电网电压大于额定电压时，判断所述蓄电池的容量小于第二预设容量时，控制所述双向变换器将所述交流电网的交流整流为直流给所述蓄电池充电；

所述第一预设容量小于所述第二预设容量。

可选地，该供电方法还包括：

当控制所述蓄电池向所述交流电网输出电能时，确定所述光伏阵列有能量输出，则控制所述双向变换器将所述光伏阵列的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

该供电系统包括：交流电网、控制器、蓄电池和双向变换器；该供电系统的工作原理为：控制器，用于确定交流电网电压低于预设电压时，且确定蓄电池的容量大于第一预设容量时，控制双向变换器将该蓄电池的直流逆变为交流向该交流电网输出电能；控制器，还用于确定交流电网电压大于额定电压时，且确定蓄电池的容量小于第二预设容量时，控制双向变换器将该交流电网的交流整流为直流给蓄电池充电；其中，第一预设容量小于所述第二预设容量。

本申请提供的供电系统，当交流电网电压较低时，利用蓄电池给交流电网补充电能，提升交流电网电压，以确保住户能够正常用电。当交流电网电压较高时，利用交流电网给蓄电池充电，以降低交流电网的电压。该供电系统提高了供电的稳定性和可靠性，有效的克服了用电高峰期对住户相对分散区域的住户用电的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例一提供的供电系统的结构示意图；

图2为本申请实施例二提供的供电系统的一结构示意图；

图3为本申请实施例二提供的供电系统的另一结构示意图；

图4为本申请实施例二提供的供电系统封装形式的结构示意图；

图5为本申请实施例三提供的供电方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅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。

目前，对于住户相对分散的区域而言，电网末端住户的电压可能会不稳定，尤其在用电高峰期(如晚上)，电网电压较低，甚至可能造成住户无法用电。而对于这些区域，给交流电网配备变压器等设备，用于补偿分散的几个住户在用电高峰时期的电压，又会大大增加供电成本。例如尤其对于偏远的山区，一条供电线路一共包括4-5户住户，为这样的供电线路配备变压器等设备，成本太高。

基于此，为了能够在尽可能增加较少供电成本的基础上，确保住户相对分散的区域，尤其是偏远农村的供电的安全性和可靠性，本申请提供了一种供电系统和供电方法。

实施例一

参见图1，为本申请实施例提供的一种供电系统的结构示意图。

该供电系统10包括：交流电网110、控制器120、蓄电池130和双向变换器140。

其中，控制器120的第一端与交流电网110的第一端相连，用于检测交流电网110的电压；控制器120的第二端与蓄电池130的第一端相连，用于检测蓄电池130的容量。

双向变换器140的第一端与交流电网110的第二端相连，双向变换器140的第二端与蓄电池130的第二端相连。

控制器120的第三端与双向变换器140的第三端相连，用于根据检测到的交流电网110的电压和蓄电池130的容量的实际情况，向双向变换器140发送控制指令。

具体实现时，一种情况下，控制器120确定交流电网110电压低于预设电压时，且确定蓄电池130的容量大于第一预设容量时，控制器120控制双向变换器140将蓄电池130的直流逆变为交流，向交流电网110输出电能。

其中，预设电压是指预设的、可供住户的用电设备使用的最低电压，当交流电网110的电压低于预设电压时，说明该交流电网110输出的电能较低，不能够满足住户用电设备的正常工作，即使用电设备可以工作，也会影响该用电设备的使用寿命。

第一预设容量是指预设的蓄电池130可以为交流电网110提供电能最小允许值。例如，当蓄电池130的容量大于第一预设容量时，可以利用蓄电池130的容量补充交流电网110的电压，使该交流电网110尽可能为住户提供较稳定的电能。

当控制器120确定交流电网110电压低于预设电压时，且确定蓄电池130的容量大于第一预设容量时，控制器120需要控制蓄电池130为交流电网110补充电能，但是，由于蓄电池130输出的为直流电，而交流电网110是交流电，故，控制器120需要通过控制双向变换器140，将蓄电池130输出的直流电逆变为交流电，向交流电网110输出电能。另一种情况下，控制器120确定交流电网110电压大于额定电压时，且确定蓄电池130的容量小于第二预设容量时，控制器120控制双向变换器140将交流电网110的交流整流为直流，给蓄电池130充电。

当蓄电池130的容量小于第二预设容量时，说明该蓄电池130的容量不足，可以通过交流电网110为蓄电池130充电，从而确保该蓄电池130的容量充足。

当控制器120确定交流电网110电压大于额定电压时，且确定蓄电池130的容量小于第二预设容量时，控制器120需要控制交流电网110为蓄电池130充电，但是，由于交流电网110输出的是交流电，而蓄电池130充电时需要直流电，故，控制器120需要通过控制双向变换器140，将交流电网110输出的交流电整流为直流电，向蓄电池130充电。

可以理解的是，上述蓄电池130的第一预设容量小于所述第二预设容量。例如，第一预设容量可以取蓄电池130满电容量的5％，第二预设容量可以取蓄电池130满电容量的30％。在一些实例中，当控制器120确定交流电网110电压低于预设电压，且蓄电池130的当前容量大于该蓄电池130满电容量的5％时，控制器120可以控制蓄电池130为交流电网110补充电能；在另一些实例中，当控制器120确定交流电网110电压大于额定电压，且蓄电池130的当前容量小于该蓄电池130满电容量的30％时，控制器120可以控制交流电网110为蓄电池130充电。

举例来说，假设额定电压为220V，预设电压为160V，第一预设容量为1kW·h，第二预设容量为9kW·h。当控制器120确定交流电网110的电压为150V，低于预设电压160V，并且蓄电池130的容量为8kW·h，大于第一预设容量1kW·h时，由控制器120控制双向变换器140对蓄电池130输出的直流电进行逆变，产生交流电为交流电网110输出电能。

当控制器120确定交流电网110的电压为240V，高于额定电压220V，并且蓄电池130的容量为5kW·h，小于第二预设容量9kW·h时，由控制器120控制双向变换器140对交流电网110输出的交流电进行整流，产生直流电为蓄电池130充电。

通过本实施例提供的供电系统10，当交流电网110电压较低时，利用蓄电池130给交流电网110补充电能，提升交流电网110电压，以确保住户能够正常用电。当交流电网110电压较高时，利用交流电网110给蓄电池130充电，以降低交流电网110的电压。该供电系统提高了供电的稳定性和可靠性，有效的克服了用电高峰期对住户相对分散区域的住户用电的影响。

实施例二

下面结合附图对本实施例提供的供电系统的工作原理进行详细的介绍。

参见图2，为本申请又一实施例提供的供电系统10的结构示意图。

本实施例中，该供电系统10应用于农村电网，尤其是住户分散的偏远山区的农村电网。

本实施例提供的供电系统10除了包括：交流电网110、控制器120、蓄电池130和双向变换器140外，还可以包括：光伏阵列150。

其中，光伏阵列150包括多片光伏模组。一般情况下，太阳光照射在一片光伏模组上，利用光生伏特效应，可以将太阳光能转化成直流电能，但一片光伏模组产生的电流较小，故，将多片光伏模组串联和/或并联在一起，形成光伏阵列150，以提高其产生的电能。

如图2所示，该光伏阵列150的第一端与控制器120的第四端相连，供控制器120对光伏阵列150输出能量的检测。

光伏阵列150的第二端与蓄电池130的第三端相连，用于根据控制器120的相关控制命令控制光伏阵列150为蓄电池130充电。

光伏阵列150的第三端与双向变换器140的第四端相连，用于根据控制器120的相关控制命令控制双向变换器140将光伏阵列150的直流电逆变为交流电，向交流电网110输出电能。

具体实现时，作为一种示例，当控制器120控制蓄电池130向交流电网110输出电能时，说明此时交流电网110的电压较低，需要其他的电能对其进行电压支撑，如果控制器120检测到当前光伏阵列150有能量输出，则，控制器120还用于控制双向变换器140将光伏阵列150输出的直流电逆变为交流电，向交流电网110输出电能。

该示例中，在光伏阵列150有能量输出时，可以与蓄电池130同时为电压较低的交流电网110输出电能，进而实现快速、有效的对供电系统交流电网110电压的稳定。

作为另一种示例，当控制器120控制交流电网110向蓄电池130充电时，说明此时交流电网110的电压较高，不需要其他的电能对其进行电压支撑。此时，当控制器120检测到蓄电池130的容量小于第二预设容量时，并且检测到当前光伏阵列150有能量输出时，则，控制器120还用于控制光伏阵列150为所述蓄电池130进行充电。

该示例中，在光伏阵列150有能量输出时，可以与交流电网110同时为蓄电池130进行充电，进而可以将蓄电池130快速的充为满电，确保蓄电池130在大部分时间处于满电状态，时刻为交流电网110输出电能做好准备。

作为再一种示例，当蓄电池的容量接近蓄电池130满电的容量时，控制器120检测到蓄电池130处于待机状态(即，浮充状态)，当控制器120检测到光伏阵列150有能量输出时，首先，控制器120控制光伏阵列150为蓄电池130进行充电，直到蓄电池130充满电为止，进而确保蓄电池130在大部分时间处于满电状态。然后，控制器120控制双向变换器140将光伏阵列150输出的直流电逆变为交流电，向交流电网110输出电能。

该示例中，当控制器120检测到蓄电池130处于待机状态，且光伏阵列150有能量输出时，控制器120可以先控制光伏阵列150为蓄电池130充电，直到检测到蓄电池130的状态变为满电状态；控制器120可以再控制双向变换器140将光伏阵列150输出的直流电逆变为交流电，向交流电网110输出电能。可见，在光伏阵列150有能量输出时，可以在确保蓄电池130充为满电的基础上，再为电压较低的交流电网110输出电能，从而提供了一个可靠和稳定的供电系统10。

可以理解，蓄电池130不可能存在既充电又放电的状态，即光伏阵列150不可能在给蓄电池130充电的同时，还为交流电网110放电，故，该示例中光伏阵列150给蓄电池130充电，以及为交流电网110放电的两个过程是先后分开执行的。

需要说明的是，由于光照是光伏阵列150产生电能的必要条件，在白天有光照时，可以检测到光伏阵列150输出能量。而晚上一般没有光照，光伏阵列不输出电能，故，晚上该供电系统10的工作与实施例一的工作相同，这里不再赘述。

而如图3所示，该供电系统10还可以包括电压互感器160，该电压互感器160，用于检测交流电网110的电压，并将检测的交流电网110的电压发送给所述控制器120。

另外，该供电系统10还包括第一电量检测电路170，用于检测蓄电池130的容量，并将检测的蓄电池130的容量发送给所述控制器120中。

此外，该供电系统10还可以包括第二电量检测电路180，用于检测光伏阵列150的能量输出，并将检测的光伏阵列150的能量输出发送给所述控制器120中。

可以理解的是，为了在线路或者供电设备出现故障时，可以对其进行安全的检修和更换，在该供电系统10的交流电网110与双向变换器140之间，交流电网110与控制器120之间，控制器120与双向变换器140之间，双向变换器140与光伏阵列150之间，以及蓄电池130与双向变换器140之间，均设置有开关，分别为开关K1-开关K5。其中，开关K1-开关K5可以是各种形式的开关，包括继电器、IGBT等。

另外，为了节省占地空间，具体实现时，本实施例提供的供电系统10的整体示意图如图4所示。该供电系统10的控制器120、蓄电池130和双向变换器140均位于集装箱401内，而光伏阵列150可以位于集装箱401顶部，这样设置可以使该供电系统体积较小，既可以节省空间，又可以尽可能的让光伏阵列150接收到更多的光照，从而输出更多的能量。

而为了使供电系统10能够持续、高效为住户提供高质量的电能，在本申请实施例中，蓄电池130采用全钒液流电池，由于该蓄电池130安全可靠、使用寿命长、环境友好、电池均匀性好、可实时直接监测其充放电状态等特点，故，包括了全钒液流电池的供电系统10可以为住户提供更加稳定和可靠的电能。

在交流电网110电压较低，且蓄电池130有一定的容量时，控制器120控制双向变换器140对蓄电池130输出的直流电进行逆变，并将逆变后的交流电输出给交流电网110；在交流电网110电压大于额定需求，且蓄电池容量没有达到满电时，控制器120控制双向变换器140将交流电网110的交流电进行整流，输出的直流电为蓄电池130充电。

通过本实施例提供的供电系统10，除了控制器120通过对交流电网110的电压以及蓄电池130的容量的实时检测，并根据交流电网110以及蓄电池130的实际情况，控制双向变换器140的工作方式外，还利用光伏阵列150输出的能量，在提高了供电的稳定性和可靠性、有效的克服了用电高峰期对住户相对分散区域的住户用电的影响的基础上，进一步提高了为蓄电池130充电以及为交流电网110输出电能的快速性。

实施例三

本申请实施例还提供了一种供电方法。应用于实施例一以及实施例二所述的供电系统10，该供电系统10包括：交流电网110、控制器120、蓄电池130和双向变换器140。

参见图5，为本实施例提供的供电方法的流程图，该供电方法包括：

步骤501，检测交流电网110的电压低于预设电压；

步骤502，检测蓄电池130的容量；

步骤503，当检测交流电网110的电压低于预设电压时，判断所述蓄电池130的容量是否大于第一预设容量，如果是，执行步骤504；

步骤504，控制所述双向变换器140将所述蓄电池130的直流逆变为交流向所述交流电网110输出电能；

步骤505，检测所述交流电网110电压大于额定电压时，判断所述蓄电池130的容量是否小于第二预设容量，如果是，则执行步骤506；

步骤506，控制所述双向变换器140将所述交流电网110的交流整流为直流给所述蓄电池130充电；

其中，所述第一预设容量小于所述第二预设容量。

可选地，该供电方法还包括：

步骤507，当控制所述蓄电池130向所述交流电网110输出电能时，确定所述光伏阵列150是否有能量输出，如果是，则执行步骤508；

步骤508，控制所述双向变换器140将所述光伏阵列150的直流逆变为交流向所述交流电网110输出电能。

本申请实施例是上述供电系统实施例对应的方法实施例，具体实现方式以及达到的技术效果，可以参考上述供电系统实施例的描述，这里不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种供电系统，其特征在于，包括：交流电网、控制器、蓄电池和双向变换器；

所述控制器，用于确定所述交流电网电压低于预设电压时，且确定所述蓄电池的容量大于第一预设容量时，控制所述双向变换器将所述蓄电池的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能；

所述控制器，还用于确定所述交流电网电压大于额定电压时，且确定所述蓄电池的容量小于第二预设容量时，控制所述双向变换器将所述交流电网的交流整流为直流给所述蓄电池充电；

所述第一预设容量小于所述第二预设容量。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括：光伏阵列；

所述控制器，还用于当控制所述蓄电池向所述交流电网输出电能时，确定所述光伏阵列有能量输出，则控制所述双向变换器将所述光伏阵列的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括：光伏阵列；

所述控制器，还用于当确定所述蓄电池的容量小于第二预设容量时，且所述蓄电池没有向所述交流电网输出电能时，如果所述光伏阵列有能量输出，则控制所述光伏阵列为所述蓄电池进行充电。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括：光伏阵列；

所述控制器，还用于确定所述蓄电池处于待机状态时，如果所述光伏阵列有能量输出，则控制所述光伏阵列为所述蓄电池进行充电，当所述蓄电池充满电后，控制所述双向变换器将所述光伏阵列的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括：电压互感器；

所述电压互感器，用于检测交流电网电压，并将检测的交流电网电压发送给所述控制器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的供电系统，其特征在于，所述控制器、蓄电池和双向变换器均位于集装箱内，所述光伏阵列位于所述集装箱顶部。

7.根据权利要求1-5任一项所述的供电系统，其特征在于，所述蓄电池为全钒液流电池。

8.根据权利要求1-5任一项所述的供电系统，其特征在于，该供电系统应用于农村电网。

9.一种供电方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的供电系统，所述供电系统包括：交流电网、控制器、蓄电池和双向变换器；

检测交流电网电压低于预设电压时，判断所述蓄电池的容量大于第一预设容量时，控制所述双向变换器将所述蓄电池的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能；

检测所述交流电网电压大于额定电压时，判断所述蓄电池的容量小于第二预设容量时，控制所述双向变换器将所述交流电网的交流整流为直流给所述蓄电池充电；

所述第一预设容量小于所述第二预设容量。

10.根据权利要求9所述的供电方法，其特征在于，还包括：

当控制所述蓄电池向所述交流电网输出电能时，确定所述光伏阵列有能量输出，则控制所述双向变换器将所述光伏阵列的直流逆变为交流向所述交流电网输出电能。