CN110710083B - 储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储能系统。根据本发明实施例的储能系统是作为管理电网及与电网连接的DC(Direct Current：直流)配电网络的电力的储能系统，其包括：第一转换器，连接在电网和DC配电网络之间，将电网的交流电压转换成直流电压后传输给DC配电网络；第二转换器，连接到DC配电网络，控制DC配电网络的电压；电池，连接到第二转换器，由第二转换器控制电池的充电/放电；第三转换器，连接到DC配电网络；以及第一负载，连接到第三转换器，由第三转换器控制所述第一负载的电压，第一转换器基于电池的SOC信息和第一负载的功耗信息，生成用于控制电池和第一负载中的至少一个以上的电力控制指令。

Description

储能系统
技术领域
本发明涉及能够不间断地供电的储能系统。
背景技术
储能系统(Energy Storage System)，是将产生的电力存储到包括发电厂、变电站以及输电线等的每个连接系统后，在需要电力时选择性地和有效地使用而提高能量效率的系统。
在储能系统中，如果通过使在时间段和季节上具有较大变化的电力负载平均来提高整体负载率，则可以降低发电成本，并减少扩建电力设施所需的投资成本和运营成本，从而可以降低电费并节省能源。
这种储能系统在电力电网中安装和应用于发电、输电和配电以及电力用户，并用作频率调整(Frequency Regulation)、稳定使用可再生能源的发电机输出、降低峰值负载(Peak Shaving：调峰)、使负载平均(Load Leveling)、应急电源等。
另外，储能系统根据存储方法主要分为物理储能和化学储能。物理储能中包括使用扬水发电、压缩空气存储、飞轮等的方法，化学储能中包括使用锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等的方法。
然而，为了使储能系统能够不间断地供电，使现有技术的柴油发电机发挥紧急发电功能，在这种情况下，存在为了无缝切换柴油发电机，需要使用昂贵的紧急切换开关和算法等的问题。
另外，现有技术的储能系统的情况下，其是单向设计的，没有电力交易算法，因此存在不能与电网进行电力交易的问题。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种储能系统，其能够不间断地供电，并且能够通过电池的持续充电/放电控制来与电网进行电力交易。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的储能系统作为管理电网及与电网连接的DC(DirectCurrent：直流电)配电网络的电力的储能系统，其包括：第一转换器，连接在电网和DC配电网络之间，将电网的交流电压转换成直流电压后传输给DC配电网络；第二转换器，连接到DC配电网络，控制DC配电网络的电压；电池，连接到第二转换器，由第二转换器控制电池的充电/放电；第三转换器，连接到DC配电网络；以及第一负载，连接到第三转换器，由第三转换器控制所述第一负载的电压，第一转换器基于电池的SOC信息和第一负载的功耗信息，生成用于控制电池和第一负载中的至少一个以上的电力控制指令。
还包括：通信部，从所述第二转换器和第三转换器分别接收电池的SOC(State ofCharge：荷电状态)信息和第一负载的功耗信息后发送给第一转换器，从第一转换器接收电力控制指令后发送给第二转换器和第三转换器中的至少一个以上；以及上位控制器，通过通信部来控制和监视第一转换器至第三转换器。
还包括：第四转换器，连接到所述DC配电网络；以及第二负载，连接到第四转换器，由第四转换器控制第二负载的电压。
所述第四转换器将第二负载的功耗信息发送给通信部，通信部将第二负载的功耗信息发送给第一转换器，第一转换器基于电池的SOC信息、第一负载的功耗信息以及第二负载的功耗信息，生成用于控制电池、第一负载以及第二负载中的至少一个以上的电力控制指令，通信部从第一转换器接收用于控制电池、第一负载以及第二负载中的至少一个以上的电力控制指令后发送给第二转换器至第四转换器中的至少一个以上，上位控制器控制和监视第四转换器。
所述第二转换器将从DC配电网络接收到的DC电压转换成DC电压后提供给电池，或者将从电池接收到的DC电压转换成DC电压后提供给DC配电网络，第三转换器将从DC配电网络接收到的DC电压转换成DC电压后提供给第一负载，第四转换器将从DC配电网络接收到的DC电压转换成AC(Alternating Current：交流)电压后提供给第二负载。
在与电网连接的状态下以电池充电/放电模式驱动时，所述第一转换器分析从通信部接收到的电池的SOC信息，判别电池的SOC是否包含在预定的限制范围内，基于判别结果，生成电力控制指令。
当电池的SOC在预定的限制范围内时，所述第一转换器考虑电池的充电或放电电力和第一负载的功耗来生成电力控制指令，将所生成的电力控制指令通过通信部传输给第二转换器和第三转换器，基于所生成的电力控制指令，执行电网的电力控制。
当所述电池的SOC超出预定的限制范围时，所述第一转换器以正常模式驱动，生成考虑了第一负载的功耗的电力控制指令，将所生成的电力控制指令通过通信部传输给第三转换器，基于所生成的电力控制指令，执行电网的电力控制。
如果所述电网中发生了事故，则第一转换器中断驱动，第二转换器在不间断的状态下将所述电池的电力供应到所述第一负载。
发明效果
如上所述，根据本发明，其优点在于，能够不间断地供电，能够通过电池的持续充电/放电控制来与电网进行电力交易，因此能够有效地调节用电量，并能够不间断地进行高质量的供电。
除了上述效果之外，还将与以下用于实施本发明的具体事项一起说明本发明的具体效果。
附图说明
图1是用于说明根据本发明实施例的储能系统的示意图。
图2是用于说明图1的储能系统的控制流程的流程图。
图3是用于说明利用图1的储能系统的电网在连接期间的电力流的一例的示意图。
图4是用于说明利用图1的储能系统的电网在连接期间的电力流的另一例的示意图。
图5是用于说明利用图1的储能系统的电网在故障期间的电力流的示意图。
具体实施方式
参考附图，对前述的目的、特征以及优点进行详细说明，由此，本发明的所属技术领域的技术人员能够容易地实施本发明的技术思想。在对本发明进行说明的过程中，当判断针对与本发明有关的公知技术的具体说明不必要地使本发明的主旨模糊时，省略其详细说明。以下，参照附图对本发明所涉及的优选实施例进行详细说明。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的结构要。
在下文中，将参照图1至图5说明根据本发明实施例的储能系统。
图1是用于说明根据本发明实施例的储能系统的示意图。图2是用于说明图1的储能系统的控制流程的流程图。图3是用于说明利用图1的储能系统的电网在连接期间的电力流的一例的示意图。图4是用于说明利用图1的储能系统的电网在连接期间的电力流的另一例的示意图。图5是用于说明利用图1的储能系统的电网在故障期间的电力流的示意图。
首先，参照图1，根据本发明实施例的储能系统可以管理电网10及与电网10相连接的DC配电网络(即，DC电网)的电力。
具体而言，根据本发明实施例的储能系统可以包括：第一转换器100、第二转换器150、电池180、第三转换器200、第一负载230、第四转换器250、第二负载280、通信部300、上位控制器350。
作为参考，储能系统可以除了电网10和DC配电网络20以外，还包括分布式电源系统(未示出)，除了第一负载230和第二负载280以外，还包括附加负载，或者也可以仅包括第一负载230和第二负载280中的任一个负载。
然而，为了便于说明，在本发明中，举例说明了储能系统包括：第一转换器100、第二转换器150、电池180、第三转换器200、第一负载230、第四转换器250、第二负载280、通信部300、上位控制器350。
第一转换器100连接在电网10和DC配电网络20之间，并将电网10的AC电压转换成DC电压后传输给DC配电网络20。当然，第一转换器100也可以将DC配电网络20的DC电压转换成AC电压后传输给电网10。
因此，第一转换器100可以是AC-DC转换器。
具体而言，第一转换器100可以基于电池180的SOC信息、第一负载230的功耗信息以及第二负载280的功耗信息，生成用于控制电池180、第一负载230以及第二负载280中的至少一个以上的电力控制指令。
即，第一转换器100可以从通信部300实时接收电池180的SOC信息、第一负载230的功耗信息以及第二负载280的功耗信息，可以基于所接收的电池180的SOC信息、第一负载230的功耗信息以及第二负载280的功耗信息，生成用于控制电池180、第一负载230以及第二负载280中的至少一个以上的电力控制指令。
另外，第一转换器100可以将所生成的电力控制指令发送给通信部300。
第二转换器150连接到DC配电网络20，并可以控制DC配电网络20的电压。
具体而言，第二转换器150不仅可以控制DC配电网络20的电压，还可以控制电池180的充电/放电。
即，第二转换器150可以将从DC配电网络20接收到的DC电压转换成DC电压后提供给电池180，或者可以将从电池180接收到的DC电压转换成DC电压后提供给DC配电网络20。
因此，第二转换器150可以是DC-DC转换器。
另外，第二转换器150可以检测电池180的SOC，并将电池180的SOC信息发送给通信部300，并可以从通信部300接收第一转换器100所生成的电力控制指令。
另外，第二转换器150可以基于接收到的电力控制指令来控制电池180的充电/放电。
第三转换器200连接到DC配电网络20，并可以控制第一负载230的电压。
具体而言，第三转换器200可以将从DC配电网络20接收到的DC电压转换成DC电压后提供给第一负载230。即，第三转换器200可以控制第一负载230的电力状态。
因此，第三转换器200可以是DC-DC转换器，第一负载230可以是DC负载。
另外，第三转换器200可以检测第一负载230的功耗(即，所需电力)，并将第一负载230的功耗信息发送给通信部300，并可以从通信部300接收第一转换器100所生成的电力控制指令。
另外，第三转换器200可以基于接收到的电力控制指令来控制第一负载230的电压或电力。
第四转换器250连接到DC配电网络20，并可以控制第二负载280的电压。
具体而言，第四转换器250可以将从DC配电网络20接收到的DC电压转换成AC电压后提供给第二负载280。即，第四转换器250可以控制第二负载280的电力状态。
因此，第四转换器250可以是DC-AC转换器，第二负载280可以是AC负载。
另外，第四转换器250可以检测第二负载280的功耗(即，所需电力)，并将第二负载280的功耗信息发送给通信部300，并可以从通信部300接收第一转换器100所生成的电力控制指令。
另外，第四转换器250可以基于接收到的电力控制指令来控制第二负载280的电压或电力。
电池180连接到第二转换器150，并可以由第二转换器15控制所述电池180的充电/放电。
另外，电池180可以由至少一个以上的电池单元(battery cell)构成，每个电池单元可以包括多个裸电池(bare cell)。
第一负载230连接到第三转换器200，并且可以由第三转换器200控制所述第一负载230的电压(即，电力)。
另外，第一负载230例如可以是DC负载。
第二负载280连接到第四转换器250，并且可以由第四转换器250控制所述第二负载280的电压(即，电力)。
另外，第二负载280例如可以是AC负载。
通信部300可以从第二转换器150接收电池180的SOC信息，从第三转换器200接收第一负载230的功耗信息，从第四转换器250接收第二负载280的功耗信息。
具体而言，通信部300可以通过高速通信基础(例如，CAN(ControllerAreaNetwork：控制器局域网络))来实现，并且可以以有线或无线方式与第一转换器100至第四转换器250以及上位控制器350进行通信。
另外，通信部300可以从第二转换器150接收电池180的SOC信息，从第三转换器200接收第一负载230的功耗信息，从第四转换器250接收第二负载280的功耗信息，并将这些信息发送给第一转换器100，并可以从第一转换器100接收电力控制指令后发送给第二转换器150至第四转换器250中的至少一个以上。
作为参考，根据本发明实施例的储能系统也可以不包括通信部300。即，第一转换器100也可以直接与第二转换器150至第四转换器250进行通信，或者上位控制器350也可以直接与第一转换器100至第四转换器250进行通信，而无需额外的通信部。
然而，为了便于说明，在本发明中，将以储能系统包括通信部300为例进行说明。
上位控制器350可以通过通信部300来控制和监视第一转换器100至第四转换器250。
具体而言，上位控制器350例如可以是PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)或EMS(Energy Management System：能量管理系统)，并且通过通信部300与每个构成要素(例如，第一转换器100至第四转换器250以及电网10、电池180、第一负载230、第二负载280等)进行通信，从而可以判断当前的操作状态。另外，上位控制器350控制储能系统的所有顺序操作，并可以根据每个状况向各个构成要素下达指令以执行操作。
然而，在本发明中，上位控制器350可以不执行与第一转换器100至第四转换器250重复的功能和作用。
因此，上位控制器350的电路和构成要素可以进一步被简化，并且随着通信连接的复杂程度降低，不仅可以降低对通信信号的干扰，还可以降低操作期间发生错误的概率。
因此，可以改善储能系统的性能和可靠性。
接着，参照图2至图5，示出了图1的储能系统的控制流程和储能系统的电力流。
具体而言，示出了储能系统中的第一转换器100的控制流程及根据该控制流程的电力流，对其观察如下。
首先，第一转换器100判断是否与电网10连接(S100)。
具体而言，当第一转换器100与电网10连接时，所述第一转换器100可以以电池充电/放电模式或正常(Normal)模式驱动。
当第一转换器100与电网10连接的状态下以电池充电/放电模式驱动时(S120)，第一转换器100分析电池180的SOC信息(S140)。
具体而言，第一转换器100可以实时地从通信部300接收电池180的SOC信息而分析电池180的SOC信息。
如果分析了电池180的SOC信息(S140)，则第一转换器100判别电池180的SOC是否包含在预定的限制范围内(S160)。
具体而言，第一转换器100可以基于分析结果来判别电池180的SOC是否包含在预定的限制范围(即，SOC最小值(SOC_Min)～SOC最大值(SOC_Max))内。
当判别结果为电池180的SOC包含在预定的限制范围内时，第一转换器100可以考虑电池180的充电或放电电力以及第一负载230和第二负载280的功耗而生成电力控制指令P*。
这里，电力控制指令P*可以是指例如将第一负载230和第二负载280的耗电量(P_Load)与电池180的充电或放电的电量(P_Battery)相加而得到的值。
另外，第一转换器100可以通过通信部300将所生成的电力控制指令P*传输到第二转换器150至第四转换器250。
另外，如图3所示，第一转换器100可以基于所生成的电力控制指令P*来执行电网10的电力控制。
例如，当电池180需要充电时，可以基于所生成的电力控制指令P*将电网10的电力提供给电池180，当电池180需要放电时，可以基于所生成的电力控制指令P*将电池180的放电电力提供给电网10。
即，如上所述，第一转换器100可以使电网10与电池180之间的电力交易工作基于电力控制指令P*而进行。
当然，第二转换器150可以基于从通信部300接收到的电力控制指令P*来控制电池180的充电/放电。
另外，第一转换器100可以基于所生成的电力控制指令P*，将电网10的电力供应到第一负载230和第二负载280。
当然，第三转换器200和第四转换器250可以基于从通信部300接收到的电力控制指令P*，对第一负载230和第二负载280进行电压控制。
相反地，当判别结果为电池180的SOC超出预定的限制范围时，第一转换器100可以以正常(Normal)模式驱动(S200)。
具体而言，第一转换器100以正常模式驱动，并可以生成考虑了第一负载230和第二负载280的功耗的电力控制指令P*。
这里，电力控制指令P*例如可以是指第一负载230和第二负载280的耗电量(P_Load)。
另外，第一转换器100可以通过通信部300将所生成的电力控制指令P*传输给第二转换器150至第四转换器250。
另外，如图4所示，第一转换器100可以基于所生成的电力控制指令P*，执行电网10的电力控制(S220)。
例如，当电池180的SOC超出预定的限制范围时，电池180的充电/放电被中断，第一转换器100可以基于所生成的电力控制指令P*，将电网10的电力供应到第一负载230和第二负载280。
当然，第三转换器200和第四转换器250可以基于从通信部300接收到的电力控制指令P*，对第一负载230和第二负载280执行电压控制。
然而，当第一转换器100判断是否与电网10连接时(S100)，如果电网10中发生事故(即，电网10断电或断开时)，则第一转换器100可以关闭(turn-off)门信号而中断驱动，第二转换器150可以在不间断的状态下将电池180的电力供应到第一负载230和第二负载280中的至少一个(S240)。
具体而言，即使当电网10和DC配电网络20因电网10事故而断开连接(即，断开时)时，第二转换器150也会正常地控制DC配电网络20的电压，因此能够无延迟地(即，以不间断状态)将电池180的电力供应到第一负载230和第二负载280中的至少一个以上。
如上所述，根据本发明，其优点在于，能够不间断地供电，能够通过电池180的持续充电/放电控制来与电网10进行电力交易，因此能够有效地调节用电量，并能够不间断地进行高质量的供电。
对于本发明所属领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术思想范围内，前述的本发明可以进行各种替换、变形以及变更，因此本发明并不限于上述的实施例和附图。

Claims (6)

1.一种储能系统，管理电网及与所述电网连接的DC配电网络的电力，其中，所述储能系统包括：
第一转换器，连接在所述电网和所述DC配电网络之间，将所述电网的AC电压转换成DC电压后传输给所述DC配电网络；
第二转换器，连接到所述DC配电网络，控制所述DC配电网络的电压；
电池，连接到所述第二转换器，由所述第二转换器控制所述电池的充电/放电；
第三转换器，连接到所述DC配电网络；以及
第一负载，连接到所述第三转换器，由所述第三转换器控制所述第一负载的电压；
所述第一转换器基于所述电池的SOC信息和所述第一负载的功耗信息，生成用于控制所述电池和所述第一负载中的至少一个以上的电力控制指令；
在与所述电网连接的状态下以电池充电/放电模式驱动时，
所述第一转换器分析所述电池的SOC信息，判别所述电池的SOC是否包含在预定的限制范围内，
基于判别结果，生成所述电力控制指令；
当所述电池的SOC超出所述预定的限制范围时，
所述第一转换器以正常模式驱动，生成考虑了所述第一负载的功耗的所述电力控制指令，
将所生成的所述电力控制指令传输给所述第三转换器，
基于所生成的所述电力控制指令，执行所述电网的电力控制；
如果所述电网中发生了事故，则所述第一转换器中断驱动，
所述第二转换器在不间断的状态下将所述电池的电力供应到所述第一负载。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其中，
所述储能系统还包括：
通信部，从所述第二转换器和所述第三转换器分别接收所述电池的SOC信息和所述第一负载的功耗信息后发送给所述第一转换器，从所述第一转换器接收所述电力控制指令后发送给所述第二转换器和所述第三转换器中的至少一个以上；以及
上位控制器，通过所述通信部来控制和监视所述第一转换器至所述第三转换器。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其中，还包括：
第四转换器，连接到所述DC配电网络；以及
第二负载，连接到所述第四转换器，由所述第四转换器控制所述第二负载的电压。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其中，
所述第四转换器将所述第二负载的功耗信息发送给所述通信部，
所述通信部将所述第二负载的功耗信息发送给所述第一转换器，
所述第一转换器基于所述电池的SOC信息、所述第一负载的功耗信息以及所述第二负载的功耗信息，生成用于控制所述电池、所述第一负载以及所述第二负载中的至少一个以上的电力控制指令，
所述通信部从所述第一转换器接收用于控制所述电池、所述第一负载以及所述第二负载中的至少一个以上的电力控制指令后发送给所述第二转换器至所述第四转换器中的至少一个以上，
所述上位控制器控制和监视所述第四转换器。
5.根据权利要求3所述的储能系统，其中，
所述第二转换器将从所述DC配电网络接收到的DC电压转换成DC电压后提供给所述电池，或者将从所述电池接收到的DC电压转换成DC电压后提供给所述DC配电网络，
所述第三转换器将从所述DC配电网络接收到的DC电压转换成DC电压后提供给所述第一负载，
所述第四转换器将从所述DC配电网络接收到的DC电压转换成AC电压后提供给所述第二负载。
6.根据权利要求2所述的储能系统，其中，
当所述电池的SOC在所述预定的限制范围内时，
所述第一转换器考虑所述电池的充电或放电电力和所述第一负载的功耗来生成所述电力控制指令，
将所生成的所述电力控制指令通过所述通信部传输给所述第二转换器和所述第三转换器，
基于所生成的所述电力控制指令，执行所述电网的电力控制。
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