CN111564839A - 一种供电调节系统以及供电调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种供电调节系统，该系统包括有供电侧母线、用电侧母线、切换开关、燃油发电机组以及储能装置，外部市电接入供电侧母线，外部负载接入用电侧母线；切换开关设置在供电侧母线以及用电侧母线之间，切换开关的一端连接供电侧母线，开关的另一端连接用电侧母线，储能装置接入用电侧母线。本发明还提供一种供电调节方法，该方法基于上述供电调节系统，采用该供电调节方法可方便将该供电调节系统应用在紧急供电场合下以及供电与负载不平衡的情况下，用以实现不间断电源供应、提高系统能源利用率、降低度电能耗、提升工作效率、避免申请扩容延误工期等有益效果。

Description

一种供电调节系统以及供电调节方法
技术领域
本发明属于电源技术领域，特别涉及一种供电调节系统及其供电调节方法。
背景技术
现代社会对电力的依赖性日益增强，市电供应与用电负载之间的供需关系受用电区域、用电时段、用电性质、突发意外以及电力输送等因素影响较大，市电突然断供或市电供应的电能不能满足负载使用的情况时有发生，如何应对上述突发状况，平衡供电侧供应的电能与用电侧使用的电能，使其能保持总体平衡，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
针对市电突然断供的情况，现有技术中通常使用不间断电源解决，例如在申请号为“201420604582.X”的专利申请文件中公开了一种基于UPS的紧急供电电路，其包括降压变换器，电源电路和开关控制电路，电源电路从UPS的电池取电并输入到降压变换器的输入端，开关控制电路根据UPS的工作状态控制电源电路的通断以及开关降压变换器，在UPS处于开机工作状态时，开关控制电路控制电源电路导通并开启降压变换器，降压变换器得以将UPS的电池的电压转换成适用于小型用电设备的电压并输出。从该实用新型中可以清楚得知，采用UPS解决市电突然断供时的临时供电问题，其实质即为UPS中的电池在市电正常供应时存储电能，一旦市电断供，电源电路即从电池中取电，整理转换后供给负载。
采用不间断电源应对市电突然断供时的临时用电问题的方法，将不可避免地存在电池存储能力有限的问题，一旦UPS中的电池中存储的电能耗尽而市电并未恢复供应，则UPS将无力再继续承担带载工作。
现有技术中还常将燃油发电机应用在市电断供时的紧急供电场合，例如在申请号为“201620972540.0”的专利申请文件中公开的柴油发电机组双电源自动切换柜，其中即涉及到市电与柴油发电机共存为双电源，在外部市电突然断供时，自动切换柜动作，将柴油发电机切入带动负载的紧急供电方式。
应该指出，将柴油发电机应用到紧急供电场合中时，柴油发电机自身将具有严重缺陷：一方面，如保持柴油发电机机始终开启等待紧急供电，则柴油发电机将一直产生油耗，能源浪费严重；而另一方面，如柴油发电机始终关闭，仅在市电断供时启动向负载供电，则其启动过程将普遍经历几十秒甚至几分钟，负载将在其启动过程中经历电力供应空档。由此可见，使用柴油发电机来应对市电突然断供时的紧急供电问题，不仅应用范围十分有限，其应用效果也不尽理想。
除上述市电突然断供的情况，用电单位还普遍面临市电供应与用电负载之间供需不平衡的问题，如负载经历用电高峰，市电供应的电能不足以满足负载的用电需求；或负载经历用电低谷，市电供应过剩；如市电供应不足，则用电单位需电力供应部门申请扩容，申请市电临时容量易受限制，且其审批周期普遍较长，对于有迫切用电需求的用电单位来说不现实。
综上，如何构建一个供电调节系统，基于该系统平衡供电侧供应的电能与用电侧使用的电能，应对市电供应的突发状况，平衡供电电源与用电负载，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种供电系统，该系统设置在外部市电与外部负载之间，其系统架构简洁清晰，方便用于调节供电侧与用电侧的供需关系，应对突发的供电状况。
本发明的另一个目的在于提供一种供电调节方法，该供电调节方法基于上述供电调节系统，该供电调节方法可方便系统应对外部市电突然断供的状况，维持系统在外部市电突然断供时为外部负载提供不间断的电源供应。
本发明的又一个目的在于提供一种合理控制系统中各个供电装置的工作效率、降低系统供电的度电能耗的供电调节方法。
本发明的再一个目的在于提供一种供电调节方法，该供电调节方法具有在外部负载的用电功率走高时稳定供电的能力，采用本发明提供的供电调节方法，在外部负载用电量走高时，用电单位采用该种供电调节方法无需对外部市电的变压器扩容，避免因外部负载用电高峰带来的变压器扩容、延误工程工期的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种供电调节系统，该系统包括有供电侧母线、用电侧母线、切换开关、燃油发电机组以及储能装置，外部市电接入供电侧母线，外部负载接入用电侧母线；切换开关设置在供电侧母线以及用电侧母线之间，切换开关的一端连接供电侧母线，开关的另一端连接用电侧母线，切换开关闭合时，供电侧母线连接用电侧母线；切换开关断开时，供电侧母线与用电侧母线断开连接；燃油发电机组中包括有至少一个燃油发电机，本系统工作时，燃油发电机组适时接入供电侧母线，储能装置接入用电侧母线。
该系统中还包括有能量管理装置，能量管理装置分别与外部市电、每一个燃油发电机、供电侧母线、切换开关、用电侧母线、储能装置交互以及外部负载；切换开关受能量管理装置控制闭合或断开。能量管理装置在本发明提供的技术方案中其中统筹管理的作用，该技术方案应用到实际中时，能量管理装置可采用具有逻辑运算功能的单片机、单板机、片上系统等智能器件实现，且本领域技术人员可视其具体应用场景需求以及选用的智能器件性能，选择性将其接入互联网，方便技术人员远程操控。
本发明提供的技术方案应用在外部市电断供的工况下时，将起到多源不间断供电的作用：由于该供电调节系统将燃油发电机组连接在供电侧母线上，保持储能装置与用电侧母线连接，且二者均与能量管理装置交互，向其反馈工作情况，接收其控制信息，执行其控制指令，则在外部市电断电瞬间，能量管理装置可快速动作，断开切换开关，该种情况下储能装置不能向外部市电方向放电，只能通过自然地向外部负载供电，带动外部负载；而一旦外部市电持续较长一段时间断供，储能装置迫近其放电极限，则能量管理装置可通过与燃油发电机模块的交互，控制燃油发电机组启动，并将其产生的电能汇入供电侧母线，闭合切换开关，由燃油发电机向外部负载供电。
而本发明提供的供电调节系统还可应用在外部市电正常供应的工况下，用于平衡供电侧发出的功率以及用电侧消耗的功率，系统通过能量管理装置的合理调度，在外部市电不能单独带动外部负载时，优先调度储能装置补充功率差额，如储能装置中存储的能量不够，则能量管理装置可启用燃油发电机带载，调度起来十分方便，
因此可以推知，在本发明提供的供电调节系统中，将充分利用储能装置能够快速反应，及时供电的性能，用以在外部市电骤然断供时无缝切换，为外部负载紧急供电；考虑到储能装置存贮能力有限，本发明提供的供电方法还在系统中设置燃油发电机，利用其能长时间供电的性能，在外部市电持续断供时为外部负载提供持续的能源供给，该系统结合了两种电源的反应快、供应时间长的优点，同时有效避开了其存储能量有限、能耗高反应慢的缺点，为紧急供电提供了结构简洁、层次分明的供电调节系统。
该系统中还包括有用于受控调整接入的燃油发电机的发电步调、待其与外部市电或外部负载同期后接入供电侧母线的同期装置，同期装置设置在燃油发电机组与供电侧母线之间，每一个燃油发电机均接入同期装置，同期装置加入供电侧母线；同期装置还与能量控制装置交互。
在本发明提供的技术方案中还对多个燃油发电机设置了同期装置，同期装置受能源管理装置控制，当能源管理装置发出同期指令时，则同期装置将接收并执行该同期指令开始工作，调整此时接入的燃油发电机的发电步调，控制多个燃油发电机之间彼此同步的同时，还与此时同时工作的外部市电、外部负载或储能装置步调一致，待其步调一致后，同期装置将其接入供电侧母线，使燃油发电机组产生的电能同期汇入供电侧母线。
另外，由于每一个燃油发电机也与能量管理装置交互，则能量管理装置可方便控制每一个燃油发电机的工作状态，使得整个燃油发电机组能工作在其最佳功率点处，提升能源利用效率。
储能装置包括有储能变流器以及至少一个蓄电池，每一个蓄电池均接入储能变流器，储能变流器接入供电侧母线；储能变流器与能量管理装置交互。储能变流器受能量管理装置控制，将双向控制蓄电池适时充电或适时放电。
该系统还包括有用于将外部光伏发电装置分时接入的外光伏接口以及用于将外部储能设备接入的外储能接口，外光伏发电接口与外储能接口分别接入用电侧母线。设置外光伏发电接口与外储能接口，为本系统向外拓展更多类型、更大功率的供电来源提供可能，提升了系统整体的延展性。
本发明还提供一种供电调节方法，该方法包括有以下步骤：
S1：能量管理装置实时检测外部市电的供电状态以及外部负载的实时用电功率，当外部市电断供时，则跳转S2；当外部负载的实时用电功率大于外部市电的供电能力时，则跳转S3；当外部负载的实时用电功率等于外部市电的供电能力时，则跳转S4；当外部负载的实时用电功率小于外部市电的供电能力时，则跳转S5；
S2：能量管理装置调度燃油发电机组以及储能装置，对外部负载进行多源不间断供电；
S3：能量管理装置调度燃油发电机组以及储能装置运作，补充外部市电供电能力的缺额；
S4：能量管理装置禁止燃油发电机组工作，同时禁止储能装置不放电，外部市电单独带动外部负载；
S5：能量管理装置禁止燃油发电机组工作，外部市电带动外部负载的同时，外部市电对储能装置充电。
进一步地，S2具体包括有以下子步骤：
S21：能量管理装置控制切换开关断开，同时控制储能装置控制储能模块放电，此时储能装置带动外部负载；
S22：当储能装置达到其放电阈值时，能量管理装置即控制指定数量的燃油发电机启动，待其同期且达到其最佳工作功率点后，能源控制装置控制切换开关闭合，燃油发电机组接入供电侧母线，带动外部负载，同时向储能装置充电；
S23：当储能装置达到其充电阈值，返回S21。
进一步地，S3具体包括有以下子步骤：
S31：能量管理装置控制切换开关闭合，同时控制储能装置放电；
S32：当储能装置达到其放电阈值时，能量管理装置控制指定数量的燃油发电机启动，待其同期且达到其最佳工作功率点后，能源控制装置控制燃油发电机组接入供电侧母线，燃油发电机组与外部市电共同带动外部负载，同时向储能装置充电。
进一步地，S5具体包括有以下子步骤：
S51：能量控制装置控制切换开关闭合，外部市电带动外部负载的同时，对储能装置充电；
S52：当储能装置达到其充电阈值时，能量控制装置控制储能装置，禁止其放电。
具体地，在本发明提供的供电调节方法中，能量管理装置控制指定数量的燃油发电机达到其最佳工作功率点的方法具体为：能量管理装置中事先存储每一个燃油发电机的额定功率P0以及高效运行功率参数区间【Jmin，Jmax】，此时能量管理装置控制N个燃油发电机启动，并检测此时N个燃油发电机的实际总输出功率P1，将其与N*P0*Jmin以及N*P0*Jmax比较；如存在P1＜N*P0*Jmin，则能量管理装置控制禁止其中n1台燃油发电机工作，使得(N-n1)*P0*Jmin＜P1＜(N-n1)*P0*Jmax；而如存在P1＞N*P0*Jmax，则能量管理装置控制启动另外n2台燃油发电机工作，使得(N+n2)*P0*Jmin＜P1＜(N+n2)*P0*Jmax。
本发明通过上述供电调节方法，一方面可将上文涉及的供电调节系统应用于不间断电源领域，在外部市电突然断供的工况下为外部负载紧急供电，另一方面可应用在供电均衡领域，在外部负载经历用电高峰时，适时调度储能装置以及燃油发电机组填补外部市电的供电缺额，而在外部负载经历用电低谷时，控制外部市电在带动外部负载的同时向储能装置充电，将多余电量存储起来，该方法全面考虑到了市政供电与用电负载之间存在的多种供需关系，并在每一种供需关系下均充分发挥其对应作用，合理控制系统中各个供电装置的工作效率、降低系统供电的度电能耗，且采用本发明提供的供电调节方法，用电单位无需对变压器扩容，由此避免因外部负载用电高峰带来的变压器扩容、延误工程工期的问题。
应该指出，当系统在执行S2、S3、S4或S5步骤时，S1同步在执行，能量管理系统仍在实时检测外部市电的供电状态以及外部负载的实时用电功率，一旦二者的供需关系发生变化，则能量管理系统将强制终止正在进行的S2、S3、S4或S5步骤返回S1，这是本领域技术人员的公知常识，是经逻辑分析后的正常设置，并不在本发明提供的技术方案的保护范围内。
本发明的优势在于：相比于现有技术，在本发明当中提供的供电调节系统架构清晰、控制方便，拓展性强，而本发明提供的供电调节方法可全面应对外部市电与外部负载之间的各种供需关系，在全工况下充分发挥其供电调节作用，为外部负载稳定工作提供可靠的供电保证，避免扩容延误工期。
附图说明
图1是具体实施方式中所实现的一种供电调节系统的系统与外部市电A以及外部负载B结合的结构示意图。
具体实施方式
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说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
请参阅图1。
在本具体实施方式中提供一种供电调节系统，该系统包括有供电侧母线L1、用电侧母线L2、切换开关K1、燃油发电机组以及储能装置，外部市电接入供电侧母线L1，外部负载接入用电侧母线L2；切换开关设置在供电侧母线L1以及用电侧母线L2之间，切换开关的一端连接供电侧母线L1，开关的另一端连接用电侧母线L2，切换开关闭合时，供电侧母线L1连接用电侧母线L2；切换开关断开时，供电侧母线L1与用电侧母线L2断开连接；储能装置接入用电侧母线L2。
该系统中还包括有能量管理装置EMS，能量管理装置EMS分别与外部市电、燃油发电机组、供电侧母线L1、切换开关K1、用电侧母线L2、储能装置交互以及外部负载；切换开关K1受能量管理装置EMS控制闭合或断开。
燃油发电机组中包括有至少一个燃油发电机，分别为G1、G2···Gx···Gn。
在本具体方式提供的供电调节系统中还包括有同期装置，同期装置设置在燃油发电机组与供电侧母线之间，每一个燃油发电机Gx均接入同期装置，同期装置加入供电侧母线L2；同期装置还与能量控制装置EMS交互。
储能装置包括有储能变流器以及至少一个蓄电池，每一个蓄电池均接入储能变流器，储能变流器接入供电侧母线L1；储能变流器与能量管理装置EMS交互。储能变流器受能量管理装置EMS控制，将双向控制蓄电池适时充电或适时放电。
该系统还包括有用于将外部光伏发电装置分时接入的外光伏接口S1以及用于将外部储能设备接入的外储能接口S2，外光伏发电接口S1与外储能接口S2分别接入用电侧母线L2。
在本具体实施方式中还提供一种供电调节方法，该方法包括有以下步骤：
S1：能量管理装置EMS实时检测外部市电的供电状态以及外部负载的实时用电功率，当外部市电断供时，则跳转S2；当外部负载的实时用电功率大于外部市电的供电能力时，则跳转S3；当外部负载的实时用电功率等于外部市电的供电能力时，则跳转S4；当外部负载的实时用电功率小于外部市电的供电能力时，则跳转S5；
S2：能量管理装置EMS调度燃油发电机组以及储能装置，对外部负载进行多源不间断供电；
S3：能量管理装置EMS调度燃油发电机组以及储能装置运作，补充外部市电供电能力的缺额；
S4：能量管理装置EMS禁止燃油发电机组工作，同时禁止储能装置不放电，外部市电单独带动外部负载；
S5：能量管理装置EMS禁止燃油发电机组工作，外部市电带动外部负载的同时，外部市电对储能装置充电。
进一步地，S2具体包括有以下子步骤：
S21：能量管理装置EMS控制切换开关K1断开，同时控制储能装置控制储能模块放电，此时储能装置带动外部负载；
S22：当储能装置达到其放电阈值时，能量管理装置EMS即控制指定数量的燃油发电机G1、G2···Gx···Gn启动，待其同期且达到其最佳工作功率点后，能源控制装置控制切换开关K1闭合，燃油发电机组接入供电侧母线L1，带动外部负载，同时向储能装置充电；
S23：当储能装置达到其充电阈值，返回S21。
进一步地，S3具体包括有以下子步骤：
S31：能量管理装置EMS控制切换开关K1闭合，同时控制储能装置放电；
S32：当储能装置达到其放电阈值时，能量管理装置EMS控制指定数量的燃油发电机G1、G2···Gx···Gn启动，待其同期且达到其最佳工作功率点后，能源控制装置控制燃油发电机组接入供电侧母线L1，燃油发电机组与外部市电共同带动外部负载，同时向储能装置充电。
进一步地，S5具体包括有以下子步骤：
S51：能量控制装置控制切换开关K1闭合，外部市电带动外部负载的同时，对储能装置充电；
S52：当储能装置达到其充电阈值时，能量控制装置控制储能装置，禁止其放电。
具体地，在本具体实施方式提供的供电调节方法中，能量管理装置EMS控制指定数量的燃油发电机G1、G2···Gx···Gn达到其最佳工作功率点的方法具体为：能量管理装置EMS中事先存储每一个燃油发电机G1、G2···Gx···Gn的额定功率P0以及高效运行功率参数区间【Jmin，Jmax】，此时能量管理装置EMS控制N个燃油发电机G1、G2···Gx···GN启动，并检测此时N个燃油发电机G1、G2···Gx···GN的实际总输出功率P1，将其与N*P0*Jmin以及N*P0*Jmax比较；如存在P1＜N*P0*Jmin，则能量管理装置EMS控制禁止其中n1台燃油发电机G1、G2···Gx···(GN-GN-n1)工作，使得(N-n1)*P0*Jmin＜P1＜(N-n1)*P0*Jmax；而如存在P1＞N*P0*Jmax，则能量管理装置EMS控制启动另外n2台燃油发电机G1、G2···Gx···(GN-GN+n2)工作，使得(N+n2)*P0*Jmin＜P1＜(N+n2)*P0*Jmax。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供电调节系统，该系统包括有供电侧母线以及用电侧母线，外部市电接入供电侧母线，外部负载接入用电侧母线；
其特征在于，该系统还包括有切换开关、燃油发电机组以及储能装置；
所述切换开关设置在所述供电侧母线以及所述用电侧母线之间，所述切换开关的一端连接所述供电侧母线，所述开关的另一端连接所述用电侧母线，所述切换开关闭合时，所述供电侧母线连接所述用电侧母线；所述切换开关断开时，所述供电侧母线与所述用电侧母线断开连接；
所述燃油发电机组中包括有至少一个燃油发电机，所述燃油发电机组适时接入所述供电侧母线，所述储能装置接入所述用电侧母线。
2.如权利要求1所述的供电调节系统，其特征在于，该系统中还包括有能量管理装置，所述能量管理装置分别与外部市电、所述燃油发电机组、所述供电侧母线、所述切换开关、所述用电侧母线、所述储能装置交互以及外部负载；所述切换开关受所述能量管理装置控制闭合或断开。
3.如权利要求2所述的供电调节系统，其特征在于，该系统中还包括有用于受控调整接入的燃油发电机的发电步调、待其与外部市电或外部负载同期后接入所述供电侧母线的同期装置，所述同期装置设置在所述燃油发电机组与所述供电侧母线之间，每一个所述燃油发电机均接入所述同期装置，所述同期装置加入所述供电侧母线；
所述同期装置还与所述能量控制装置交互。
4.如权利要求2所述的供电调节系统，其特征在于，所述储能装置包括有储能变流器以及至少一个蓄电池，每一个所述蓄电池均接入所述储能变流器，所述储能变流器接入所述供电侧母线；
所述储能变流器与所述能量管理装置交互。
5.如权利要求2所述的供电调节系统，其特征在于，该系统还包括有用于将外部光伏发电装置分时接入的外光伏接口以及用于将外部储能设备接入的外储能接口，所述外光伏发电接口与所述外储能接口分别接入所述用电侧母线。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的供电调节系统的供电调节方法，其特征在于，该方法包括有以下步骤：
S1：所述能量管理装置实时检测外部市电的供电状态以及外部负载的实时用电功率，当外部市电断供时，则跳转S2；当外部负载的实时用电功率大于外部市电的供电能力时，则跳转S3；当外部负载的实时用电功率等于外部市电的供电能力时，则跳转S4；当外部负载的实时用电功率小于外部市电的供电能力时，则跳转S5；
S2：所述能量管理装置调度燃油发电机组以及所述储能装置，对外部负载进行多源不间断供电；
S3：所述能量管理装置调度所述燃油发电机组以及所述储能装置运作，补充所述外部市电供电能力的缺额；
S4：所述能量管理装置禁止所述燃油发电机组工作，同时禁止所述储能装置不放电，外部市电单独带动外部负载；
S5：所述能量管理装置禁止所述燃油发电机组工作，外部市电带动外部负载的同时，外部市电对所述储能装置充电。
7.如权利要求6所述的供电调节方法，其特征在于，所述S2具体包括有以下子步骤：
S21：所述能量管理装置控制切换开关断开，同时控制所述储能装置控制所述储能模块放电，此时所述储能装置带动外部负载；
S22：当所述储能装置达到其放电阈值时，所述能量管理装置即控制指定数量的所述燃油发电机启动，待其同期且达到其最佳工作功率点后，所述能源控制装置控制所述燃油发电机组接入所述供电侧母线，带动外部负载，同时向所述储能装置充电；
S23：当所述储能装置达到其充电阈值，返回S21。
8.如权利要求6所述的供电调节方法，其特征在于，所述S3具体包括有以下子步骤：
S31：所述能量管理装置控制所述切换开关闭合，同时控制所述储能装置放电；
S32：当所述储能装置达到其放电阈值时，所述能量管理装置控制指定数量的所述燃油发电机启动，待其同期且达到其最佳工作功率点后，所述能源控制装置控制所述燃油发电机组接入所述供电侧母线，所述燃油发电机组与外部市电共同带动外部负载，同时向所述储能装置充电。
9.如权利要求6所述的供电调节方法，其特征在于，所述S5具体包括有以下子步骤：
S51：所述能量控制装置控制所述切换开关闭合，所述外部市电带动外部负载的同时，对所述储能装置充电；
S52：当所述储能装置达到其充电阈值时，所述能量控制装置控制所述储能装置，禁止其放电。
10.如权利要求6-8任一项所述的供电调节方法，其特征在于，所述能量管理装置控制指定数量的所述燃油发电机达到其最佳工作功率点的方法具体为：所述能量管理装置中事先存储每一个所述燃油发电机的额定功率P0以及高效运行功率参数区间【Jmin，Jmax】，此时所述能量管理装置控制N个燃油发电机启动，并检测此时N个所述燃油发电机的实际总输出功率P1，将其与N*P0*Jmin以及N*P0*Jmax比较；如存在P1＜N*P0*Jmin，则所述能量管理装置控制禁止其中n1台所述燃油发电机工作，使得(N-n1)*P0*Jmin＜P1＜(N-n1)*P0*Jmax；而如存在P1＞N*P0*Jmax，则所述能量管理装置控制启动另外n2台所述燃油发电机工作，使得(N+n2)*P0*Jmin＜P1＜(N+n2)*P0*Jmax。
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