CN112467858A - 一种一体化充放电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化充放电系统，包括交流母线、充放电桩、用电负载、光伏发电模块和储能电池；所述充放电桩和储能电池均与所述交流母线双向电性连接，所述光伏发电模块输出端与所述交流母线的输入端电性连接，所述用电负载与充放电桩双向电性连接；在离网模式中，光伏发电模块和充放电桩为储能电池提供电能，储能电池也为充放电桩提供电能，在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至交流母线；当光伏产生电能无法满足负载时，其他负载可以反向传输电能至母线，合理利用过剩电能。

Description

一种一体化充放电系统

技术领域

本发明涉及综合能源领域，更具体地，涉及一种一体化充放电系统。

背景技术

在新一代电力系统建设进程中，储能作为其中重要一环，能够促进清洁能源高效消纳、确保大电网安全稳定运行、提升电网投资运行效率，建设智能柔性、经济高效的大电网，是建设清洁低碳、安全高效的能源体系提供关键技术支撑。

目前，用于光储充的一体化充放电装置一般包括：光伏组件、单向DC/DC转换器、储能单元、负载、直流母线，光伏组件通过单向DC/DC转换器与直流母线连接，用于向储能单元和负载提供直流电，负载是为电动汽车单向充电；单向 DC/DC转换器，其输入端与光伏组件连接，输出端与直流母线相连，用于把光伏组件输出的直流电转换成与储能单元或负载直流电输出；直流母线分别与负载、储能单元连接，用于传输光伏组件发的直流电或储能单元的储存的直流电；储能单元包括控制系统和蓄电池，蓄电池用于把光伏组件发的直流电以化学能的形式储存或向负载提供直流电电源。

可见，目前的装置一般是采用单向的转换器，当光伏组件产生的电能无法满足负载的负荷时，储能单元不能反向传输电能至母线以提供给负载使用，而当负载上电动汽车的电能过于剩余无处使用时，也无法反向传输回储能单元存储，当负载或储电设备存在过于剩余的电能，难以较好利用起来，显然，目前的光储充一体化充放电装置存在电能利用效率较低的技术问题。

现有的技术中，中国发明专利CN111244992A公开了“一种混合储能单元、级联型变流系统及其充放电控制方法”，公开日为2020年06月05日，提出了一种混合储能单元，该混合储能单元包括储能电池模块、超级电容器、双向DC DC电路、第一开关和第二开关；储能电池模块与超级电容器并联，且超级电容器与第一开关串联，储能电池模块与第二开关串联；双向DC-DC电路设置在储能电池模块与超级电容器之间，从而实现储能电池模块和超级电容器之间的电压均衡；该发明中，混合储能单元利用超级电容器和储能电池模块的特点，且通过控制电子开关、DC-DC电路及功率模块来实现级联型变流系统的工作稳定以及SOC均衡，但是其充放电并不是利用负载的多余电量，只能通过超级电容器和混合储能单元来对电能进行调配，其来源并不是用电负载，无法进行电能的反向传输。

发明内容

本发明为解决现有的装置采用单向的转换器，当光伏产生电能无法满足负载时，储能单元不能反向传输电能至母线的技术缺陷，提供了一种一体化充放电系统。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种一体化充放电系统，包括交流母线、充放电桩、用电负载、光伏发电模块和储能电池；所述充放电桩和储能电池均与所述交流母线双向电性连接，所述光伏发电模块输出端与所述交流母线的输入端电性连接，所述用电负载与充放电桩双向电性连接；在离网模式中，光伏发电模块和充放电桩为储能电池提供电能，储能电池也为充放电桩提供电能，在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至交流母线。

上述方案中，在离网模式中，光伏发电模块和充放电桩为储能电池提供电能，储能电池也为充放电桩提供电能，在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至交流母线；当光伏产生电能无法满足负载时，其他负载可以反向传输电能至母线，合理利用过剩电能。

所述充放电桩接入所述交流母线，用于通过所述交流母线获取电能，来为用电负载充电，或在用电负载上获取电能，以输送至所述交流母线；

所述光伏发电模块接入所述交流母线，用于为连接于所述交流母线上的设备提供电能；

所述储能电池通过直流母线与所述光伏发电模块连接，并接入所述交流母线，用于为连接于所述交流母线上的设备提供电能，或从直流母线获取电能；

还包括第一变压器，所述第一变压器设置在交流母线的输出端上，所述充放电桩和储能电池均与所述第一变压器双向电性连接，所述光伏发电模块输出端与所述变压器电性连接；在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至第一变压器。

还包括开关和第一储能变流器；所述开关连接于所述第一变压器和所述第一储能变流器之间，所述光伏发电模块、储能电池和充放电桩均通过第一储能变流器连接于所述开关。

所述充放电桩和储能电池均设置有DC/DC转换器，均通过所述DC/DC转换器接入交流母线，且并联连接于所述第一储能变流器；

在离网模式下，当所述交流母线断开，所述开关断开，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述充放电桩吸收用电负载的电能输送至所述储能电池；

在离网模式下，当所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩吸收用电负载、光伏发电模块和储能电池的电能；

在离网模式下，当所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩取出用电负载的电能，或所述光伏发电模块发电，并将电能通过所述交流母线输送至所述储能电池；

在并网模式下，所述交流母线闭合，所述开关闭合，所述光伏发电模块、所述储能电池和充放电桩将电能输送至所述第一变压器。

所述离网模式用于电网的黑启动和直流微网模式。

所述并网模式用于电网削峰填谷。

还包括EMS控制单元、第二变压器和第二储能变流器，所述EMS控制单元依次通过第二变压器和第二储能变流器与所述光伏发电模块、储能电池和充放电桩电性连接，用于集中控制所述光伏发电模块、储能电池和充放电桩所提供的电能。

还包括静态开关和不间断电源，所述EMS控制单元依次通过所述不间断电源和静态开关，且与所述第二变压器电性连接；

在离网模式下，所述静态开关断开，所述不间断电源为所述EMS控制单元提供电能。

所述不间断电源为24V直流电源。

所述第一变压器和第二变压器为隔离变压器。

通过以上技术方案，具有以下效果：当其处于离网模式，其可以是所述光伏发电模块可为所述储能电池充电；充放电桩可为所述储能电池充电；显然，在离网模式下，其具有多种的电能利用模式，充分将多余的电能利用起来，从而提升了电能的利用效率；

当其处于并网模式，所述交流电网将电能输送至所述交流母线，通过所述交流母线输送至充放电桩，来为用电负载充电，若充电的负荷过大，则通过所述光伏发电模块、所述储能电池以及所述充放电桩可将电能输送至所述第一变压器，将三者产生的电能用于电网削峰填谷，进一步提升电能的利用效率。

显然，该系统不仅可以为负载和储能设备提供电能，也能把负载和储能设备多余的电能利用起来，以具有较高的电能利用效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种一体化充放电系统，在离网模式中，光伏发电模块和充放电桩为储能电池提供电能，储能电池也为充放电桩提供电能，在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至交流母线；当光伏产生电能无法满足负载时，其他负载可以反向传输电能至母线，合理利用过剩电能。

附图说明

图1为本发明的系统模块示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，一种一体化充放电系统包括：

所述充放电桩接入所述交流母线，所述充放电桩通过所述交流母线获取电能，来为电动汽车充电，或在电动汽车上获取电能，以输送至所述交流母线；

所述光伏发电模块接入所述交流母线，用于为连接于所述交流母线上的设备提供电能；

所述储能电池通过直流母线与所述光伏发电模块连接，并接入所述交流母线，用于为连接于所述交流母线上的设备提供电能，或从直流母线获取电能；

在离网模式下，所述光伏发电模块可为所述储能电池充电，或所述充放电桩可为所述储能电池充电；

在并网模式下，所述光伏发电模块、所述储能电池充放电桩可将电能输送至所述第一变压器。

具体的，所述交流母线依次连接所述第一变压器、开关，再接入所述母线，其中，所述第一变压器是10KV变压器，所述交流母线是400V交流母线。

所述充放电桩包括若干个充放电桩本体和若干个DC/DC转换器，所述充放电桩本体用于为电动汽车充电和放电，所述DC/DC转换器用于将直流电转换为交流电，每一所述充放电桩本体通过每一所述DC/DC转换器接入所述交流母线，所述充放电桩本体和所述DC/DC转换器配对设置，其可以设置多对，也可以是设置一对，在此不做限制。

可以理解，当所述开关闭合时，所述交流电网通过交流母线将交流电传输至所述DC/DC转换器，经过所述DC/DC转换器，将交流电转换成直流电，传输至所述充放电桩本体，由所述充放电桩本体为电动汽车充电，需要说明的是，所述充放电桩本体还可以储存电能。

所述交流母线还连接有充放电桩，所述充放电桩包括若干个充放电桩本体，充放电桩本体均设置有DC/DC转换器，所述充放电桩本体用于为电动汽车充电和放电，其中，多个充放电桩本体并联接入所述DC/DC转换器，所述充放电桩本体通过所述DC/DC转换器接入母线，具体地，所述充放电桩依次连接有第一储能变流器、开关、第一变压器，再接入交流母线。

进一步，所述交流母线还连接有储能电池、光伏发电模块，所述储能电池和所述光伏发电模块接入于DC/DC转换器。

其中，所述储能电池包括多个电池簇，所述电池簇用于储存和释放电能。所述光伏发电模块包括多个光伏发电装置。所述DC/DC转换器连接于所述光伏发电装置，所述DC/DC转换器连接于一所述电池簇，所述储能电池和所述光伏发电模块通过所述DC/DC转换器连接于所述交流母线。

进一步的，所述DC/DC转换器通过所述交流母线与所述充电桩并联，且通过所述交流母线连接于所述第一储能变流器，并依次通过所述开关、第一变压器接入母线。

此外，所述DC/DC转换器还依次连接有备用第二储能变流器、第二变压器、静态开关，以接入所述交流母线，所述第二变压器还连接有空调，所述第二变压器还连接有不间断电源和EMS控制单元，所述不间断电源为24V直流电源。

另外，该系统具有离网模式和并网模式，其中离网模式是代表交流电网断开与所述交流母线连接的情况下，也即，当所述交流母线断开的情况，所述离网模式用于电网的黑启动和直流微网模式；所述并网模式是代表交流电网接入所述交流母线的情况下，也即，当所述交流母线闭合的情况，所述并网模式用于电网削峰填谷。

当该系统处于离网模式，其可以是所述光伏发电模块可为所述储能电池充电；也可以是所述充放电桩可为所述储能电池充电；显然，在离网模式下，其具有多种的电能利用模式，充分将多余的电能利用起来，从而提升了电能的利用效率；

当该系统处于并网模式，所述交流电网将电能输送至所述交流母线，通过所述交流母线输送至充放电桩，来为电动汽车充电，若充电的负荷过大，则通过所述光伏发电模块、所述储能电池以及所述充放电桩可将电能输送至所述第一变压器，将三者产生的电能用于电网削峰填谷，进一步提升电能的利用效率。

显然，该系统不仅可以为负载和储能设备提供电能，也能把负载和储能设备多余的电能利用起来，以具有较高的电能利用效率。

实施例2

以上为本发明实施例提供的该系统的一个实施例，以下为本发明实施例提供的该系统的另一个实施例。

在离网模式下，所述交流母线断开，所述开关断开，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述光伏发电模块可为所述储能电池和所述充放电桩提供电能。

需要说明的是，断开所述交流母线，闭合所述开关，且将所述DC/DC转换器和所述储能变流器调至恒压模式，此时，光伏发电模块上产生的电能可通过DC/DC 转换器将电能传输至所述储能电池，由于，所述DC/DC转换器和所述充放电桩通过所述交流母线连接，因此，所述光伏发电模块产生的电能通过所述交流母线可传输至所述充放电桩，以提供电能于所述充放电桩为电动汽车充电使用。

在离网模式下，该系统能够将光伏发电模块上产生的电能传输至负载设备和储能单元上使用，合理地利用了储能设备的电能，进一步提升了装置的电能利用效率。

实施例3

以下为本发明实施例提供的该系统的另一个实施例。

在离网模式下，所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩将吸收的闲置电动汽车的电能和所述储能电池的电能通过所述交流母线输送至所述充放电桩。

需要说明的是，当闲置的电动汽车剩余有多余的电能时，断开所述交流母线，闭合所述开关，且将所述DC/DC转换器和所述第一储能变流器调至恒压模式，此时，电动汽车上剩余的电能由所述充放电桩吸取，由于，所述DC/DC转换器和所述第一储能变流器为恒压模式，因此，充放电中的充放电桩将电能传输至所述 DC/DC转换器，以传输至所述储能电池内存储，当其他设备需要使用电能时，再调取出来使用。

实施例4

以下为本发明实施例提供的该系统的另一个实施例。

在离网模式下，所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩将吸收的闲置电动汽车的电能和所述储能电池的电能。

需要说明的是，当闲置的电动汽车有剩余的电能时且储能电池已经具有充足的电能时，断开所述交流母线，闭合所述开关，且将所述DC/DC转换器和所述第一储能变流器调至恒压模式，此时，电动汽车上剩余的电能由所述充放电桩吸取，由于，所述DC/DC转换器和所述第一储能变流器为恒压模式，因此，充放电桩的电能，通依次经过所述第一储能变流器、开关、第一变压器以及交流母线，以传输至所述充放电桩，供其使用；所述储能电池的电能通过DC/DC转换器，依次经过所述第二储能变流器、第二变压器以及静态开关以及交流母线，以传输至所述充放电桩，供其为电动汽车充电时使用。

在离网模式下，该装置能够充放电桩的电能供给需求，合理地利用了储能设备的电能，进一步提升了装置的电能利用效率。

实施例5

以下为本发明实施例提供的该系统的另一个实施例。

在离网模式下，所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩通过在电动汽车取出电能，并将电能通过所述母线输送至所述储能电池。

需要说明的是，当在充放电桩处的电动汽车有剩余的电能时，断开所述交流母线，闭合所述开关，且将所述DC/DC转换器和所述第一储能变流器调至恒压模式，此时，电动汽车上剩余的电能由所述充放电桩吸取，由于，所述DC/DC转换器和所述第一储能变流器为恒压模式，因此，充放电桩的电能传输至所述储能电池内存储，当其他设备需要使用电能时，再调取出来使用。

在离网模式下，该装置能够充放电桩的电能供给需求，合理地利用充放电桩处剩余的电能，进一步提升了装置的电能利用效率。

实施例6

以下为本发明实施例提供的该系统的另一个实施例。

在并网模式下，所述第一开关闭合，所述第二开关闭合，所述光伏发电模块、所述储能电池以及所述充放电桩可将电能输送至所述变压器。

需要说明的是，在并网模式下，所述第一开关和所述第二开关闭合，也即，所述交流电网的交流电通过所述变压器变压后，经过所述第一开关输送至所述交流母线上，供用电设备使用。该电能通过所述交流母线传输至所述充放电桩的 DC/DC转换器，并转换为交流电供给于充放电桩为电动汽车充电使用。当需要同时充电的电动汽车过多时，造成容易造成交流电网的负荷峰值陡增，以及峰谷负荷波动较大的问题。

此时，所述充放电桩将闲置电动汽车的电能吸取，依次经过所述直流母线、储能变流器、第二开关、第一变压器、交流母线、第一开关，传输至所述变压器；所述储能电池和所述光伏发电模块的电能依次经过所述DC/DC转换器、备用储能变流器、第二变压器、交流母线、第一开关，传输至所述变压器，通过将所述充放电桩、所述储能电池以及所述光伏发电模块的电能传输至变压器，较大程度上缓解了交流电网由于负载过大而出现的负荷峰值陡增、峰谷负荷波动较大的问题。

在并网模式下，该装置能够合理地利用所述充放电桩、所述储能电池以及所述光伏发电模块以解决负荷峰值陡增、峰谷负荷波动较大的问题，进一步提升了装置的电能利用效率。

实施例7

以下为本发明实施例提供的一种光储充一体化充放电装置的另一个实施例。

在离网模式下，所述静态开关断开，所述不间断电源为所述EMS控制模块提供电能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化充放电系统，其特征在于，包括交流母线、充放电桩、用电负载、光伏发电模块和储能电池；所述充放电桩和储能电池均与所述交流母线双向电性连接，所述光伏发电模块输出端与所述交流母线的输入端电性连接，所述用电负载与充放电桩双向电性连接；在离网模式中，光伏发电模块和充放电桩为储能电池提供电能，储能电池也为充放电桩提供电能，在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至交流母线。

2.根据权利要求1所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，还包括第一变压器，所述第一变压器设置在交流母线的输出端上，所述充放电桩和储能电池均与所述第一变压器双向电性连接，所述光伏发电模块输出端与所述变压器电性连接；在并网模式中，充放电桩、光伏发电模块和储能电池将电能传输至第一变压器。

3.根据权利要求2所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，还包括开关和第一储能变流器；所述开关连接于所述第一变压器和所述第一储能变流器之间，所述光伏发电模块、储能电池和充放电桩均通过第一储能变流器连接于所述开关。

4.根据权利要求3所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，所述充放电桩和储能电池均设置有DC/DC转换器，均通过所述DC/DC转换器接入交流母线，且并联连接于所述第一储能变流器；

在离网模式下，当所述交流母线断开，所述开关断开，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述充放电桩吸收用电负载的电能输送至所述储能电池；

在离网模式下，当所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩吸收用电负载、光伏发电模块和储能电池的电能；

在离网模式下，当所述交流母线断开，所述开关闭合，所述DC/DC转换器为恒压模式，所述第一储能变流器为恒压模式，所述充放电桩取出用电负载的电能，或所述光伏发电模块发电，并将电能通过所述交流母线输送至所述储能电池；

在并网模式下，所述交流母线闭合，所述开关闭合，所述光伏发电模块、所述储能电池和充放电桩将电能输送至所述第一变压器。

5.根据权利要求4所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，所述离网模式用于电网的黑启动和直流微网模式。

6.根据权利要求4所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，所述并网模式用于电网削峰填谷。

7.根据权利要求4所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，还包括EMS控制单元、第二变压器和第二储能变流器，所述EMS控制单元依次通过第二变压器和第二储能变流器与所述光伏发电模块、储能电池和充放电桩电性连接，用于集中控制所述光伏发电模块、储能电池和充放电桩所提供的电能。

8.根据权利要求7所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，还包括静态开关和不间断电源，所述EMS控制单元依次通过所述不间断电源和静态开关，且与所述第二变压器电性连接；

在离网模式下，所述静态开关断开，所述不间断电源为所述EMS控制单元提供电能。

9.根据权利要求8所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，所述不间断电源为24V直流电源。

10.根据权利要求8所述的一种一体化充放电系统，其特征在于，所述第一变压器和第二变压器为隔离变压器。

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