CN112821480A - 基于多移动储能电源并联的保电系统及并联增容方法 - Google Patents

基于多移动储能电源并联的保电系统及并联增容方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于多移动储能电源并联的保电系统及并联增容方法。其中，该保电系统包括并网开关单元、移动储能电源单元以及控制单元，所述移动储能电源单元带有并联级联级辅助接口；所述并联开关单元由快速开关或者静态开关、开关支路电压电流检测单元以及支路保护组成；所述移动储能电源由储能电池管理系统、储能变流器以及开关组成，每个移动储能电源设置两个所述并联级联级辅助接口，并且级联接口的电路功率为并联数*单个移动储能单元的电源额定容量；所述控制单元用于监测、控制与保护基于多移动储能电源并联的保电系统。

Description

基于多移动储能电源并联的保电系统及并联增容方法
技术领域
本申请涉及移动储能技术领域，特别是涉及一种基于多移动储能电源并联的保电系统及并联增容方法。
背景技术
随着现代社会对电力能源的依赖性日益增强，用电需求的迅猛增长，供电质量要求越来越高，突然的断电必然会给人们的正常生活秩序和社会的正常运转造成破坏，特别是对于重要负荷、重大政治活动等，一旦中断供电，将会造成重大的政治影响或经济损失。作为电网应急供电设备的主要力量，移动式应急电源车具有机动灵活、技术成熟、启动迅速等诸多优点，在政治保电、林业系统、电力、通信、大型活动、会展中心、抢险救灾、社区、野外勘探、工程作业、建筑施工、影视拍摄现场等处理突发事件等民用领域，以及对抗重大自然灾害以及电力紧缺地区临时用电等中小型用电场所发挥日趋显著的作用。
目前广泛使用的应急电源系统有柴油机发电和铅酸电池为后备的应急电源系统、UPS和磷酸铁锂电池储能技术结合的移动储能系统。而柴油机发电的缺点是不能长时间空载运行、噪音大、废气污染、供电电压与频率波动大、效率低等；铅酸蓄电池的缺点是重金属污染、比能量小、寿命短、笨重等；UPS保电串并联困难，难以实现临时增容等需求，相对于不同功率负载，单一的移动储能单元无法满足全部供电需求。
针对上述的现有技术中存在的目前广泛使用的应急电源系统有柴油机发电和铅酸电池为后备的应急电源系统、UPS和磷酸铁锂电池储能技术结合的移动储能系统。而柴油机发电的缺点是不能长时间空载运行、噪音大、废气污染、供电电压与频率波动大、效率低等；铅酸蓄电池的缺点是重金属污染、比能量小、寿命短、笨重等；UPS保电串并联困难，难以实现临时增容等需求，相对于不同功率负载，单一的移动储能单元无法满足全部供电需求的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本公开的实施例提供了一种基于多移动储能电源并联的保电系统以及并联增容方法，以至少解决现有技术中存在的目前广泛使用的应急电源系统有柴油机发电和铅酸电池为后备的应急电源系统、UPS和磷酸铁锂电池储能技术结合的移动储能系统。而柴油机发电的缺点是不能长时间空载运行、噪音大、废气污染、供电电压与频率波动大、效率低等；铅酸蓄电池的缺点是重金属污染、比能量小、寿命短、笨重等；UPS保电串并联困难，难以实现临时增容等需求，相对于不同功率负载，单一的移动储能单元无法满足全部供电需求的技术问题。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种基于多移动储能电源并联的保电系统，所述保电系统包括并网开关单元、移动储能电源单元以及控制单元，所述移动储能电源单元带有并联级联级辅助接口；所述并联开关单元由快速开关或者静态开关、开关支路电压电流检测单元以及支路保护组成；所述移动储能电源由储能电池管理系统、储能变流器以及开关组成，每个移动储能电源设置两个所述并联级联级辅助接口，并且级联接口的电路功率为并联数*单个移动储能单元的电源额定容量；所述控制单元用于监测、控制与保护基于多移动储能电源并联的保电系统。
根据本公开实施例的另一方面，还提供了一种保电系统的并联增容方法，包括：将负荷功率与单个移动储能电源功率进行对比，确定两种不同的并联增容方法，第一种并联增容方法为所述负荷功率大于单个移动储能电源功率，第二种并联增容方法为所述负荷功率小于单个移动电源功率；当保电系统为第一种并联增容方法时，将多个移动储能电源采用级联方式并联；当保电系统为第二种并联增容方法时，将多个移动储能电源并联接入电网母线。
根据本公开实施例的另一个方面，还提供了一种保电系统的多模式运行策略方法，包括：将负荷功率与单个移动储能电源功率进行对比，确定两种不同的并联增容方法，第一种并联增容方法为所述负荷功率大于单个移动储能电源功率，第二种并联增容方法为所述负荷功率小于单个移动电源功率；确定基于多移动储能电源并联的保电系统的多种运行模式，所述多种运行模式包括并网保电模式、离网供电模式以及并/离网模式；在多种运行方式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略。
在本发明中，根据一种基于多移动储能电源并联的保电系统，能够灵活并联接入，适应多场景不同负荷的供、保电要求。根据一种保电系统的并联增容方法，能够根据负荷的功率选择不同的并联方式，满足功率、能量方面的增容需求。根据一种保电系统的多模式运行策略方法，融合多种先进电力电子、微电网控制技术，并在不同模式下优化协调运行，保证优质供电质量，实现“零闪动”的并离网切换。本发明基于储能变流器(PCS)技术，提出多移动储能并联技术，实现多机并联、不间断保电等功能，满足应急供电、备用电源、临时供电、变电站临时增容、移动充电宝等多种场景的不同需求，在移动式供电领域势必具有广泛应用前景。
进而解决了现有技术中存在的目前广泛使用的应急电源系统有柴油机发电和铅酸电池为后备的应急电源系统、UPS和磷酸铁锂电池储能技术结合的移动储能系统。而柴油机发电的缺点是不能长时间空载运行、噪音大、废气污染、供电电压与频率波动大、效率低等；铅酸蓄电池的缺点是重金属污染、比能量小、寿命短、笨重等；UPS保电串并联困难，难以实现临时增容等需求，相对于不同功率负载，单一的移动储能单元无法满足全部供电需求的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是根据本公开实施例所述的一种基于多移动储能电源并联的保电系统的二次控制单元架构示意图；
图2是根据本公开实施例所述的基于多移动储能电源并联的保电系统的储能系统的示意图；
图3是根据本公开实施例的第二个方面所述的一种保电系统的并联增容方法的流程示意图；
图4是根据本公开实施例所述的并联增容方法1的示意图；
图5是根据本公开实施例所述的并联增容方法1等效电路的示意图；
图6是根据本公开实施例所述的并联增容方法2的示意图；
图7是根据本公开实施例所述的并联增容方法2等效电路的示意图；
图8是根据本公开实施例的第三个方面所述的一种保电系统的多模式运行策略方法的流程示意图；
图9是根据本公开实施例所述的并联增容方法1保电模式的示意图；
图10是根据本公开实施例所述的并联增容方法2保电模式的示意图；
图11是根据本公开实施例所述的并联增容方法1离网供电模式的示意图；
图12是根据本公开实施例所述的并联增容方法2离网供电模式的示意图；
图13是根据本公开实施例所述的并联增容方法1并/离网模式的示意图；
图14是根据本公开实施例所述的并联增容方法2并/离网模式的示意图；
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
根据本实施例的第一个方面，提供了一种基于多移动储能电源并联的保电系统，保电系统包括并网开关单元、移动储能电源单元以及控制单元，所述移动储能电源单元带有并联级联级辅助接口；所述并联开关单元由快速开关或者静态开关、开关支路电压电流检测单元以及支路保护组成；所述移动储能电源由储能电池管理系统、储能变流器以及开关组成，每个移动储能电源设置两个所述并联级联级辅助接口，并且级联接口的电路功率为并联数*单个移动储能单元的电源额定容量；所述控制单元用于监测、控制与保护基于多移动储能电源并联的保电系统。
具体地，参考图1所示，保电系统并网开关单元、带并联级联辅助接口的移动储能电源单元、控制单元。并网开关单元由快速开关或静态开关、开关支路电压电流检测、支路保护组成。移动储能电源指的是由储能电池与电池管理系统、储能变流器(PCS)、开关(K1、K2、K3)组成。每个移动储能设计两个并联级联辅助接口(③、④)，参考如图2所示，且级联接口的电路功率为并联数(设为n,n>1)*单个移动储能电源额定容量。控制单元用于一种基于多移动储能电源并联的保电系统的监测、控制与保护。
根据本实施例的第二个方面，提供了一种保电系统的并联增容方法，参考图3所示，该方法包括：
S302:将负荷功率与单个移动储能电源功率进行对比，确定两种不同的并联增容方法，第一种并联增容方法为所述负荷功率大于单个移动储能电源功率，第二种并联增容方法为所述负荷功率小于单个移动电源功率；
S304:当保电系统为第一种并联增容方法时，将多个移动储能电源采用级联方式并联；
S306:当保电系统为第二种并联增容方法时，将多个移动储能电源并联接入电网母线。
具体地，本实施例的并联增容方法包括2种，分别为并联增容方法一：负荷功率(是保电系统的负荷功率吗)大于单个移动储能单元功率(P负荷>P移动储能)时的并联增容方案；并联增容方法二：负荷功率小于单个移动储能单元功率(P负荷<P移动储能)时的并联增容方案。每种方案均可是实现功率、能量方面的增容。
并联增容方法一：N个移动储能电源采用级联方式并联，移动储能电源1的③端口与电网相连；移动储能电源n的④端口与移动储能电源n+1的③端口依次相连(2≤n+1≤N)，移动储能电源N的④端口与负荷相连如图4所示，其等效电路路如图所示5。
并联增容方法二：移动储能电源1的②端口与负荷1连接；移动储能电源2的②端口与负荷2连接；....；移动储能电源n的②端口与负荷n连接(1≤n≤N)。移动储能电源1、移动储能电源2、...、移动储能电源N并联接入电网母线，如图6所述，其等效电路如图7所示。
可选地，当保电系统为第一种并联增容方法时，将多个移动储能电源采用级联方式并联，包括：将移动储能电源n的③端口与电网相连，将移动储能电源n的④端口与移动储能电源n+1的③端口依次相连(2≤n+1≤N)，将移动储能电源N的④端口与负荷相连。
可选地，在所述负荷功率小于单个移动电源功率的情况下，将多个移动储能电源并联接入电网母线，包括：将移动储能电源1的②端口与负荷1连接，将移动储能电源2的②端口与负荷2连接，按照依次连接的方式，将移动储能电源n的②端口与负荷n连接(1≤n≤N)。
根据本实施例的第三个方面，提供了一种保电系统的多模式运行策略方法，参考图8所示，该方法包括：
S802:将负荷功率与单个移动储能电源功率进行对比，确定两种不同的并联增容方法，第一种并联增容方法为所述负荷功率大于单个移动储能电源功率，第二种并联增容方法为所述负荷功率小于单个移动电源功率；
S804:确定基于多移动储能电源并联的保电系统的多种运行模式，所述多种运行模式包括并网保电模式、离网供电模式以及并/离网模式；
S806:在多种运行方式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略。
具体地，该保电系统的多模式运行策略方法包括三种运行模式：并网保电模式、离网供电模式、充放电模式。并联保电模式下，两种并联增容方法采用不同的运行策略。并联增容方法1：移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，并网开关单元闭合，实现N台移动储能电源并联扩容，满足大功率负荷保电需求，如图9所示。并联增容方法2：移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2、K3闭合，实现N台移动储能电源并联扩容，分别为N个小功率负荷的保电，如图10所示。离网供电模式：离网供电模式下，两种并联增容方法采用不同的运行策略。并联增容方法1：移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，并网开关单元悬空，实现N台移动储能电源并联扩容，满足大功率负荷保电需求，如图11所示。并联增容方法2：移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1断开，K2、K3闭合，N台移动储能电源分别与N个负荷相连，然后并联接入电网，分别为N个小功率负荷的保电，如图12所示。并/离网模式：并/离网模式下，两种并联增容方法采用不同的运行策略。并联增容方法1：在并网转离网时，移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，并网开关单元由闭合状态断开，实现N台移动储能电源并网模转变为离网模式，如图13所示。并联增容方法2：移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1由闭合状态断开、K2闭合，K3闭合，实现N台移动储能电源由并网模转变为离网模式，如图14所示。
可选地，在多种运行方式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：在并网保电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略；在离网供电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略；在并/离网模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略。
可选地，在并网保电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：当保电系统为第一种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，将并网开关单元闭合，实现N台移动储能电源并联扩容，满足大功率负荷保电需求；当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2、K3闭合，实现N台移动储能电源并联扩容，分别为N个小功率负荷的保电。
可选地，在离网供电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：当保电系统为第一种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，将并网开关单元悬空，实现N台移动储能电源并联扩容，满足大功率负荷保电需求；当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1断开，K2、K3闭合，将N台移动储能电源分别与N个负荷相连，并联接入电网，分别为N个小功率负荷的保电。
可选地，在并/离网模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，将并网开关单元由闭合状态断开，实现N台移动储能电源并网模转变为离网模式；当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1由闭合状态断开、K2闭合，K3闭合，实现N台移动储能电源由并网模转变为离网模式。
从而，根据一种基于多移动储能电源并联的保电系统，能够灵活并联接入，适应多场景不同负荷的供、保电要求。根据一种保电系统的并联增容方法，能够根据负荷的功率选择不同的并联方式，满足功率、能量方面的增容需求。根据一种保电系统的多模式运行策略方法，融合多种先进电力电子、微电网控制技术，并在不同模式下优化协调运行，保证优质供电质量，实现“零闪动”的并离网切换。本发明基于储能变流器(PCS)技术，提出多移动储能并联技术，实现多机并联、不间断保电等功能，满足应急供电、备用电源、临时供电、变电站临时增容、移动充电宝等多种场景的不同需求，在移动式供电领域势必具有广泛应用前景。
进而解决了现有技术中存在的目前广泛使用的应急电源系统有柴油机发电和铅酸电池为后备的应急电源系统、UPS和磷酸铁锂电池储能技术结合的移动储能系统。而柴油机发电的缺点是不能长时间空载运行、噪音大、废气污染、供电电压与频率波动大、效率低等；铅酸蓄电池的缺点是重金属污染、比能量小、寿命短、笨重等；UPS保电串并联困难，难以实现临时增容等需求，相对于不同功率负载，单一的移动储能单元无法满足全部供电需求的技术问题。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于多移动储能电源并联的保电系统，其特征在于，所述保电系统包括并网开关单元、移动储能电源单元以及控制单元，所述移动储能电源单元带有并联级联级辅助接口；
所述并联开关单元由快速开关或者静态开关、开关支路电压电流检测单元以及支路保护组成；
所述移动储能电源由储能电池管理系统、储能变流器以及开关组成，每个移动储能电源设置两个所述并联级联级辅助接口，并且级联接口的电路功率为并联数*单个移动储能单元的电源额定容量；
所述控制单元用于监测、控制与保护基于多移动储能电源并联的保电系统。
2.一种保电系统的并联增容方法，其特征在于，
将负荷功率与单个移动储能电源功率进行对比，确定两种不同的并联增容方法，第一种并联增容方法为所述负荷功率大于单个移动储能电源功率，第二种并联增容方法为所述负荷功率小于单个移动电源功率；
当保电系统为第一种并联增容方法时，将多个移动储能电源采用级联方式并联；
当保电系统为第二种并联增容方法时，将多个移动储能电源并联接入电网母线。
3.根据权利要求2所述的并联增容方法，其特征在于，当保电系统为第一种并联增容方法时，将多个移动储能电源采用级联方式并联，包括：
将移动储能电源n的③端口与电网相连，将移动储能电源n的④端口与移动储能电源n+1的③端口依次相连(2≤n+1≤N)，将移动储能电源N的④端口与负荷相连。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述负荷功率小于单个移动电源功率的情况下，将多个移动储能电源并联接入电网母线，包括：
将移动储能电源1的②端口与负荷1连接，将移动储能电源2的②端口与负荷2连接，按照依次连接的方式，将移动储能电源n的②端口与负荷n连接(1≤n≤N)。
5.一种保电系统的多模式运行策略方法，其特征在于，包括：
将负荷功率与单个移动储能电源功率进行对比，确定两种不同的并联增容方法，第一种并联增容方法为所述负荷功率大于单个移动储能电源功率，第二种并联增容方法为所述负荷功率小于单个移动电源功率；
确定基于多移动储能电源并联的保电系统的多种运行模式，所述多种运行模式包括并网保电模式、离网供电模式以及并/离网模式；
在多种运行方式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在多种运行方式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：
在并网保电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略；
在离网供电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略；
在并/离网模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在并网保电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：
当保电系统为第一种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，将并网开关单元闭合，实现N台移动储能电源并联扩容，满足大功率负荷保电需求；
当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2、K3闭合，实现N台移动储能电源并联扩容，分别为N个小功率负荷的保电。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在离网供电模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：
当保电系统为第一种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，将并网开关单元悬空，实现N台移动储能电源并联扩容，满足大功率负荷保电需求；
当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1断开，K2、K3闭合，将N台移动储能电源分别与N个负荷相连，并联接入电网，分别为N个小功率负荷的保电。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在并/离网模式下，确定第一种并联增容方法和第二种并联增容方法的运行策略，包括：
当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1、K2闭合，K3断开，将并网开关单元由闭合状态断开，实现N台移动储能电源并网模转变为离网模式；
当保电系统为第二种并联增容方法时，将移动储能电源n(1≤n≤N)中的开关器件K1由闭合状态断开、K2闭合，K3闭合，实现N台移动储能电源由并网模转变为离网模式。
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