CN114914919A - 光储一体化供电系统及控制方法 - Google Patents

光储一体化供电系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对现有电网储能以及负载储能分离的技术问题，提出了一种光储一体化供电系统及控制方法，通过储能削峰电源将电网侧的电网储能与用户侧UPS储能进行了有效的整合，能够盘活UPS储能的资产，让UPS电池电能转换为交流电可以给电网供电，实现削峰等功能；同时也能够让电网储能向UPS进行供电，实现UPS电池放电功能；这种对两者进行整合互补的方案，可以大幅提高了资源利用率，还能降低UPS储能的初期投资。

Description

光储一体化供电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电网储能与供电技术领域，具体涉及一种光储一体化供电系统及控制方法。
背景技术
现有电网储能技术主要用于对电网进行削峰填谷，可结合新能源应用；对于风能和太阳能发电不稳定，可以使用电网储能方式能够把多余电能存储起来。而UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)的电池储能，则主要服务于UPS：在UPS输入出现异常，如市电故障时，UPS通过电池放电向负载提供一定时间的供电保障。请参阅图1，目前这两个系统的储能相互独立，并没有任何关联，现有技术无法有效整合两个储能系统。
公告日为2010.09.29，公告号为：CN101345500B的中国发明专利：具有并网发电、独立发电及UPS功能的光伏发电系统，试图通过让光伏储能以及UPS共用一个电池组，来实现并网发电、独立发电及不间断电源三种功能的转换。但是该方案不仅较为复杂，而且无法对已布设的系统进行整合；另外，该方案只适用于小型光伏发电、供电安全要求较低的家庭用户，对于供电安全要求更高的数据中心以及大规模的光伏发电站，该方案的实用性较低、安全风险过高。
发明内容
针对现有技术的局限，本发明提出一种光储一体化供电系统及数据中心机房，本发明采用的技术方案是：
一种光储一体化供电系统，包括变压器、发电机、低压配电柜、不间断电源、不间断电源储能电池以及储能削峰电源；所述变压器接入市电，连接所述低压配电柜；所述发电机连接所述低压配电柜；所述低压配电柜连接所述不间断电源；所述不间断电源连接所述不间断电源储能电池以及负载端；所述储能削峰电源分别连接所述不间断电源、不间断电源储能电池以及属于电网侧的电网储能电池。
相较于现有技术，本发明的方案通过储能削峰电源将电网侧的电网储能与用户侧UPS储能进行了有效的整合，能够盘活UPS储能的资产，让UPS电池电能转换为交流电可以给电网供电，实现削峰等功能；同时也能够让电网储能向UPS进行供电，实现UPS电池放电功能；这种对两者进行整合互补的方案，可以大幅提高了资源利用率，还能降低UPS储能的初期投资。
作为一种优选方案，所述储能削峰电源包括第一单向直流变换器以及第二单向直流变换器；所述第一单向直流变换器的输入端连接所述电网储能电池，输出端连接所述不间断电源内部的直流母线；所述第二单向直流变换器的输入端连接所述不间断电源储能电池，输出端连接所述电网储能电池。
进一步的，所述电网储能电池通过所述第一单向直流变换器向所述不间断电源放电。
进一步的，所述不间断电源储能电池通过所述第二单向直流变换器向所述电网储能电池放电。
另一种光储一体化供电系统，包括变压器、低压配电柜、不间断电源、不间断电源储能电池以及储能削峰电源；所述变压器接入市电，连接所述低压配电柜；所述低压配电柜连接所述不间断电源；所述不间断电源连接所述不间断电源储能电池以及负载端；所述储能削峰电源分别连接所述不间断电源、不间断电源储能电池以及属于电网侧的电网储能电池；所述电网储能电池的额定容量能够支撑所述负载端工作24小时及以上。
相较于前述的方案，本方案通过结合电网侧大储能容量的电网储能电池，得以在保证用户侧供电安全的前提下，去除发电机后备电源设计相关项，进一步降低用户侧供电系统的投资成本。
作为一种优选方案，所述储能削峰电源包括第一单向直流变换器以及第二单向直流变换器；所述第一单向直流变换器的输入端连接所述电网储能电池，输出端连接所述不间断电源内部的直流母线；所述第二单向直流变换器的输入端连接所述不间断电源储能电池，输出端连接所述电网储能电池。
进一步的，所述电网储能电池通过所述第一单向直流变换器向所述不间断电源放电。
进一步的，所述不间断电源储能电池通过所述第二单向直流变换器向所述电网储能电池放电。
本发明还提供以下内容：
一种基于前述光储一体化供电系统的控制方法，包括以下步骤：
S01，判断所述不间断电源是否正在运行电池放电模式，若是则转到步骤S02，否则转到步骤S05；
S02，判断所述不间断电源储能电池的荷电状态是否低于电网储能放电阈值，若是转到步骤S03，否则转到步骤S04；
S03，控制所述电网储能电池对所述不间断电源进行放电，所述不间断电源储能电池停止放电；
S04，控制所述不间断电源储能电池对所述不间断电源进行放电，所述电网储能电池停止放电；
S05，判断所述不间断电源储能电池的荷电状态是否高于储能削峰阈值，若是转到步骤S06，否则结束；
S06，控制所述不间断电源储能电池向所述电网储能电池放电。
作为一种可选方案，所述电网储能放电阈值的范围为25％-35％，所述储能削峰阈值的范围为50％-60％。
附图说明
图1为现有供电系统与电网储能系统关系示意图；
图2为本发明实施例1提供的光储一体化供电系统示意图；
图3为本发明实施例1提供的光储一体化供电系统电气拓扑图；
图4为本发明实施例1提供的光储一体化供电系统电网储能向不间断电源供电示意图；
图5为本发明实施例1提供的光储一体化供电系统不间断电源电池向电网储能供电示意图；
图6为本发明实施例2提供的光储一体化供电系统电气拓扑图；
图7为本发明实施例3提供的光储一体化供电系统控制方法流程示意图；
附图标记说明：1、变压器；2、发电机；3、低压配电柜；4、不间断电源；5、不间断电源储能电池；6、储能削峰电源；61、第一单向直流变换器；62、第二单向直流变换器；7、电网储能电池。
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；
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
请参考图2，一种光储一体化供电系统，包括变压器1、发电机2、低压配电柜3、不间断电源4、不间断电源储能电池5以及储能削峰电源6；所述变压器1接入市电，连接所述低压配电柜3；所述发电机2连接所述低压配电柜3；所述低压配电柜3连接所述不间断电源4；所述不间断电源4连接所述不间断电源储能电池5以及负载端；所述储能削峰电源6分别连接所述不间断电源4、不间断电源储能电池5以及属于电网侧的电网储能电池7。
相较于现有技术，本发明的实施例通过储能削峰电源将电网侧的电网储能与用户侧UPS储能进行了有效的整合，能够盘活UPS储能的资产，让UPS电池电能转换为交流电可以给电网供电，实现削峰等功能；同时也能够让电网储能向UPS进行供电，实现UPS电池放电功能；这种对两者进行整合互补的方案，可以大幅提高了资源利用率，还能降低UPS储能的初期投资。
具体的，在电网侧，配备光伏或风能发电机组等新能源发电站通过并网发电等方式接入电网中，电网通过储能变流器(Power Conversion System，PCS)与所述电网储能电池7连接，根据用电峰谷让所述电网储能电池7进行放电或储能。因此，所述新能源发电站可以位于相对所述光储一体化供电系统的近端或者远端，所述电网储能电池7以及储能变流器可以位于相对所述光储一体化供电系统的近端。
所述储能削峰电源6连接所述电网储能电池7，也可以视为所述储能削峰电源6连接所述电网储能电池7与储能变流器之间的直流母线。通过利用所述储能削峰电源6连接所述不间断电源储能电池5以及电网储能电池7，能够使得电网储能和不间断电源储能之间能够相互利用。
作为一种优选实施例，请参阅图3，所述储能削峰电源6包括第一单向直流变换器61以及第二单向直流变换器62；所述第一单向直流变换器61的输入端连接所述电网储能电池7，输出端连接所述不间断电源4内部的直流母线；所述第二单向直流变换器62的输入端连接所述不间断电源储能电池5，输出端连接所述电网储能电池7。
具体的，请参阅图4，通过启用所述第一单向直流变换器61，禁用所述第二单向直流变换器62，如图中虚线箭头表示，即可利用电网储能给所述不间断电源4供电，这样能够直接利用电网的储能来提高所述不间断电源4的可用性，供电机构可以根据通过所述第一单向直流变换器61的电能进行向用户收取这个过程中产生的费用；请参阅图5，通过禁用所述第一单向直流变换器61，启用所述第二单向直流变换器62，如图中虚线箭头表示，即可利用所述不间断电源储能电池5给电网馈电做削峰，盘活不间断电源储能电池5中的储能，用户可以根据通过所述第二单向直流变换器62的电能向供电机构收取这个过程中产生的费用。
进一步的，所述电网储能电池7通过所述第一单向直流变换器61向所述不间断电源4放电。
进一步的，所述不间断电源储能电池5通过所述第二单向直流变换器62向所述电网储能电池7放电。
实施例2
实施例2可以视为实施例1基础上的一种改进，其在所述电网储能电池7能够提供大容量储存的条件下省去了所述发电机2。
具体的，参考图6，一种光储一体化供电系统，包括变压器1、低压配电柜3、不间断电源4、不间断电源储能电池5以及储能削峰电源6；所述变压器1接入市电，连接所述低压配电柜3；所述低压配电柜3连接所述不间断电源4；所述不间断电源4连接所述不间断电源储能电池5以及负载端；所述储能削峰电源6分别连接所述不间断电源4、不间断电源储能电池5以及属于电网侧的电网储能电池7。
相较于实施例1，本实施例通过结合电网侧大储能容量的电网储能电池，得以在保证用户侧供电安全的前提下，去除发电机后备电源设计相关项，进一步降低用户侧供电系统的投资成本。
具体的，由于发电机仅在市电故障的时候才使用，平时使用率不高；本实施例结合电网侧大储能容量的电网储能电池，不仅能够盘活UPS储能的资产，让UPS电池电能转换为交流电可以给电网供电，实现削峰等功能；同时还能够让电网储能在应急情况下长时间、稳定地向UPS进行供电，支撑负载端的运作，直接省去了应急发电机的配置成本，提供了资源的利用率。
实施例3
一种基于实施例1或2所述光储一体化供电系统的控制方法，请参阅图7，包括以下步骤：
S01，判断所述不间断电源4是否正在运行电池放电模式，若是则转到步骤S02，否则转到步骤S05；
S02，判断所述不间断电源储能电池5的荷电状态是否低于电网储能放电阈值，若是转到步骤S03，否则转到步骤S04；
S03，控制所述电网储能电池7对所述不间断电源4进行放电，所述不间断电源储能电池5停止放电；
S04，控制所述不间断电源储能电池5对所述不间断电源4进行放电，所述电网储能电池7停止放电；
S05，判断所述不间断电源储能电池5的荷电状态是否高于储能削峰阈值，若是转到步骤S06，否则结束；
S06，控制所述不间断电源储能电池5向所述电网储能电池7放电。
具体的，电池的荷电状态(State of Charge，SOC)表示电池剩余电量百分比。在一种可选实施例中，所述电网储能放电阈值的范围为25％-35％，所述储能削峰阈值的范围为50％-60％。例如，所述电网储能放电阈值可以设为30％，所述储能削峰阈值可以设为50％。
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)

1.一种光储一体化供电系统，其特征在于，包括变压器(1)、发电机(2)、低压配电柜(3)、不间断电源(4)、不间断电源储能电池(5)以及储能削峰电源(6)；所述变压器(1)接入市电，连接所述低压配电柜(3)；所述发电机(2)连接所述低压配电柜(3)；所述低压配电柜(3)连接所述不间断电源(4)；所述不间断电源(4)连接所述不间断电源储能电池(5)以及负载端；所述储能削峰电源(6)分别连接所述不间断电源(4)、不间断电源储能电池(5)以及属于电网侧的电网储能电池(7)。
2.根据权利要求1所述的光储一体化供电系统，其特征在于，所述储能削峰电源(6)包括第一单向直流变换器(61)以及第二单向直流变换器(62)；所述第一单向直流变换器(61)的输入端连接所述电网储能电池(7)，输出端连接所述不间断电源(4)内部的直流母线；所述第二单向直流变换器(62)的输入端连接所述不间断电源储能电池(5)，输出端连接所述电网储能电池(7)。
3.根据权利要求2所述的光储一体化供电系统，其特征在于，所述电网储能电池(7)通过所述第一单向直流变换器(61)向所述不间断电源(4)放电。
4.根据权利要求2所述的光储一体化供电系统，其特征在于，所述不间断电源储能电池(5)通过所述第二单向直流变换器(62)向所述电网储能电池(7)放电。
5.一种光储一体化供电系统，其特征在于，包括变压器(1)、低压配电柜(3)、不间断电源(4)、不间断电源储能电池(5)以及储能削峰电源(6)；所述变压器(1)接入市电，连接所述低压配电柜(3)；所述低压配电柜(3)连接所述不间断电源(4)；所述不间断电源(4)连接所述不间断电源储能电池(5)以及负载端；所述储能削峰电源(6)分别连接所述不间断电源(4)、不间断电源储能电池(5)以及属于电网侧的电网储能电池(7)；所述电网储能电池(7)的额定容量能够支撑所述负载端工作24小时及以上。
6.根据权利要求5所述的光储一体化供电系统，其特征在于，所述储能削峰电源(6)包括第一单向直流变换器(61)以及第二单向直流变换器(62)；所述第一单向直流变换器(61)的输入端连接所述电网储能电池(7)，输出端连接所述不间断电源(4)内部的直流母线；所述第二单向直流变换器(62)的输入端连接所述不间断电源储能电池(5)，输出端连接所述电网储能电池(7)。
7.根据权利要求6所述的光储一体化供电系统，其特征在于，所述电网储能电池(7)通过所述第一单向直流变换器(61)向所述不间断电源(4)放电。
8.根据权利要求6所述的光储一体化供电系统，其特征在于，所述不间断电源储能电池(5)通过所述第二单向直流变换器(62)向所述电网储能电池(7)放电。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述光储一体化供电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，判断所述不间断电源(4)是否正在运行电池放电模式，若是则转到步骤S02，否则转到步骤S05；
S02，判断所述不间断电源储能电池(5)的荷电状态是否低于电网储能放电阈值，若是转到步骤S03，否则转到步骤S04；
S03，控制所述电网储能电池(7)对所述不间断电源(4)进行放电，所述不间断电源储能电池(5)停止放电；
S04，控制所述不间断电源储能电池(5)对所述不间断电源(4)进行放电，所述电网储能电池(7)停止放电；
S05，判断所述不间断电源储能电池(5)的荷电状态是否高于储能削峰阈值，若是转到步骤S06，否则结束；
S06，控制所述不间断电源储能电池(5)向所述电网储能电池(7)放电。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述电网储能放电阈值的范围为25％-35％，所述储能削峰阈值的范围为50％-60％。
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