CN115441495A - 联合供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于作业设备的联合供电系统，其包括：发电系统，其包括至少一个发电机组；储能系统，其包括至少一个电池模块和相应的至少一个PCS系统；电网系统，其包括用于给所述作业设备供电的主母线、用于给所述作业设备的配套设施和所述发电机组的启动设备供电的副母线以及中间节点，其中，所述主母线经由第一开关设备连接到所述中间节点，其中，所述副母线经由第二开关设备连接到所述中间节点；以及控制系统，其用于控制所述发电系统、所述储能系统和所述电网系统，其中，所述发电机组连接到所述主母线，其中，每个所述电池模块经由相应的一个所述PCS系统以及相应的一个第三开关设备连接到所述中间节点。

Description

联合供电系统

技术领域

本发明涉及发电机组和储能设备的联合并机控制，具体地涉及一种联合供电系统。

背景技术

鉴于全球的油气开发设备正朝着“低能耗、低噪音、低排放”的方向发展，以柴油发动机作为动力源的传统压裂设备已经被以电动机作为动力源的电驱压裂设备取代。

在使用电动机取代柴油发动机的电驱压裂设备中，由于采用电动机来通过传动轴驱动柱塞泵，因而电驱压裂设备具有体积小、重量轻以及经济、节能、环保等优点。

在油气田压裂作业现场，电动机电力来源多种多样，可以直接连接电网，方便快捷。然而，页岩气的开采大部分处于偏远的地点，受制于油田井场的位置偏僻，架设电网不方便。因此，车载移动式发电设备就发挥作用，利用燃气轮机或往复式发电机组给驱动柱塞泵的电动机提供电力，同时在现场压裂作业结束一层时，因为下层作业的准备工作还需要较长的时间，可以将发电机组停机，利用储能存储的电能供电驱压裂设备的电机进行循环或其他工作。避免了燃料的消耗浪费，提高经济性。

车载移动式的发电设备在未启动之前也需要进行黑启动。传统的黑启动设备一般也是柴油发电机组，同样也有噪音大、耗柴油多、不经济环保等缺点。储能作为一种高效环保的黑启动方式，启动运行时噪音小、经济环保，不仅可以弥补原柴油发电机组作为黑启动的若干缺点，而且还可以在移动式发电机组功率峰值期间进行功率补偿，提高整个作业过程中的最高带负载能力。还可以在移动式发电机组低负荷期间对储能进行充电，提高燃料的热值效率，同时将多余的电能储存起来留作备用，具有充放电效率高、充放电时间短等优点。

目前市面上移动式发电机组与储能设备联合使用的实际应用案例微乎其微，仅仅将储能作为启动电源来使用，且集成化和自动化程度较低，移动式发电机组的控制系统与储能EMS控制系统没有很好地结合起来。

发明内容

鉴于此，本发明实现了移动式发电机组与储能设备的高度集成化和自动化。

本发明提供了一种用于作业设备的联合供电系统，其包括：发电系统，其包括至少一个发电机组；储能系统，其包括至少一个电池模块和相应的至少一个PCS系统；电网系统，其包括用于给所述作业设备供电的主母线、用于给所述作业设备的配套设施和所述发电机组的启动设备供电的副母线以及中间节点，其中，所述主母线经由第一开关设备连接到所述中间节点，其中，所述副母线经由第二开关设备连接到所述中间节点；以及控制系统，其用于控制所述发电系统、所述储能系统和所述电网系统，其中，所述发电机组连接到所述主母线，其中，每个所述电池模块经由相应的一个所述PCS系统以及相应的一个第三开关设备连接到所述中间节点。

根据一实施例，所述控制系统被配置为能够使所述联合供电系统以过程群组中一者运行，所述过程群组至少包括储能离网黑启动过程、储能单独供电过程、并机运行过程、储能并机充电过程和储能并机放电过程。

根据一实施例，在所述储能离网黑启动过程中，所述控制系统被配置为：判断是否满足预定的黑启动条件；在不满足所述黑启动条件的情况下，停止所述储能离网黑启动过程；在满足所述黑启动条件的情况下，使所述至少一个电池模块中的用于黑启动的电池模块向所述副母线供电；并且将所述发电机组的所述启动设备连接到所述副母线，从而启动所述发电机组。

根据一实施例，所述控制系统被配置为：为了使所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块向所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第二开关设备。

根据一实施例，在所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

根据一实施例，在所述储能单独供电过程中，所述控制系统被配置为：判定是否满足预定的储能单独供电条件；如果不满足所述储能单独供电条件，停止所述储能单独供电过程；如果满足所述储能单独供电条件，使所述至少一个电池模块中的一个所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电；判断用于供电的所述一个电池模块是否满足负荷水平；如果不满足所述负荷水平，使所述储能系统中的更多所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，直到满足所述负荷水平。

根据一实施例，为了使所述至少一个电池模块中的所述一个电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第一开关设备和/或所述第二开关设备。

根据一实施例，为了使所述至少一个电池模块中的更多所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，并闭合相应的所述第三开关设备。

根据一实施例，在用于供电的所述电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

根据一实施例，在所述储能单独供电过程中，所述控制系统被配置为：接收用户输入的预定负荷水平；判定是否满足预定的储能单独供电条件；如果不满足所述储能单独供电条件，停止所述储能单独供电过程；如果满足所述储能单独供电条件，根据所述预定负荷水平，使所述储能系统中的相应数量的所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电。

根据一实施例，为了使所述储能系统中的相应数量的所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第一开关设备和/或所述第二开关设备。

根据一实施例，在用于供电的所述电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

根据一实施例，在所述并机运行过程中，所述控制系统被配置为：判断是否满足预定的黑启动条件；在不满足所述黑启动条件的情况下，停止所述并机运行过程；在满足所述黑启动条件的情况下，使所述至少一个电池模块中的用于黑启动的电池模块以V/F控制模式向所述副母线供电；将所述发电机组的所述启动设备连接到所述副母线，从而启动所述发电机组；将所述发电系统连接到所述中间节点；断开所述储能系统与所述中间节点的连接；并且使所述储能系统从V/F控制模式切换到P/Q控制模式，并将所述储能系统连接到所述中间节点。

根据一实施例，所述控制系统被配置为：为了使所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块向所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第二开关设备。

根据一实施例，在所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

根据一实施例，通过闭合所述第二开关设备将所述发电系统连接到所述中间节点。

根据一实施例，通过断开所述第三开关设备来断开所述储能系统与所述中间节点的连接。

根据一实施例，为了使所述储能系统从V/F控制模式切换到P/Q控制模式，并将所述储能系统连接到所述中间节点，在使所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块停机之后，使至少一个所述PCS系统以P/Q控制模式运行，并闭合相应的所述第三开关设备。

根据一实施例，在所述并储能并机充电过程中，所述控制系统被配置为：使所述PCS系统作为AC/DC变流系统启动，并以设定的充电功率向所述储能系统中的所述电池模块充电，直到检测到所述储能系统的SOC电量达到上限值，或者接收到停止充电命令信号，并且其中，在所述并储能并机充电过程中，所述控制系统被配置为：计算负载功率；使所述PCS系统作为DC/AC变流系统启动，并以所计算的负载功率使所述储能系统中的所述电池模块放电，直到检测到所述储能系统的SOC电量达到下限值，或者接收到停止放电命令信号。

根据一实施例，所述控制系统集成地形成，或者全部或部分地分布在所述发电系统和/或所述储能系统中。

根据一实施例，在所述储能系统单独供电的情况下，所述储能系统以V/F控制模式运行。

根据一实施例，在所述电网系统和所述储能系统并机联合供电的情况下，所述储能系统以P/Q控制模式运行。

根据一实施例，在所述主母线和所述第一开关设备之间连接有第一变压器，且/或在所述副母线和所述第二开关设备之间连接有第二变压器。

根据本发明，实现了发电系统与储能系统的高度集成化和自动化。此外，根据本发明，能够利用同一供电系统实现多种运行模式，因此实现了供电系统的紧凑型、小型化和经济化。

根据本发明的联合供电系统，可以实现多种运行模式和策略，有利地为现场作业设备提供电力，并提高设备使用的安全性、可靠性、经济性、环保性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明一实施例的联合供电系统的框图。

图2示出了根据本发明一实施例的联合供电系统的电路图。

图3示出了根据本发明一实施例的储能离网黑启动过程。

图4示出了根据本发明一实施例的储能单独供电过程。

图5示出了根据本发明一实施例的并机运行过程。

图6示出了根据本发明一实施例的储能并机充放电过程。

附图标记列表

1 联合供电系统 10 发电系统

11 发电机组 12 发电控制部

20 储能系统 21 电池模块

22 PCS系统 23 储能控制部

30 中央控制单元 40 电网系统

41 主母线 42 副母线

43 中间节点 100 储能离网黑启动过程

200 储能单独供电过程 300 并机运行过程

400 储能并机充放电过程 S1 第一开关设备

S2 第二开关设备 S3 第三开关设备

T1 第一变压器 T2 第二变压器

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1示出了根据本发明一实施例的联合供电系统的框图。如图1所示，根据本发明的联合供电系统1包括发电系统10、储能系统20、中央控制单元30和电网系统40。在本发明中，在中央控制单元30的控制下，发电系统10和储能系统20通过电网系统40能够联合运行。

中央控制单元30可以被实施为微型计算机系统，其包括微处理器、存储器、操作界面等。例如，中央控制单元30也可以是基于云服务的中央控制单元。在此情况下，用户可以在现场利用用户终端经由互联网连接对中央控制单元30进行配置或与其交互。

发电系统10包括至少一个发电机组11和发电控制部12。例如，发电机组11可以是水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动的发电机组。发电控制部12可以包括用于发电机组的励磁控制器、综合保护装置、同期和功率管理控制器、通讯单元、CPU单元、IO模块单元等。

发电系统10的这些部件是本领域技术人员通过阅读本说明书能够容易实现的部件，在此不再详细阐述。

储能系统20可以包括至少一个电池模块21、相应的至少一个PCS系统22以及储能控制部23。在图1的示例中，电池模块21和PCS系统被示出为多个。

电池模块21可以包括至少一个电池模组。另外，电池模块21还可以包括直流汇流柜、消防系统等。

PCS系统22也被称为储能变电系统或储能变流系统，其可以包括DC/AC双向换流器、控制单元等，并且可以控制电池模块21的充电和放电过程并进行交直流的变换。这里，每个电池模块21设置有一个相应的PCS系统22。

作为示例，储能控制部23可以包括BMS系统、EMS系统等。BMS系统也被称为电池管理系统，其主要用于电池模块的监测、评估、保护和均衡监测，具体地，其可以检测电池模块的电压、电流、温度、SOC电量、绝缘状况等。EMS系统也被称为能量管理系统，其可以用于通过控制PCS系统22对电池模块的充放电就行协调控制。

储能系统20的这些部件是本领域技术人员通过阅读本说明书能够容易实现的部件，在此不再详细阐述。

在图1的示例中，中央控制单元30通过通讯电缆与发电系统10的发电控制部12、储能系统20的储能控制部23以及电网系统40交换数据和/或信号。替代地，中央控制单元30也可以与发电系统10的发电控制部12、储能系统20的储能控制部23以及电网系统40无线地交换数据和/或信号。

在替代实施例中，发电控制部12和/或储能控制部23可以被部分地或全部地设计成中央控制单元30的一部分，或者被集成在中央控制单元30中。相反地，中央控制单元30也可以全部或部分地由发电控制部12和/或储能控制部23来实现。

在本发明中，不管它们是独立形成还是集成在一起，这里可以将它们共同称为控制系统。

图2示出了根据本发明一实施例的联合供电系统的电路图。

如图2所示，电网系统40基本包括主母线41、副母线42和中间节点43。

在图2所示的示例中，主母线41可以是10kV母线，其用于给例如现场作业设备提供电力。副母线42可以是380V母线，其用于给发电机组的启动设备以及例如作业设备的配套设施提供电力。当然，这些母线的电压等级仅是示例，也可以是其它电压等级。例如，启动设备可以包括用于启动发电机组的启动电机。例如，配套设施可以包括润滑系统、冷却系统、照明系统等。

主母线41可以经由第一变压器T1和第一开关设备S1连接到中间节点43。在图2的示例中，第一开关设备S1被实施为断路器，但也可以是其它开关设备。第一开关设备T1可以由中央控制单元30控制。第一变压器T1的诸如额定功率、额定电压、变压比之类的参数取决于主母线41和中间节点43的电压等级、作业设备的功率等。为了在需要时实现主母线41和第一变压器T1之间的电隔离，也可以在主母线41和第一变压器T1之间设置额外的开关设备。当然，根据主母线41和中间节点43之间的电压水平关系，也可以不设置第一变压器。

副母线42经由第二变压器T2和第二开关设备S2连接到中间节点43。在图2的示例中，第二开关设备S2被实施为断路器，但也可以是其它开关设备。第二开关设备S2可以由中央控制单元30控制。第二变压器T2的诸如额定功率、额定电压、变压比之类的参数取决于副母线42和中间节点43的电压等级、配套设施的功率等。为了在需要时实现副母线42和第二变压器T2之间的电隔离，也可以在副母线42和第二变压器T2之间设置额外的开关设备。当然，根据副母线42和中间节点43之间的电压水平关系，也可以不设置第二变压器。

例如，中间节点43可以被实施为母线的形式。

发电机组11可以直接连接到主母线41，或者经由开关设备和/或变压器等连接到主母线41，以向主母线41注入交流电力。

每个电池模块21可以经由相应的一个PCS系统22以及相应的一个第三开关设备S3连接到中间节点43。这些第三开关设备S3可以由中央控制单元30控制。在图2的示例中，这些第三开关设备被实施为断路器，但也可以是其它开关设备。为了在需要时实现电池模块21与PCS系统22之间的电隔离，也可以在电池模块21与PCS系统22之间设置额外的开关设备。

根据本发明的联合供电系统，可以实现多种运行模式和策略，有利地为现场作业设备提供电力，并提高设备使用的安全性、可靠性、经济性、环保性。

图3示出了根据本发明一实施例的储能离网黑启动过程100，在该过程中，利用储能系统20的电力来实现发电系统10的黑启动。一般地，在储能系统离网，并且发电系统需要黑启动时，可以运行储能离网黑启动过程100。

如图3所示，中央控制单元30首先判断是否满足预定的黑启动条件。例如，黑启动条件可以包括第一开关设备S1未合闸、储能系统20不存在故障、储能系统20的SOC(Stateof charge)电量大于预定下限值、不存在急停命令等。例如，中央控制单元30可以通过与发电控制部12、储能控制部23和电网系统40交换数据来判断黑启动条件。

如果判定不满足黑启动条件，则中央控制单元30可以停止黑启动过程，并可选地发出报警信号，例如声音报警或光学报警。

如果判定满足黑启动条件，则中央控制单元30控制发电控制部12、储能控制部23和电网系统40，使得储能系统20能够向副母线42提供电力。

具体地，为了进行黑启动，中央控制单元30控制储能控制部23向用于黑启动的至少一个PCS系统22提供启动信号。响应于启动信号，用于黑启动的PCS系统22作为DC/AC换流系统启动，以将相应电池模块21的直流电流转换为交流电力。在用于黑启动的PCS系统22的数量为多个的情况下，这些PCS系统22执行内部同期过程。然后，中央控制单元30闭合对应于用于黑启动的PCS系统22的第三开关设备S3，以将相应电池模块21连接到中间节点43。同时，中央控制单元30还闭合第二开关设备S2。以此方式，实现了储能系统20对副母线42的供电。注意，在电力系统10离网的情况下，储能系统20以V/F控制模式输出电力。众所周知，V/F控制模式是指储能系统维持输出电压和频率不变，而输出的有功功率和无功功率由负荷决定。

最后，在中央控制单元30的控制下，发电控制部12将发电系统10中的发电机组的启动设备连接到副母线42，从而发电系统10实现黑启动并使主母线41带电。

注意，在发电系统10包括多个发电机组的情况下，这些发电机组在接入主母线41之前需要执行内部同期过程，以使它们的输出电压的频率、幅值和相位保持一致。

根据本实施例，本发明能够利用储能系统和辅助母线实现了发电系统的黑启动，因此可以省去现有的作为启动设备的柴油发电机组。

图4示出了根据本发明一实施例的储能单独供电过程200，在该过程中，储能系统20向主母线41和/或副母线42单独供电。一般地，当负载水平较低且不大于储能系统20的最大放电功率，并且储能系统20的SOC电量足够时，可以运行储能单独供电过程200，即发电系统10不启动，储能系统20单独供电。

如图4所示，中央控制单元30首先判定是否满足预定的储能单独供电条件。例如，储能单独供电条件包括储能系统20不存在故障、主母线41上不存在电压等。

如果中央控制单元30判定不满足储能单独供电条件，则中央控制单元30停止储能单独供电过程，并输出报警信号，例如声音报警或光学报警。

如果中央控制单元30判定满足储能单独供电条件，则中央控制单元30控制发电控制部12、储能控制部23和电网系统40，使得储能系统20能够向主母线41和/或副母线42单独供电。

具体地，中央控制单元30控制储能控制部23向至少一个PCS系统22提供启动信号。响应于该启动信号，该PCS系统22作为DC/AC换流系统启动，以将相应电池模块21的直流电力转换为交流电力。然后，中央控制单元30闭合对应于该PCS系统22的第三开关设备S3，以将该电池模块21连接到中间节点43。同时，中央控制单元30还闭合第一开关设备S1和/或第二开关设备S2。因此，该电池模块21将电力提供到主母线41和/或副母线42。

此时，中央控制单元30通过设置在主母线41和副母线42上的电压互感器PT和电流互感器CT来监测负载水平。如果此时供电的电力模块21不能满足负载水平，则中央控制单元30进一步启动其它的PCS系统22。具体地，在中央控制单元30的控制下，储能控制部23向至少一个其它PCS系统22提供启动信号。响应于启动信号，这些PCS系统22作为DC/AC换流系统启动，以将相应电池模块21的直流电力转换为交流电力。接着，在中央控制单元30的控制下，储能控制部23对启动的多个PCS系统22执行内部同期过程，以使它们的输出电压的频率、相位、幅值保持一致。此后，中央控制单元30闭合与启动的其它PCS系统22相对应的第三开关设备S3，从而将相应的电池模块21连接到中间节点43。该过程一直持续到供电的电池模块21满足负荷水平。

替代地，中央控制单元30可以通过用户输入界面接收由用户输入的预设负载水平。在此情况下，中央控制单元30可以根据预设的负载水平启动相应数量的PCS系统22。也就是说，预设的负载水平越高，需要启动的PCS系统22越多，反之亦然。然后，中央控制单元30控制储能控制部23，使得启动的PCS系统22执行内部同期过程，以使它们的输出电压的频率、相位、幅值保持一致。接着，中央控制单元30闭合与启动的PCS系统22相对应的第三开关设备S3，以使相应电池模块21向中间节点43提供电力。同时，中央控制单元30还闭合第一开关设备S1和/或第二开关设备S2。因此，这些电池模块21向主母线41和/或副母线42提供电力。

因此，实现了储能系统20对主母线41和/或副母线42的单独供电。

根据本实施例，本发明能够利用与储能离网黑启动过程100相同的电网系统实现储能单独供电过程，使得供电模式的选择极具灵活性。

图5示出了根据本发明一实施例的并机运行过程300，在该过程中，发电系统10和储能系统20联合供电。一般地，在负载水平超过发电系统10的供电能力时，可以运行并机运行过程300。

如图5所示，如果发电系统10还未启动，可以首先运行图3所示的储能离网黑启动过程100。

具体地，执行储能离网黑启动过程100。注意，在电力系统10离网的情况下，储能系统20在V/F控制模式下运行。

在发电系统10成功黑启动并且主母线41带电之后，中央控制单元30向储能系统20发出并机信号。

响应于并机信号，储能控制部23使用于黑启动的PCS系统22执行外部同期过程，以使其输出电压与主母线41上的电压在相位、幅值、频率方面保持一致。在成功执行外部同期过程之后，中央控制单元30闭合第一开关设备S1，使得发电系统10的电力输出接入中间节点43。此时，发电系统10也向副母线42供电。

然后，中央控制单元30通过控制储能控制部23使用于黑启动的PCS系统22停机，并同时断开相应的第三开关设备S3。接着，根据负载水平或其它要求，中央控制单元30通过控制储能控制部23使至少一个PCS系统22启动，并使它们执行外部同期过程，以使它们的输出电压与主母线41上的电压在相位、幅值、频率方面保持一致。注意，由于此时电力系统10已经并网，所以PCS系统22在P/Q控制模式下运行。在成功执行外部同期过程之后，中央控制单元30闭合对应于启动的PCS系统22的第三开关设备S3。众所周知，P/Q控制模式是指恒定有功和无功控制，其控制储能系统的输出的有功功率和无功功率等于其参考值。

因此，实现了发电系统10和储能系统20的并机以及对主母线41和副母线42的联合供电。

根据本实施例，本发明能够利用与储能离网黑启动过程100、储能单独供电过程200相同的电网系统实现并机运行过程300，使得供电过程的选择极具灵活性。

图6示出了根据本发明一实施例的储能并机充放电过程400，在该过程中，在发电系统10和储能系统20并机运行的情况下，根据需要对储能系统20执行充放电过程。一般地，在负载水平升高至大于发电系统10的供电能力或者储能系统20的SOC电量过低时，可以执行储能并机充放电过程400。

一方面，如图6的左侧所示，在充电过程中，中央控制单元30控制储能控制部23，使得PCS系统22作为AC/DC变流系统启动，以将来自主母线41的交流电力转换为直流电力，并以设定的充电功率向储能系统20中的电池模块21充电。

充电过程一直持续，直到储能控制部23检测到储能系统20的SOC电量达到上限值，或者接收到停止充电命令信号。中央控制单元30控制储能控制部23停止充电过程。

另一方面，如图6的右侧所示，在放电过程中，中央控制单元30首先计算负载的实时功率。负可以是接入主母线41的负载，但也可以包括接入副母线42的负载。中央控制单元30通过设置在主母线41和副母线42上的互感器PT和CT来计算负载的实时功率。

接着，中央控制单元30控制储能控制部23，使得PCS系统22作为DC/AC变流系统启动，以将来自储能系统20中的电池模块21的直流电力转换为交流电力，并使储能系统20中的电池模块21按照负载实时功率的计算结果进行放电。

放电过程一直持续，直到储能控制部23通过BMP系统检测到储能系统20的SOC电量达到下限值，或者接收到停止放电命令信号。中央控制单元30控制储能控制部23停止放电过程。

在中央控制单元30和/或储能控制部23中可以存储有储能系统20的充电功率设定值、SOC电量上限值和SOC电量下限值，或者用户可以通过中央控制单元30的用户界面输入这些值。

当然，为了均衡地、安全地充放电，也可以为每个电池模块21设定单独的充电功率设定值、SOC电量上限值和SOC电量下限值。

例如，在充电过程中，如果某个或某些电池模块21达到自身的SOC电量上限值，储能控制部23停止这个或这些电池模块21的充电过程，并继续以各自的充电功率为剩余电池模块21充电。

例如，在放电过程中，如果某个或某些电池模块21达到自身的SOC电量下限值，储能控制部23停止这个或这些电池模块21的放电过程，并使剩余电池模块21继续按照负载实时功率计算结果进行放电。也就是说，在部分电池模块21停止放电之后，负载实时功率被平均地或以一定权重分配到剩余电池模块21。

根据本实施例，本发明能够利用与储能离网黑启动过程100、储能单独供电过程200、并机运行过程300相同的电网系统实现储能并机充放电过程400，使得供电模式的选择极具灵活性。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其发明构思的任何修改、等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种用于作业设备的联合供电系统，其包括：

发电系统，其包括至少一个发电机组；

储能系统，其包括至少一个电池模块和相应的至少一个PCS系统；

电网系统，其包括用于给所述作业设备供电的主母线、用于给所述作业设备的配套设施和所述发电机组的启动设备供电的副母线以及中间节点，其中，所述主母线经由第一开关设备连接到所述中间节点，其中，所述副母线经由第二开关设备连接到所述中间节点；以及

控制系统，其用于控制所述发电系统、所述储能系统和所述电网系统，

其中，所述发电机组连接到所述主母线，

其中，每个所述电池模块经由相应的一个所述PCS系统以及相应的一个第三开关设备连接到所述中间节点。

2.根据权利要求1所述的联合供电系统，其中，所述控制系统被配置为能够使所述联合供电系统以过程群组中一者运行，所述过程群组至少包括储能离网黑启动过程、储能单独供电过程、并机运行过程、储能并机充电过程和储能并机放电过程。

3.根据权利要求2所述的联合供电系统，其中，在所述储能离网黑启动过程中，所述控制系统被配置为：

判断是否满足预定的黑启动条件；

在不满足所述黑启动条件的情况下，停止所述储能离网黑启动过程；

在满足所述黑启动条件的情况下，使所述至少一个电池模块中的用于黑启动的电池模块向所述副母线供电；并且

将所述发电机组的所述启动设备连接到所述副母线，从而启动所述发电机组。

4.根据权利要求3所述的联合供电系统，其中，所述控制系统被配置为：为了使所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块向所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第二开关设备。

5.根据权利要求4所述的联合供电系统，其中，在所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

6.根据权利要求2所述的联合供电系统，其中，在所述储能单独供电过程中，所述控制系统被配置为：

判定是否满足预定的储能单独供电条件；

如果不满足所述储能单独供电条件，停止所述储能单独供电过程；

如果满足所述储能单独供电条件，使所述至少一个电池模块中的一个所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电；

判断用于供电的所述一个电池模块是否满足负荷水平；

如果不满足所述负荷水平，使所述储能系统中的更多所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，直到满足所述负荷水平。

7.根据权利要求6所述的联合供电系统，其中，为了使所述至少一个电池模块中的所述一个电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第一开关设备和/或所述第二开关设备。

8.根据权利要求7所述的联合供电系统，其中，为了使所述至少一个电池模块中的更多所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，并闭合相应的所述第三开关设备。

9.根据权利要求8所述的联合供电系统，其中，在用于供电的所述电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

10.根据权利要求2所述的联合供电系统，其中，在所述储能单独供电过程中，所述控制系统被配置为：

接收用户输入的预定负荷水平；

判定是否满足预定的储能单独供电条件；

如果不满足所述储能单独供电条件，停止所述储能单独供电过程；

如果满足所述储能单独供电条件，根据所述预定负荷水平，使所述储能系统中的相应数量的所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电。

11.根据权利要求10所述的联合供电系统，其中，为了使所述储能系统中的相应数量的所述电池模块向所述主母线和/或所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第一开关设备和/或所述第二开关设备。

12.根据权利要求11所述的联合供电系统，其中，在用于供电的所述电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

13.根据权利要求2所述的联合供电系统，其中，在所述并机运行过程中，所述控制系统被配置为：

判断是否满足预定的黑启动条件；

在不满足所述黑启动条件的情况下，停止所述并机运行过程；

在满足所述黑启动条件的情况下，使所述至少一个电池模块中的用于黑启动的电池模块以V/F控制模式向所述副母线供电；

将所述发电机组的所述启动设备连接到所述副母线，从而启动所述发电机组；

将所述发电系统连接到所述中间节点；

断开所述储能系统与所述中间节点的连接；并且

使所述储能系统从V/F控制模式切换到P/Q控制模式，并将所述储能系统连接到所述中间节点。

14.根据权利要求13所述的联合供电系统，其中，所述控制系统被配置为：为了使所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块向所述副母线供电，使相应的所述PCS系统作为DC/AC换流系统启动，闭合相应的所述第三开关设备，并同时闭合所述第二开关设备。

15.根据权利要求14所述的联合供电系统，其中，在所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块的数量为多个时，在闭合相应的所述第三开关设备之前，相应的所述PCS系统执行内部同期过程。

16.根据权利要求13所述的联合供电系统，其中，通过闭合所述第二开关设备将所述发电系统连接到所述中间节点。

17.根据权利要求13所述的联合供电系统，其中，通过断开所述第三开关设备来断开所述储能系统与所述中间节点的连接。

18.根据权利要求13所述的联合供电系统，其中，为了使所述储能系统从V/F控制模式切换到P/Q控制模式，并将所述储能系统连接到所述中间节点，在使所述至少一个电池模块中的所述用于黑启动的电池模块停机之后，使至少一个所述PCS系统以P/Q控制模式运行，并闭合相应的所述第三开关设备。

19.根据权利要求2所述的联合供电系统，

其中，在所述并储能并机充电过程中，所述控制系统被配置为：

使所述PCS系统作为AC/DC变流系统启动，并以设定的充电功率向所述储能系统中的所述电池模块充电，直到检测到所述储能系统的SOC电量达到上限值，或者接收到停止充电命令信号，并且

其中，在所述并储能并机充电过程中，所述控制系统被配置为：

计算负载功率；

使所述PCS系统作为DC/AC变流系统启动，并以所计算的负载功率使所述储能系统中的所述电池模块放电，直到检测到所述储能系统的SOC电量达到下限值，或者接收到停止放电命令信号。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的联合供电系统，其中，所述控制系统集成地形成，或者全部或部分地分布在所述发电系统和/或所述储能系统中。

21.根据权利要求1至19中任一项所述的联合供电系统，其中，在所述储能系统单独供电的情况下，所述储能系统以V/F控制模式运行。

22.根据权利要求1至19中任一项所述的联合供电系统，其中，在所述电网系统和所述储能系统并机联合供电的情况下，所述储能系统以P/Q控制模式运行。

23.根据权利要求1至19中任一项所述的联合供电系统，

其中，在所述主母线和所述第一开关设备之间连接有第一变压器，且/或

其中，在所述副母线和所述第二开关设备之间连接有第二变压器。

Images