CN115912663A - 一种分布式储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式储能系统，包括分布式储能柜、能量管理系统、负荷监测模块和交流并网柜，所述分布式储能柜与所述交流并网柜连接，所述交流并网柜与能量管理系统通过一阶并网点与负荷检测模块连接，所述能量管理系统通过二阶并网点接入供电母；整体系统结构高度集成，将电池簇、冷却空调、消防系统、PCS、EMS集成到一个标准储能柜内，对外仅预留交流配电、通讯控制接口，可通过交流侧并联实现系统容量拓展；通过能量管理系统（EMS）策略，可以实现对不同地点布置的分布式储能柜进行集中监测和群控，实现城市微电网的储能电力形态。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能领域，尤其是涉及一种分布式储能系统。
背景技术
当前电池储能系统形态多以集装箱储能为主，在一个标准或非标集装箱内，多个电池簇通过直流侧并联连接PCS(储能变流器)，并设计交流配电、热管理、消防、EMS等，实现储能系统集装箱集成；传统的储能集装箱包括占地面积大，且需要相对规整的平面空间进行布置，不利于城市内布置，储能系统整体测试对厂区配电电容需求较高。
例如，一种在中国专利文献上公开的“储能集装箱”，包括储能集装箱占地面积大，且需相对规整的平面空间进行布置，不利于城市内布置；储能集装箱整体重量较重，通常需要做基础土方施工，成本较高，施工周期长；储能集装箱尺寸大、重量重、内部结构复杂，在整体运输中对内部电池箱安装强度要求高，若超重运输难度较大；储能集装箱需在生产工厂完成集成安装，需求总装产线面积大，对吊装、转运要求较高；储能系统整体测试对厂区配电容量要求较高的问题。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，集装箱储能系统具有体积较大不方便空间布置，重量较大不方便施工，内部结构复杂对集装箱内部电池安装强度较高，储能系统调试过程对厂区配电容量要求较高等问题，提供了一种分布式储能系统，通过设计独立标准储能柜，实现储能设备的灵活布置。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种分布式储能系统，包括分布式储能柜、能量管理系统、负荷监测模块和交流并网柜，所述分布式储能柜与所述交流并网柜连接，所述交流并网柜连接至交流供电母线并网点，所述能量管理系统与负荷监测模块连接，所述负荷监测模块与负载设备的交流供电母线连接。
作为优选，所述分布式储能柜包括储能机柜、储能电池插箱、PCS模块、控制系统、消防系统、散热风道和热管理空调，所述储能机柜内部设置有若干分隔板，将储能机柜内部分隔成若干个系统安装柜，所述储能电池插箱安装在储能机柜内部，所述储能电池插箱内部包括若干个储能电池，所述储能电池以堆砌方式连接安装，所述热管理空调安装在储能机柜处于背面的外侧，所述控制系统和消防系统安装在所述系统安装柜中，与所述PCS模块、储能电池和散热风道连接；所述配电及控制系统安装在所述储能机柜设备舱下部，实现对储能系统的控制和管理；所述消防系统安装在所述储能机柜设备舱下部，并通过消防接管将消防喷口分布到机柜内各处，实现对整个柜体的消防保护。
作为优选，所述分布式储能柜还包括冷却空调、散热风道、交流配电接口和通讯控制接口，所述冷却空调安装在散热风道中，所述散热风道连通储能柜前后部空间，使热管理空调实现对储能电池系统的冷却或加热循环，所述分布式储能柜外壳完全封闭，高度集成，对外仅预留所述交流配电接口和通讯控制接口。
分布式储能柜高度集成，将电池簇、冷却空调、消防系统、PCS、EMS集成到一个标准储能柜内，对外仅预留交流配电、通讯控制接口，可通过交流侧并联实现系统容量拓展，设计独立标准储能柜，单柜占地面积小，可根据城市内紧凑空间灵活布置，尺寸灵活，在用户侧储能如城市用电、工厂等空间紧凑的地方可灵活布置。
作为优选，所述冷却空调散热面朝向机柜外侧，冷却面朝向机柜内侧，工作过程中空调出风口从机柜后部向前侧吹风，经过电池交换热量后由直流电池插箱风扇排出到机柜前部，机柜前部与散热风道连通，散出的空气经过散热风道被空调回风口吸入空调内部。
作为优选，所述能量管理系统包括分布式储能柜信息采集单元、数据存储单元、信号输出单元和集控单元，所述分布式储能柜信息采集单元与所述储能电池连接，用于采集储能柜内储能电池的电压、电流和温度等实时信息，所述数据存储单元与所述储能电池和分布式储能柜信息采集单元连接，用于以固定周期记录储能电池的工作状态，所述信号输出单元与电池信息采集单元和数据存储单元连接，将分布式储能柜信息采集单元和数据存储单元的实时信息发送到集控单元，所述集控单元与信号输出单元连接，接收信号输出单元发出的数据信息，调整单个分布式储能柜的储能方案。
作为优选，在完成单个分布式储能柜的储能方案后，将若干个分布式储能柜分为一组，并将储能柜组通过并网点接入供电母线。
通过能量管理系统(EMS)策略，可以实现对不同地点布置的分布式储能柜进行集中监测和群控，实现城市微电网的储能电力形态。
作为优选，所述负荷监控模块通过用户基本需求和约束条件，对当前的供电效果做出基本判断，所述用户基本需求包括供电频率、供电电压、供电电流、功率因数、负荷稳定运行时长和当前系统用电状态；所述约束条件包括变电压可用容量、储能系统供电能力、负荷稳定运行时长和当前系统用电状态。
作为优选，所述负荷监控模块还包括负荷评估单元，对储能系统进行实时数据检测和评估，用于评估边界条件是否符合规则，边界约束条件为理论情况下计算供电量是否达到客户约束需求，设备运行总供能状态和功率是否达到合理负荷率的要求，及时反馈设备负荷情况和工作状态。
因此，本发明具有以下有益效果：
整体系统结构高度集成，将电池插箱、直流控制箱、热管理空调、消防系统、PCS模块、配电及控制系统集成到一个标准储能柜内，对外仅预留交流配电、通讯控制接口，可通过交流侧并联实现系统容量拓展及新旧分布式储能系统混用；
通过能量管理系统(EMS)策略，可以实现对不同地点布置的分布式储能柜进行集中监测和群控，实现城市微电网的储能电力形态。
附图说明
图1是本发明分布式储能柜结构示意图；
图2是本发明分布式储能系统典型架构示例图。
其中，1.储能机柜；2.储能电池插箱；3.消防系统；4.配电及控制系统；5.PCS模块；6.散热风道；7.热管理空调；8.直流控制箱。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步具体的描述。
本发明为一种分布式储能柜系统，如图1所示，分布式储能柜包括储能机柜1、储能电池插箱2、PCS模块5、配电及控制系统4、消防系统3、散热风道6、热管理空调7和直流控制箱8。
分布式储能柜包括热管理空调、储能机柜、储能电池插箱、PCS模块、控制系统、消防系统和散热风道，所述储能机柜内部设置有若干分隔板，将储能机柜内部分隔成若干个系统安装柜，所述储能电池插箱安装在储能机柜内部，所述储能电池插箱内部包括若干个储能电池，所述储能电池以堆砌方式安装入机柜，储能电池箱正负极依次串联后接入直流高压箱，所述直流控制箱内部由直流接触器、熔断器、电流传感器、BMS主控板、供电电源、手动开关、线束和连接器组成，用于储能系统直流侧电池的高低压管理和控制，高压输入端连接电池插箱，高压输出端连接至PCS直流侧，所述PCS模块安装在储能机柜设备舱，PCS直流侧通过直流控制箱与储能电池连接，PCS交流侧通过配电及控制系统接入外部交流电网。
分布式储能柜还包括冷却空调、散热风道、交流配电接口和通讯控制接口，所述冷却空调安装在散热风道中，所述散热风道连通储能柜前后部空间，使热管理空调实现对储能电池系统的冷却或加热循环，所述分布式储能柜外壳完全封闭，高度集成，对外仅预留所述交流配电接口和通讯控制接口。
高度集成，将电池簇、冷却空调、消防系统、PCS、EMS集成到一个标准储能柜内，对外仅预留交流配电、通讯控制接口，可通过交流侧并联实现系统容量拓展，设计独立标准储能柜，单柜占地面积小，可根据城市内紧凑空间灵活布置，尺寸灵活，在用户侧储能如城市用电、工厂等空间紧凑的地方可灵活布置。
冷却空调散热面朝向机柜外侧，冷却面朝向机柜内侧，工作过程中空调出风口从机柜后部向前侧吹风，经过电池交换热量后由直流电池插箱风扇排出到机柜前部，机柜前部与散热风道连通，散出的空气经过散热风道被空调回风口吸入空调内部，所述配电及控制系统安装在所述储能机柜设备舱下部，实现对储能系统的控制和管理；所述消防系统安装在所述储能机柜设备舱下部，并通过消防接管将消防喷口分布到机柜内各处，实现对整个柜体的消防保护。
能量管理系统包括分布式储能柜信息采集单元、数据存储单元、信号输出单元和集控单元，所述分布式储能柜信息采集单元与所述储能电池连接，用于采集储能柜内储能电池的电压、电流和温度等实时信息，所述数据存储单元与所述储能电池和分布式储能柜信息采集单元连接，用于以固定周期记录储能电池的工作状态，所述信号输出单元与电池信息采集单元和数据存储单元连接，将分布式储能柜信息采集单元和数据存储单元的实时信息发送到集控单元，所述集控单元与信号输出单元连接，接收信号输出单元发出的数据信息，调整单个分布式储能柜的储能方案。
通过能量管理系统(EMS)策略，可以实现对不同地点布置的分布式储能柜进行集中监测和群控，实现城市微电网的储能电力形态。
负荷监控模块通过用户基本需求和约束条件，对当前的供电效果做出基本判断，用户基本需求包括供电频率、供电电压、供电电流、功率因数、负荷稳定运行时长和当前系统用电状态；约束条件包括变电压可用容量、储能系统供电能力、负荷稳定运行时长和当前系统用电状态。
负荷监控模块还包括负荷评估单元，对储能系统进行实时数据检测和评估，用于评估边界条件是否符合规则，边界约束条件为理论情况下计算供电量是否达到客户约束需求，设备运行总供能状态和功率是否达到合理负荷率的要求，及时反馈设备负荷情况和工作状态。
在实现同步工作过程中，具体包括以下步骤：
步骤S1：不同的负荷需求分配不同供电能力的分布式储能系统，负荷较大的并网点可配置较多的分布式储能柜，负荷较小的并网点可配置较少的分布式储能柜，通过能量管理系统对分布式储能系统进行集中管理或分区管理以满足不同用户的储能供电需求；
步骤S2：采集当前各个并网点储能系统的存储电量和平均用电量，根据历史记录设定储能系统充放电阈值，并将数据反馈到数据存储单元，根据同期比对以及每个并网点储能系统的用电情况，若当前并网点储能系统的平均用电量低于预期放电阈值，则该系统中的分布式储能系统可通过母线及变压器对周边并网点进行供电和预备供电；
步骤S3：分布式储能系统的负荷情况通过变压器反馈到能量管理系统，能量管理系统监测各并网点变压器的负荷情况，适时调整各并网点下的储能系统，以防止储能系统运行中所在变压的出现过载或逆流。
除上述工作步骤外，分布式储能系统还根据用户和电网的要求，通过能量管理系统接受电力部门的调度，实现微电网发电、调峰调频的功能。
在完成单个分布式储能柜的储能方案后，将若干个分布式储能柜分为一组，并将储能柜组通过并网点接入供电母线。
分布式储能柜的外接母线还能以光伏并网发电系统作为供电补充电路，在进行电磁暂态仿真时，将电力电子开关作为支路元件进行考虑，导通和关断时分别用一组差分电路来表示，每组包含一个等效电导和与其并联的历史电流源，历史电流源表达式如下所示：
其中，等效电导Gon、Goff,历史电流源表达式的电压项系数αon、αoff和电流项系数βon、βoff。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种分布式储能系统，其特征是，包括分布式储能柜、能量管理系统、负荷监测模块和交流并网柜，所述分布式储能柜与所述交流并网柜连接，所述交流并网柜连接至交流供电母线并网点，所述能量管理系统与负荷监测模块连接，所述负荷监测模块与负载或变压器交流供电母线连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式储能系统，其特征是，所述分布式储能柜包括储能机柜、储能电池插箱、PCS模块、控制系统、消防系统、散热风道和热管理空调，所述储能机柜内部设置有若干分隔板，将储能机柜内部分隔成若干个系统安装柜，所述储能电池插箱安装在储能机柜内部，所述储能电池插箱内部包括若干个储能电池，所述储能电池以堆砌方式连接安装，所述热管理空调安装在储能机柜处于背面的外侧，所述控制系统和消防系统安装在所述系统安装柜中，与所述PCS模块、储能电池和散热风道连接。
3.根据权利要求2所述的一种分布式储能系统，其特征是，所述分布式储能柜还包括冷却空调、交流配电接口和通讯控制接口，所述冷却空调安装在散热风道中，所述分布式储能柜外壳完全封闭，高度集成，对外仅预留所述交流配电接口和通讯控制接口。
4.根据权利要求2或3所述的一种分布式储能系统，其特征是，所述冷却空调散热面朝向机柜外侧，冷却面朝向机柜内侧，工作过程中空调出风口从机柜后部向前侧吹风，经过电池交换热量后由直流电池插箱风扇排出到机柜前部，机柜前部与散热风道连通，散出的空气经过散热风道被空调回风口吸入空调内部。
5.根据权利要求1或2所述的一种分布式储能系统，其特征是，所述能量管理系统包括分布式储能柜信息采集单元、数据存储单元、信号输出单元和集控单元，所述分布式储能柜信息采集单元与所述储能电池连接，用于采集储能柜内储能电池的电压、电流和温度等实时信息，所述数据存储单元与所述储能电池和分布式储能柜信息采集单元连接，用于以固定周期记录储能电池的工作状态，所述信号输出单元与电池信息采集单元和数据存储单元连接，将分布式储能柜信息采集单元和数据存储单元的实时信息发送到集控单元，所述集控单元与信号输出单元连接，接收信号输出单元发出的数据信息，调整单个分布式储能柜的储能方案。
6.根据权利要求4所述的一种分布式储能系统，其特征是，在完成单个分布式储能柜的储能方案后，将若干个分布式储能柜分为一组，并将储能柜组通过并网点接入供电母线。
7.根据权利要求1所述的一种分布式储能系统，其特征是，所述负荷监控模块通过用户基本需求和约束条件，对当前的供电效果做出基本判断，所述用户基本需求包括供电频率、供电电压、供电电流、功率因数、负荷稳定运行时长和当前系统用电状态；所述约束条件包括变电压可用容量、储能系统供电能力、负荷稳定运行时长和当前系统用电状态。
8.根据权利要求7所述的一种分布式储能系统，其特征是，所述负荷监控模块还包括负荷评估单元，对储能系统进行实时数据检测和评估，用于评估边界条件是否符合规则，边界约束条件为理论情况下计算供电能力是否达到客户约束需求，设备运行总供能状态和功率是否达到合理负荷率的要求，及时反馈设备负荷情况和工作状态。
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