CN207801570U - 储能式应急电源车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能式应急电源车，其新能源系统成套设备包括锂电池组、光伏电池阵列、光伏充电控制器，逆变电源供电系统包括整流器、逆变器、静态开关和控制器，市电输入及发电车通过双电源手动转换开关连接整流器，所述整流器输出连接锂电池组及逆变器，双电源手动转换开关内部链接市电输入侧的一端和逆变器均接入静态开关，通过控制器实现电源切换输出；光伏电池阵列通过光伏充电控制器连接锂电池组，与锂电池组连接设有电池管理系统，所述电池管理系统及逆变电源供电系统通过控制器连接工控机监控系统，所述工控机监控系统采用RS‑485总线通信方式与上位机或服务器通信，实时监测交直流回路电压、电流及系统运行状态。

Description

储能式应急电源车

技术领域

本实用新型涉及一种应急供电车，尤其是涉及一种储能式应急电源车。

背景技术

传统的应急供电车在保障重要负荷供电方面起到了积极作用，可以广泛的应用于电力、工业企业、建筑施工、工程抢险、大型集会、影视拍摄、港口码头、邮电通讯、医院、大厦、军工民用等场合。。但是应急供电车不能长时间空载运行，因此在市电因不可预见故障断电而启动柴油发电机后，不能立即进入送电状态，这就无法做到不间断供电。即使发电车采用热备用方式，切换过程也在3S以上，无法满足重大活动作为储能介质。

发明内容

本实用新型针对现有技术不足，提出了一种储能式应急电源车，应用大功率逆变电源和光伏发电新能源技术完成电池的电源输出和逆变电源，在保证供电可靠环保节能的同时构建清洁智能的储能式应急电源系统，可以满足多种工况的供电需求。

本实用新型所采用的技术方案：

一种储能式应急电源车，在车辆上安装新能源系统成套设备、逆变电源供电系统和工控机监控系统，所述新能源系统成套设备包括锂电池组、光伏电池阵列、光伏充电控制器，逆变电源供电系统包括整流器、逆变器、静态开关和控制器，市电输入及发电车通过双电源手动转换开关连接整流器，所述整流器输出连接锂电池组及逆变器，双电源手动转换开关内部链接市电输入侧的一端和逆变器均接入静态开关，通过控制器实现电源切换输出；光伏电池阵列通过光伏充电控制器连接锂电池组，与锂电池组连接设有电池管理系统，所述电池管理系统及逆变电源供电系统通过控制器连接工控机监控系统，所述工控机监控系统采用RS-485总线通信方式与上位机或服务器通信，实时监测交直流回路电压、电流及系统运行状态。

新能源系统成套设备、逆变电源供电系统和工控机监控系统布置于集装箱内，光伏电池阵列采用抽屉式结构安装在集装箱箱顶，电池板布置在抽屉式结构内的安装轨道上，采用直流伺服电机驱动。

工控机监控系统实时监测主/副回路的输出状态，通过静态开关(STS)进行电源输出切换并配合控制器实现15KHZ的开关频率；所述静态开关采用全控型高频开关管构成三组全桥电路作为投切器件，三组全桥电路的输入端U、V、W连接主回路市电输入端，三组全桥电路的一组桥臂输出U1、V1、W1连接主回路市电输出，另一组桥臂输出U2、V2、W2连接副回路逆变输出。

工控机监控系统采用T1的TMS320F28335系列的DSP作为控制核心，工控机监控系统通过RS485串行总线读取系统运行数据并显示在显示器上，同时给DSP下达运行指令，DSP执行工控机监控系统指令，通过控制相应IGBT和接触器的通断来实现应急电源运行模式的转换。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型储能式应急电源车，在保证供电可靠环保节能的同时构建清洁智能的储能式应急电源系统，可以满足多种工况的供电需求。清洁智能储能式应急电源系统完成了对重要负荷的不间断供电和对系统本体的智能化管理，实现了光伏、市电互补的充电方式，蓄电池组输出容量可达 30KVA，供电恢复时间仅为 3．260ms；光伏充电采用双级式结构 ，保证了充电的高性能和可靠性，提高了光伏电池的利用率。实践证明，该系统可提高供电可靠性，满足各种保电任务的要求，显著提升供电企业的应急反应能力，增强机动性能，提高社会效益。

2、本实用新型储能式应急电源车，工控机监控系统通过控制相应IGBT和接触器的通断来实现应急电源运行模式的转换。主控板实现信号的采样和调理，整理/逆变和蓄电池充放电的控制，静态开关的控制及保护、报警等，从而完成对系统的实时控制。系统检测到市电输入正常时，控制STS的IGBT，使主回路输出作为系统输出向负载供电；当市电中断时，STS进行投切，将副回路的逆变电能输出至负载。主/副回路的切换时间小于5MS，可有效保证重要负荷的持续供电，减少突然断电对其的影响。

附图说明

图1是本实用新型储能式应急电源车的应急电源拓扑结构示意图；

图2是本实用新型储能式应急电源车的通信系统结构示意图；

图3是本实用新型储能式应急电源车静态开关结构示意图；

图4是本实用新型储能式应急电源车光伏充电控制器主电路拓扑结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1：

参见图1、图2，本实用新型储能式应急电源车，在车辆上安装新能源系统成套设备、逆变电源供电系统和工控机监控系统，所述新能源系统成套设备包括锂电池组、光伏电池阵列、光伏充电控制器，逆变电源供电系统包括整流器、逆变器、静态开关和控制器，市电输入及发电车通过双电源手动转换开关连接整流器，所述整流器输出连接锂电池组及逆变器，双电源手动转换开关内部链接市电输入侧的一端和逆变器均接入静态开关，通过控制器实现电源切换输出；光伏电池阵列通过光伏充电控制器连接锂电池组，与锂电池组连接设有电池管理系统，所述电池管理系统及逆变电源供电系统通过控制器连接工控机监控系统，所述工控机监控系统采用RS-485总线通信方式与上位机或服务器通信，实时监测交直流回路电压、电流及系统运行状态。

监控系统采用RS-485总线通信方式与其它部分通信，实时监测交直流回路电压、电流及系统运行状态。通信接口采用支持全双工模式的RS-485端口，这种通信结构提高了数据和指令的交互效率，又保证了系统内部数据传输的可靠性。

实施例2：

参见图1、图2，本实施例的储能式应急电源车，与实施例1的不同之处在于：新能源系统成套设备、逆变电源供电系统和工控机监控系统布置于集装箱内，光伏电池阵列采用抽屉式结构安装在集装箱箱顶，电池板布置在抽屉式结构内的安装轨道上，采用直流伺服电机驱动。

锂电池组需要光伏充电时，电池板在直流伺服电机的推动下沿安装轨道展开，对电池进行浮充；锂电池组不需要光伏充电时，伸出集装箱的电池板在伺服电机带动下缩回集装箱箱顶部空腔内。

实施例3：

参见图1、图2、图3，本实施例的储能式应急电源车，与实施例1或实施例2的不同之处在于：工控机监控系统实时监测主/副回路的输出状态，通过静态开关(STS)进行电源输出切换并配合控制器实现15KHZ的开关频率；所述静态开关采用全控型高频开关管构成三组全桥电路作为投切器件，三组全桥电路的输入端U、V、W连接主回路市电输入端，三组全桥电路的一组桥臂输出U1、V1、W1连接主回路市电输出，另一组桥臂输出U2、V2、W2连接副回路逆变输出。

静态开关结构如图3所示。U1、V1、W1为系统实际输出，U2、V2、W2为副回路逆变输出。系统检测到市电输入正常时，控制STS的IGBT，使主回路输出作为系统输出向负载供电；当市电中断时，STS进行投切，将副回路的逆变电能输出至负载。主/副回路的切换时间小于5MS，可有效保证重要负荷的持续供电，减少突然断电对其的影响。

主回路工作原理：设备蓄电池组可通过光伏阵列充电，也可由三相380V市电或充电站的直流充电桩充电，如图1所示。设备投入工作时，若市电输入正常，则经静态开关装置后向负载供电，同时副回路通过三相整流桥将交流电变为直流对蓄电池充电，此时的逆变器处于空载逆变状态；当市电中断或超出正常电压范围时，由控制器提供逆变信号，启动逆变电源，同时静态开关迅速切换至逆变输出，继续给负载提供标准的正弦交流电源，此时蓄电池直流电能逆变后座为后备电源向负载供电。当市电回复正常时，应急电压自动恢复电网供电。

市电中断后自动投切原理：系统实时监测主/副回路的输出状态，并通过静态开关(STS)进行电源切换。

实施例4：

参见图1、图2、图3，本实施例的储能式应急电源车，运行控制由工控机和DSP完成。工控机监控系统采用T1的TMS320F28335系列的DSP作为控制核心，工控机监控系统通过RS485串行总线读取系统运行数据并显示在显示器上，同时给DSP下达运行指令，DSP执行工控机监控系统指令，通过控制相应IGBT和接触器的通断来实现应急电源运行模式的转换。

主控板实现信号的采样和调理，整理/逆变和蓄电池充放电的控制，静态开关的控制及保护、报警等，从而完成对系统的实时控制。

TMS320F28335系列的DSP作为控制核心。它为一款高速浮点型控制器，具有150MHZ的告诉处理能力和32位浮点处理单元；与以往的定点DSP相比，其精度高、功耗低、外设集成度高、AD转换更精确快速，使得系统的控制和响应更加快速准确。

实施例5：

参见图1、图2、图3、图4，本实施例的储能式应急电源车，与前述各实施例不同的是，光伏充电控制器采用如图 4所示的电路拓扑结构。光伏电池阵列输出电压为 IX：0~400V，光伏充 电控制器工作电压为 IX：250~500V，主电路为利用 MOSFET 构成的 DC／DC斩波 电路。光伏电池阵列输出可直接接至光伏充电控制器。光伏充电控制器前级为 DC／DC降压 、最大功率点跟踪环节，它通过控制 Buck电路 的占空比 D 来连续调节连接在光伏电池两端的等效负载，最终实现负载匹配，使输出功率最大。

光伏充电控制器控制策略：光线充足时，可利用系统配置的光伏电池阵列对蓄电池组充电。在实际的光伏充发电 电系统中，太阳能电池的输出特性与 13照条件和环境温度直接相关 ，且在一定的日照条件和环境温度下存在唯一的最大输出功率点(MPP)。天气不断变化，照射到光板表面的光照强度也跟着变化，易造成光伏电池输出功率明显波动，甚至可能导致光伏充电控制器频繁跳合闸，此时充电器的性能将直接影响到系统的发电量、电能质量和可靠性。本系统中的光伏充电控制器设计为两路 IX；／IX；串联模式，并采用最大功率点跟踪控制(MPPT)算法，实现超宽电压输入范围运行，稳定输出电压，同时在天气变化时能快速准确寻找新的 MPP，在该点实现无振荡工作，最终克服光伏发电系统固有的能量不稳定性，保证光伏电池对蓄电池组充电以及能量利用效率的最高化。

鉴于蓄电池的固有特性，充电控制方法及充电装置性能直接影响着蓄电池的荷电量和使用寿命，进而决定着系统向负载的供电能力。目前，恒流、恒压限流相结合分阶段充电方式较单一恒流、恒压及脉冲快速充电等方式，具有能保证电池充电时间短、出气率低，防止发生过充反应等优点，且利用开关换流器PWM技术容易实现控制。根据系统容量的实际配置，确定充电缺省参数，并实时监测蓄电池状态，实现充电阶段的自动切换。恒流最大充电时采用 1／4倍率制 ，针对 228V／2O0A·h电池组 ，最大充电电流为 5OA；恒压充 电过充限压值为 275V，浮充电压为 260V。系统利 用 PWM 调制技术，采用基于电网电压定向的矢量控制策略，实时采集系统的电压、电流，计算出调制波，从而得到 PWM 调制信号，控制IGBT开关管的通断，以调整电池充电的工作状态。

Claims (4)

1.一种储能式应急电源车，在车辆上安装新能源系统成套设备、逆变电源供电系统和工控机监控系统，其特征在于：所述新能源系统成套设备包括锂电池组、光伏电池阵列、光伏充电控制器，逆变电源供电系统包括整流器、逆变器、静态开关和控制器，市电输入及发电车通过双电源手动转换开关连接整流器，所述整流器输出连接锂电池组及逆变器，双电源手动转换开关内部链接市电输入侧的一端和逆变器均接入静态开关，通过控制器实现电源切换输出；光伏电池阵列通过光伏充电控制器连接锂电池组，与锂电池组连接设有电池管理系统，所述电池管理系统及逆变电源供电系统通过控制器连接工控机监控系统，所述工控机监控系统采用RS-485总线通信方式与上位机或服务器通信，实时监测交直流回路电压、电流及系统运行状态。

2.根据权利要求1所述的储能式应急电源车，其特征在于：新能源系统成套设备、逆变电源供电系统和工控机监控系统布置于集装箱内，光伏电池阵列采用抽屉式结构安装在集装箱箱顶，电池板布置在抽屉式结构内的安装轨道上，采用直流伺服电机驱动。

3.根据权利要求1或2所述的储能式应急电源车，其特征在于：工控机监控系统实时监测主/副回路的输出状态，通过静态开关STS进行电源输出切换并配合控制器实现15KHZ的开关频率；所述静态开关采用全控型高频开关管构成三组全桥电路作为投切器件，三组全桥电路的输入端U、V、W连接主回路市电输入端，三组全桥电路的一组桥臂输出U1、V1、W1连接主回路市电输出，另一组桥臂输出U2、V2、W2连接副回路逆变输出。

4.根据权利要求3所述的储能式应急电源车，其特征在于：工控机监控系统采用T1的TMS320F28335系列的DSP作为控制核心，工控机监控系统通过RS485串行总线读取系统运行数据并显示在显示器上，同时给DSP下达运行指令，DSP执行工控机监控系统指令，通过控制相应IGBT和接触器的通断来实现应急电源运行模式的转换。