CN208623341U - 一种调峰用工业储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调峰用工业储能系统，包括：柜体及设于柜体中的电池组、电池管理模块、高压箱、双向变流模块、多功能智能电表、能量控制终端及并网用配电箱，电池管理模块包括相互电连接的电池检测单元和电池组管理单元，电池组与电池检测单元电连接，电池组管理单元电连接至高压箱；高压箱内设断路器，双向变流模块电连接至高压箱的输出端，多功能智能电表通过互感器电连接至双向变流模块的输出端；能量控制终端的输入端与多功能智能电表的输出端电连接，进行逻辑判断，进而根据负载需求的电能控制双向变流模块释放的电能；并网用配电箱的输入端与多功能智能电表的输出端电连接，并网用配电箱的输出端并联于高压系统的出线柜与负载之间。

Description

一种调峰用工业储能系统

技术领域

本实用新型涉及智能电网和工业储能系统中的电池管理技术领域，尤其涉及一种调峰用工业储能系统。

背景技术

通常来说，受电变压器容量在315千伏安及以上的工业客户或者部分省份的商业客户，均采用由基本电费和电量电费构成的两部制电价收费方法。其中基本电费有两种计收方式，可以按照变压器(额定)容量计收、也可以按最大需量计收。若控制负载在低需量运行(如变压器额定容量的40～70％之间)时，可以降低工业客户或者部分省份商业客户的基本电费。

此外，负载前端高压供电系统内置的变压器，在不同功率工作时的效率不一样。变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η。变压器的输入功率与输出功率之差，称为变压器的功率损耗。损耗包括变压器的铜损PCu和铁损PFe，变压器的铁损与负荷的大小无关，而铜损则随负荷的大小而变化。当变压器的铜损等于铁损时，效率最高。一般配电变压器最大效率时，负载电流为额定电流的50％～60％。

为确保变压器持续处于高效率工作状态，本领域亟需一种可灵活调整功率的设备。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是：怎样确保变压器持续处于高效率工作状态，由此，本实用新型在变压器和负载侧之间加装调峰用工业储能系统，当负载侧的功率需求大于变压器最佳效率点时，可以控制储能系统处于放电状态，降低变压器的输出功率；当负载侧的功率需求小于变压器最佳效率点时，可以控制储能系统处于充电状态，提高变压器的输出功率，从而确保变压器在最佳效率点工作。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种调峰用工业储能系统，包括：柜体以及设于柜体中的电池组、电池管理模块、高压箱、双向变流模块、多功能智能电表、能量控制终端、以及并网用配电箱，其中，

所述电池组与所述电池管理模块电连接，所述电池管理模块包括相互电连接的电池检测单元和电池组管理单元，所述电池组与所述电池检测单元电连接，所述电池组管理单元电连接至所述高压箱；

所述高压箱为通断保护装置，内设断路器，所述双向变流模块电连接至所述高压箱的输出端，所述多功能智能电表通过互感器电连接至所述双向变流模块的输出端；

所述能量控制终端的输入端与所述多功能智能电表的输出端电连接，所述能量控制终端根据多功能智能电表传输的数据信息进行逻辑判断，进而根据负载需求的电能控制双向变流模块释放的电能；

所述并网用配电箱的输入端与所述多功能智能电表的输出端电连接，所述并网用配电箱的输出端并联于高压系统的出线柜与负载之间，使所述调峰用工业储能系统接入电网中。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

优选地，所述储能系统还包括数据无线传输用终端，所述数据无线传输用终端与所述能量控制终端电连接，所述数据无线传输用终端可将所述能量控制终端所辖数据透传或加密传输给云端，云端也可通过所述数据无线传输用终端下发指令给所述能量控制终端。

优选地，所述电池组为一个电池组或分别设于多条支路中的多个电池组，所述电池管理模块的数量与所述电池组的数量相同，一对一进行管理。

优选地，所述电池检测单元实时监测所述电池组中储存的电量信息，并实时或高频将电量信息上报给所述电池组管理单元，所述电池组管理单元具备逻辑判断、数据处理、数据上报及命令下发功能。

优选地，所述电池组中设有可充电电池单体，所述可充电电池单体为三元锂离子电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、固态电池、液态金属电池、铅碳电池或铅酸电池液流电池中的一种或多种。

优选地，所述双向变流模块具备本地工作模式和远程工作模式。

优选地，所述能量控制终端根据供目标需量功率控制值或变压器最佳效率换功率值与负载功率需求的不同执行充放电能的功能。

优选地，所述能量控制终端能够兼容多种通信规约，有标准的电力调度接口。

优选地，所述并网用配电箱搭配了漏电检测、浪涌保护、接地及高压保护的功能。

优选地，所述双向变流模块具备可自由切换的并网恒流、恒功率和三段式这三种模式。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

1、能够控制负载在低需量运行(如变压器额定容量的40～70％之间)，降低工业客户或者部分省份商业客户的基本电费；

2、能够控制储能系统的充放电状态或功率，间接确保变压器在最佳效率点(如额定功率的60％)工作。

附图说明

图1为本实用新型的调峰用工业储能系统的结构示意图；

图2为本实用新型的调峰用工业储能系统的电气接线图；

图3为本实用新型的调峰用工业储能系统的逻辑控制图。

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1——柜体；2——电池组；3——电池管理模块；31——电池检测单元；32——电池组管理单元；4——高压箱；5——双向变流模块；6——多功能智能电表；7——能量控制终端；8——数据无线传输用终端；9——并网用配电箱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

通常来说，高压供电系统中通常有高压进线柜、计量柜、PT柜、主受柜、受电柜、所内变和出线柜等装置。负载通常串联式连接在高压供电系统的出线柜后端。本实用新型在负载与出线柜之间并联式加装一套工业调峰储能系统装置，可以控制电网检测到的负载功率需求在一定范围内，或可以控制负载所需的功率处于所内变装配的变压器最佳转换功率值附近，使所内变装配的变压器持续高效进行。

请结合参照图1和图2所示，其中，图1为本实用新型的调峰用工业储能系统的结构示意图，图2为本实用新型的调峰用工业储能系统的电气接线图。如图所示，所述调峰用工业储能系统包括：柜体1以及设于柜体1中的电池组2、电池管理模块3、高压箱4、双向变流模块5、多功能智能电表6、能量控制终端7、数据无线传输用终端8以及并网用配电箱9，其中，

所述电池组2可为一个或分别设于多条支路中的多个电池组，所述电池组2与所述电池管理模块3电连接，所述电池管理模块3的数量与所述电池组2的数量相同，一对一进行管理；所述电池管理模块3包括相互电连接的电池检测单元31和电池组管理单元32，所述电池组2与所述电池检测单元31电连接，所述电池组管理单元32电连接至所述高压箱4；所述电池检测单元31实时监测所述电池组中储存的电量信息，并实时或高频将电量信息上报给所述电池组管理单元32，所述电池组管理单元32具备逻辑判断、数据处理、数据上报、命令下发等功能，当所述电池组2发生异常、充满、放完时，传达指令给所述高压箱4、所述双向变流模块5和所述能量控制终端7，断开储能系统中装备的断路器或接触器，使电池组退出运行，保障电池安全使用；

本实用新型根据需量功率控制值或变压器最佳效率换功率值与负载功率的不同执行差异化的充放电策略，例如，设目标需量功率控制值或变压器最佳效率换功率值为Q1，负载侧的功率需求为Q3，在Q3＜Q1时，则储能系统在能量控制终端的调度下以Q2(Q2＝Q1-Q3)的功率充电，至储能系统充满至待机状态或至Q3≥Q1时；如设目标需量功率控制值或变压器最佳效率换功率值为Q1，若负载侧的功率需求为Q3，在Q3≥Q1时，则储能系统在能量控制终端的调度下以Q2(Q2＝Q3-Q1)的功率放电结束或至Q3≥Q1时；

可选地，所述电池组2可为任意类型的可充电电池单体，如三元锂离子电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、固态电池、液态金属电池、铅碳电池或铅酸电池液流电池等；

此外，所述电池管理模块3可对电池组中电池单体电压、总电压、总电流、温度等指标进行监测和控制，并实时的判断电池的运行状态；当电池组中电池单体电压、总电压、总电流、温度接近保护设定值后，电池管理系统会自动降低充放电电流，确保系统安全；当电池组中电池单体电压、总电压、总电流、温度超过保护设定值后，电池管理系统会下发指令给高压箱中断路器，使断路器断开，确保系统安全；所述电池管理模块可通过数据上传电池组状态信息以及报警信息至双向变流模块和能量控制终端，具有切断电池组回路的输出进行保护的功能，还具有主动或被动均衡功能，能够很好地维护电池组的一致性，提高电池寿命。在实际应用中，可以将所述电池管理模块3设置为独立的结构，也可以将电池检测单元31和电池组管理单元32分别设置于所述电池组2和所述高压箱4上，本领域技术人员可根据工程需求灵活掌握。

所述高压箱4为通断保护装置，内设断路器；需要进行说明的是，高压箱中有多种设备，其中断路器是多种设备中的一种，除断路器外还有霍尔传感器、预充电阻、接触器等零部件，鉴于高压箱应用于本实用新型的调峰用工业储能系统的设备仅有断路器，所以关于其它零部件不再赘述。

系统运行时，所述电池检测单元31检测所述电池组2的运行状况，发送给所述电池组管理单元32，当电池组在充电至单体高压临界值(单体保护电压上限)或各单体之和的高压临界值时，所述电池组管理单元32发送控制指令至所述高压箱4，所述高压箱4内装配的断路器切断动力回路，确保系统安全，避免过度充电；而当电池组在放电至单体低压临界值(单体保护电压下限)或各单体之和的低压临界值时，高压箱内装配的断路器切断动力回路，确保系统安全，避免过度放电。

所述双向变流模块5电连接至所述高压箱4的输出端，一方面用于将直流电转变成交流电，使储能系统中电池组存储的直流电转换成负载所需的交流电；另一方面用于将交流电转变成直流电，使电网的交流电转变成直流电，并存储在储能系统的电池组中；所述双向变流模块具备可自由切换的并网恒流、恒功率和三段式这三种充电模式，其中，并网恒流模式即双向变流模块可以以恒定的电流进行充电，恒功率模式即双向变流模块可以以恒定的功率进行充电，三段式模式即双向变流模块可以恒定的电流、恒定的电压和小功率浮充的方式进行充电；在能量控制终端调度下三种模式可以自由切换，具备变功率输出电能的放电功能，亦具备输出可变无功功率的功能；所述双向变流模块还可与多种采用不同通讯协议电池管理模块进行通讯；此外，所述双向变流模块具备本地工作模式和远程工作模式，在远程工作模式时，双向变流模块内置的上位机软件可接收能量控制终端发出的调度控制指令。

所述多功能智能电表6通过互感器电连接至所述双向变流模块5的输出端，所述多功能智能电表6实时检测负载侧的电流、电压、功率、相电压、相电流、谐波等电能质量信息，并转换为数字信号实时传输给能量控制终端；

所述能量控制终端7的输入端与所述多功能智能电表6的输出端电连接，本实用新型的储能系统的充放电策略主要由能量控制终端进行控制，所述能量控制终端7的控制策略为调峰模式，即在任何时间点，能量控制终端根据供目标需量功率控制值或变压器最佳效率换功率值与负载功率需求的不同执行充放电能的功能；所述能量控制终端提供电网调度接口及能量管理的功能，实现对能量搬移、电力调峰、电力调频等应用场合的能量管理和监控；所述能量控制终端能够兼容多种通信规约，有标准的电力调度接口，可以接入国家电网或者南方电网的调度系统中；能量控制终端根据多功能智能电表传输的数据信息进行逻辑判断，进而根据负载需求的电能控制双向变流模块释放的电能；

所述数据无线传输用终端8与所述能量控制终端7电连接，所述数据无线传输用终端8可将所述能量控制终端7所辖数据透传(透明传输，pass-through，指的是在通讯中不管传输的业务内容如何，只负责将传输的内容由源地址传输到目的地址，而不对业务数据内容做任何改变)或加密传输给云端，云端也可以通过所述数据无线传输用终端8下发指令给所述能量控制终端7，从而使储能系统具备遥控、遥测、遥信、遥调的功能；

所述并网用配电箱9的输入端与所述多功能智能电表6的输出端电连接，所述并网用配电箱9的输出端并联于高压系统的出线柜与负载之间，由此使本实用新型的储能系统接入电网中；所述并网用配电箱9搭配了漏电检测、浪涌保护、接地、高压保护等保护功能，还具备保护储能系统按能量控制终端调度要求进行充放电的功能，避免过度充电和放电。

接下来，请参照图3所示，其为本实用新型的调峰用工业储能系统的逻辑控制图，请结合此逻辑控制图，理解如下实施案例：

实施案例1某工厂的变压器额定功率为2000KVA，目标需量功率控制值Q1为910KW。当负载的功率需求Q3为410KW时，能量控制终端则下发充电命令，使储能系统以500KW的功率进行充电；

实施案例2某工厂的变压器额定功率为2000KVA，目标需量功率控制值Q1为910KW。当负载的功率需求Q3为1210KW时，能量控制终端则下发放电命令，使储能系统以300KW的功率进行放电；

实施案例3某工厂的变压器额定功率为2000KVA，设变压器最佳效率的功率值Q1为1260KW。当负载的功率需求Q3为1830KW时，能量控制终端则下发放电命令，使储能系统以570KW的功率进行放电；

实施案例4某工厂的变压器额定功率为2000KVA，设变压器最佳效率的功率值Q1为1260KW。当负载的功率需求Q3为430KW时，能量控制终端则下发充电命令，使储能系统以830KW的功率进行充电。

在实际应用中，电池组可为5kWh～10kWh的模块单元，4～20个电池组模块单元串联构成电压平台为650～900V的储能支路；电池管理模块按支路管理电池组，构成单路电池管理模块管理单个电池组的支路；双向变流模块可为50～100kW的模块单元，每一个双向变流模块均接入一路带有电池管理模块的储能支路，多个双向变流模块再在交流侧并联。由此，多个双向变流模块在能量控制终端的调度下充放380V或者更高电压等级的交流电能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调峰用工业储能系统，其特征在于，包括：柜体以及设于柜体中的电池组、电池管理模块、高压箱、双向变流模块、多功能智能电表、能量控制终端、以及并网用配电箱，其中，

所述电池组与所述电池管理模块电连接，所述电池管理模块包括相互电连接的电池检测单元和电池组管理单元，所述电池组与所述电池检测单元电连接，所述电池组管理单元电连接至所述高压箱；

所述高压箱为通断保护装置，内设断路器，所述双向变流模块电连接至所述高压箱的输出端，所述多功能智能电表通过互感器电连接至所述双向变流模块的输出端；

所述能量控制终端的输入端与所述多功能智能电表的输出端电连接，所述能量控制终端根据多功能智能电表传输的数据信息进行逻辑判断，进而根据负载需求的电能控制双向变流模块释放的电能；

所述并网用配电箱的输入端与所述多功能智能电表的输出端电连接，所述并网用配电箱的输出端并联于高压系统的出线柜与负载之间，使所述调峰用工业储能系统接入电网中。

2.根据权利要求1所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，还包括数据无线传输用终端，所述数据无线传输用终端与所述能量控制终端电连接，所述数据无线传输用终端可将所述能量控制终端所辖数据透传或加密传输给云端，云端也可通过所述数据无线传输用终端下发指令给所述能量控制终端。

3.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述电池组为一个电池组或分别设于多条支路中的多个电池组，所述电池管理模块的数量与所述电池组的数量相同，一对一进行管理。

4.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述电池检测单元实时监测所述电池组中储存的电量信息，并实时或高频将电量信息上报给所述电池组管理单元，所述电池组管理单元具备逻辑判断、数据处理、数据上报及命令下发功能。

5.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述电池组中设有可充电电池单体，所述可充电电池单体为三元锂离子电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、固态电池、液态金属电池、铅碳电池或铅酸电池液流电池中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述双向变流模块具备本地工作模式和远程工作模式。

7.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述能量控制终端根据供目标需量功率控制值或变压器最佳效率换功率值与负载功率需求的不同执行充放电能的功能。

8.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述能量控制终端能够兼容多种通信规约，有标准的电力调度接口。

9.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述并网用配电箱搭配了漏电检测、浪涌保护、接地及高压保护的功能。

10.根据权利要求1或2所述的调峰用工业储能系统，其特征在于，所述双向变流模块具备可自由切换的并网恒流、恒功率和三段式这三种模式。