CN209088603U - 一种分时电价用工业储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种分时电价用工业储能系统，包括电池组，电池管理模块，高压箱，双向变流模块，能量管理控制模块，功率监测模块、并网配电箱。通常来说，负载与电网呈串联式连接。在负载与电网之间并联式加装一套工业储能系统装置，该装置可以在存在尖峰平谷分时电价的地区，利用该装置中能量管理控制模块的电能调度功能，在满足市电，储能和负载之间的能量平衡的前提下，执行能量管理控制模块下发的在谷段或平段充电，在尖段或峰段放电的调度命令，从而达到为负载提供稳定可靠、价格低廉的电能，降低负载侧的用电成本。

Description

一种分时电价用工业储能系统

技术领域

本实用新型涉及工业储能系统领域，特别涉及一种分时电价用工业储能系统。

背景技术

峰谷分时电价是按高峰用电和低谷用电分别计算电度电费的一种电价制度。在中国大陆范围内，大工业用电及非居民用电多采用分时电价收费策略。高峰用电，一般指在用电量较集中，供电紧张时期的用电，如在白天，收费标准较高；低谷用电，一般指用电量较少、供电较充足时的用电，如在夜间，收费标准较低。

目前，国内实行峰谷电价的目的在于促使用电单位错开用电时间，以便充分利用设备和能源。然而，通常的大工业用电及非居民用电多处于用电高峰时期，峰时段高昂的电价将带来较高的运营成本。谷时段电价相对便宜，但使用量相对较少。不同地区的峰谷价差不同，例如，北京市的大工业电价中，尖锋平谷时间段的用电成本资费标准为：尖峰电价(7-9月)1.4409元/kWh，尖峰时段11:00-13:00，20:00-21:00；峰段电价1.322元/kWh,峰时段10:00-15:00，18:00-21:00；平段电价0.8395元/kWh，平时段7:00-10:00，15:00-18:00，21:00-23:00；谷段电价0.3818元/kWh，谷时段23:00-次日7:00；通常来说，尖峰用电成本为谷段用电成本的数倍。

基于上述背景，若通过储能装置将谷时段的电能进行存储，使储能装置在峰时段放电，则可达到错峰用电的效果，并能取得良好的峰谷电差价利润，降低用户的用电成本。

实用新型内容

综上所述，本实用新型所要解决的问题是：提供一种分时电价用工业储能系统，其能够在电成本较低的时间段充电；在电成本较高的时间段放电，实现错峰用电的效果，降低用户的用电成本。

为达到上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种分时电价用工业储能系统，包括：

电池组、电池管理模块、高压箱、双向变流模块、能量管理控制模块、并网用配电箱、功率监测模块。

所述电池组由可充电电池单体组成，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监测单元和电池组管理单元，所述电池组与所述电池监测单元电连接，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，另一端连接至并网配电箱；

所述并网配电箱的输入端与所述双向变流模块的输出端电连接，所述并网配电箱的输出端与电网并联，使所述分时电价用工业储能系统可以与电网协同向负载供电；

所述功率监测模块通过互感器电连接至负载供电线；

所述能量管理控制模块的输入端与所述功率监测模块的输出端电连接，所述能量管理控制模块分别与所述电池管理模块、所述高压箱、所述并网配电箱电连接。

所述能量管理控制模块根据所述功率监测模块传输的数据信息进行逻辑判断，进而根据负载需求的电能对储能系统进行充放电管理；

本实用新型在上述基础上还可以做如下改进：

优选的，所述分时电价用储能系统还包括数据传输模块，所述数据传输模块与所述能量管理控制模块电连接，所述数据传输模块可将所述能量管理控制模块所辖数据传输给云端，云端也可通过所述数据传输模块下发指令给所述能量管理控制模块。

优选的，所述电池组中的可充电电池单体，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。

优选的，所述电池管理模块具有主动或被动均衡功能，能够很好的维护电池组的一致性，提高电池寿命。

优选的，所述双向变流模块具备可自由切换的并网恒流、恒功率和三段式三种充电模式。

优选的，所述双向变流模块具备变功率输出电能的放电功能，具备输出可变无功功率的功能。

优选的，所述双向变流模块具备本地工作模式或者远程工作模式。

优选的，所述双向变流模块兼容多种通讯协议，具备与不同电池管理模块通讯的功能。

优选的，所述能量管理控制模块根据分时电价的分布时段执行充放电能动作。

优选的，所述能量管理控制模块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。

优选的，所述能量管理控制模块能够兼容多种通讯规约，具有标准的电力调度物理接口。

采用本实用新型的分时电价用工业储能系统的有益效果是，通过在谷时段或平时段充电，峰时段或尖时段放电，可以大幅度为企业降低用电开支；同时该分时电价储能系统采用模块化设计，可以同时满足产品的功能属性和环境属性，缩短了产品的研发与制造周期，也方便该储能系统的升级与维护，以及后期的拆卸、回收。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型一种分时电价用工业储能系统的三维示意图；

图2为本实用新型的分时电价用工业储能系统的电气示意图；

图3为本实用新型的分时电价用工业储能系统的结构框图；

图4为本实用新型的分时电价用工业储能系统的控制逻辑图。

附图中各部件或组件的名称列表如下：

1——电池组，2——电池管理模块，3——高压箱，4——双向变流模块，5——能量管理控制模块，6——功率监测模块，7——数据传输模块，8——并网配电箱，9——负载，10——云端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型的具体实施例如下，请参见图1—3所示，所述分时电价用工业储能系统包括电池组1、电池管理模块2、高压箱3、双向变流模块4、能量管理控制模块5、功率监测模块6、数据传输模块7、并网配电箱8，云端10。

电池组1由可充电电池单体组成，所述电池组1与所述电池管理模块2电连接；电池组1中的可充电电池单体可以选择目前市场上技术成熟的三元锂离子电池、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。

电池管理模块2包括相互电连接的电池监测单元20和电池组管理单元21，所述电池组1与所述电池监测单元20电连接，所述电池组管理单元21电连接至所述高压箱3。

电池监测单元20实时监测每一节电池或每一并电池组中电池单体电压、总电压、总电流、温度等指标，并实时或高频率地将数据上报给电池组管理单元21；电池组管理单元21根据电池监测单元20提供的数据进行逻辑判断、数据处理，并将数据上报给能量管理控制模块5。当电池组1中电池单体电压、总电压、总电流、温度接近保护设定值后，电池管理模块2会自动降低充放电电流，确保系统安全；当电池组1中电池单体电压、总电压、总电流、温度超过保护设定值后，电池管理模块2会下发指令给高压箱3，高压箱内的断路器会断开，确保系统安全。

所述电池管理模块2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4和能量管理控制模块5，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1的一致性，提高电池寿命。所述电池组管理单元21电连接至所述高压箱3。

在实际应用中，可以将所述电池管理模块2设置为独立的结构，也可以将电池监测单元20和电池组管理单元21分别设置于所述电池组1和所述高压箱3上，本领域技术人员可根据工程需求灵活掌握。

所属高压箱3为通断保护装置，内设断路器；需要进行说明的是，高压箱3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3应用于本实用新型的分时电价用工业储能系统的设备仅有断路器，所以其它零部件不再赘述。

实际使用过程中，当电池组1充电至电池单体高压临界值，即达到单体电池保护电压上限，或n个单体之和的高压临界值时，电池管理模块2中的电池组管理单元21给高压箱3发送信号，高压箱3内装配的断路器切断动力回路，避免电池过度充电；当电池组1放电至单体电池的低压临界值，即单体电池保护电压下限，或n个单体之和的低压临界值时，电池管理模块2中的电池组管理单元21给高压箱3发送信号，高压箱3内装配的断路器切断动力回路，避免电池过度放电。

所述双向变流模块4能将直流电转变成交流电，从而将电池中存储的直流电变成负载9需要的交流电；所述双向变流模块4具有将交流电转变成直流电的功能，从而可以将电网的交流电转变成直流电，并存储进电池组中。

所述双向变流模块4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4可以以恒定的电流进行充电，恒功率模式即双向变流模块4可以以恒定的功率进行充电，三段式模式即双向变流模块4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；在能量管理控制模块5调度下三种模式可以自由切换。

所述双向变流模块4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4还可与多种采用不同通讯协议电池管理模块2进行通讯；此外，所述双向变流模块4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4内置的上位机软件可接收能量管理控制模块5发出的调度控制指令。

所述电池组1、双向变流模块4均采用模块化的基本单元构建而成，其中电池组1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2按支路管理电池组1，即单个电池管理模块2管理单支电池组支路；双向变流模块4为50～100kW的模块单元，每一个双向变流模块4接入一路带有电池管理模块2的储能支路；在每一组电池管理模块2与双向变流模块4之间均设有一个高压箱3，最后多个双向变流模块4在交流侧并联，多个双向变流模块4在能量管理控制模块5的调度下重放输出380V或者更高电压等级的交流电能。

所述并网配电箱8的输入端与所述双向变流模块4的输出端电连接，所述并网配电箱8的输出端与电网并联，使所述分时电价用工业储能系统可以与电网协同向负载9供电。

所述功率监测模块6，通过互感器连接至负载9供电回路上，所述功率监测模块6可以采用多功能电表、智能电表、线损模块、电能质量分析仪或者其他电能检测装置，实时监测负载9侧的电流、电压、功率、相电压、相电流、谐波等电能质量信息，并将信息实时传输给能量管理控制模块5。

所述能量管理控制模块5的输入端与所述功率监测模块6的输出端电连接，本实用新型的分时电价用工业储能系统的充放电策略主要由能量管理控制模块5进行控制，所述能量管理控制模块5的控制策略为分时模式，即根据不同的时段、市电状态和负载9用电需求对整个储能系统进行充放电策略的控制。

所述能量管理控制模块5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；所述能量管理控制模块5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。

所述数据传输模块7与所述能量管理控制模块5电连接，所述数据传输模块7可将所述能量管理控制模块5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8，云端8也可以通过所述数据传输模块7下发指令给所述能量管理控制模块5，从而使储能系统具备遥控、遥测、遥信、遥调的功能。

请结合附图4理解所述能量管理控制模块5的逻辑控制方案：

能量管理控制模块5根据功率监测模块6传输的数据信息及电池管理模块2传输的数据信息进行逻辑判断，确定储能系统的放电能力是否大于或等于负载9需求的电能，通过判断储能系统所处的尖峰平谷时间段，判定是否命令双向变流模块4进行充放电动作。

设电网的额定输送功率为Q1，负载9的需求功率为Q3，储能系统的最大输出功率为Q4：

(1)当能量管理控制模块5判断储能系统所处的时间段为尖段或峰段，且负载9侧的功率需求为Q3，Q3<Q4，则能量管理控制模块5给双向变流模块4下发放电命令，双向变流模块4接收能量管理控制模块5的调度命令，将电池组的直流电转换成交流电，以Q3的功率放电至电量放完后待机。

如果放电过程中能量管理控制模块5判断储能系统所处时间进入平段或谷段，则停止放电，改为充电模式。

(2)当能量管理控制模块5判断储能系统所处的时间段为尖段或峰段，且负载9侧的功率需求为Q3，Q3≥Q4，则能量管理控制模块5给双向变流模块4下发放电命令，双向变流模块4接收能量管理控制模块5的调度命令，将电池组的直流电转换成交流电，以Q4的功率放电至电量放完后待机。

如果放电过程中能量管理控制模块5判断储能系统所处时间进入平段或谷段，则停止放电，改为充电模式。

(3)当能量管理控制模块5判断储能系统所处的时间段为谷段或平段，且负载9侧的功率需求为Q3，Q3<Q1，则能量管理控制模块5给双向变流模块4下发充电命令，双向变流模块4接收能量管理控制模块5的调度命令，将电网的交流电转换成直流电，以Q2＝Q1-Q3的功率对电池组进行充电至充满后待机。

如果充电过程中能量管理控制模块5判断储能系统所处时间进入尖段或峰段，则停止充电，改为放电模式。

(4)当能量管理控制模块5判断储能系统所处的时间段为谷段或平段，且负载9侧的功率需求为Q3，Q3≥Q1，则能量管理控制模块5给双向变流模块4下发待机命令。

如果待机过程中能量管理控制模块5判断储能系统所处时间进入尖段或峰段，则改为放电模式。

(5)当能量管理控制模块5判断储能系统所处区域单日内具有多次峰-谷、峰-平、尖-峰、尖-平、尖-谷时段的交替时，能量管理控制模块5则在单日内多次下发充电-放电循环命令，确保最大程度的利用分时电价规则，降低负载9的用电成本；

结合以上实例的详细描述可以看出，该分时电价用工业储能系统通过在谷时段或平时段充电，峰时段或尖时段放电，可以大幅度为企业降低用电开支；该分时电价储能系统采用模块化设计，可以同时满足产品的功能属性和环境属性，缩短产品的研发与制造周期，也方便该储能系统的升级与维护，以及后期的拆卸、回收；由于储能系统的环境条件较为苛刻，不仅要保证储能系统的防水，防尘，防雷，防震动，防鼠，散热性能良好的特性，更重要的是环境温度对储能系统的影响，所以可以将该储能系统置于集装箱体内，并将电池储能部分与双向变流模块及配电部分分区放置，以便对整个储能系统各个部分的不同防护及环境要求等级区别对待，使该储能系统发挥出响应迅速，充放电效率高，使用寿命长，安全性能好的优点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种分时电价用工业储能系统，其特征在于，包括：电池组、电池管理模块、高压箱、双向变流模块、能量管理控制模块、功率监测模块、并网配电箱；

所述电池组由可充电电池单体组成，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监测单元和电池组管理单元，所述电池组与所述电池监测单元电连接，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，另一端连接至所述并网配电箱；

所述并网配电箱的输出端与电网并联，使所述分时电价用工业储能系统可以与电网协同向负载供电；

所述功率监测模块通过互感器电连接至负载供电端；

所述能量管理控制模块的输入端与所述功率监测模块的输出端电连接，所述能量管理控制模块与所述电池组管理模块、高压箱、双向变流模块、并网配电箱电连接，根据所述功率监测模块传输的数据进行逻辑判断，根据负载需求的电能对储能系统进行充放电管理。

2.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，还包括数据传输模块，所述数据传输模块与所述能量管理控制模块电连接，所述数据传输模块可将所述能量管理控制模块所辖数据传输给云端，云端也可通过所述数据传输模块下发指令给所述能量管理控制模块。

3.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述电池组中的可充电电池单体，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。

4.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述电池管理模块具有主动或被动均衡功能。

5.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，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、恒功率和三段式充电模式。

6.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述双向变流模块具备变功率输出电能的放电功能，具备输出可变无功功率的功能。

7.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述双向变流模块具备本地工作模式或者远程工作模式。

8.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述双向变流模块兼容多种通讯协议。

9.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述能量管理控制模块根据分时电价的分布时段执行充放电能动作。

10.根据权利要求1所述的分时电价用工业储能系统，其特征在于，所述能量管理控制模块兼容多种通讯规约，具有电网调度接口及能量管理功能。