CN209963766U - 一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及充电技术领域，特别涉及一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置。本实用新型的光伏DC/DC模块输出侧与直流母线连接，直流母线分别与避雷器二、储能电池、DC/DC直流充电桩和整流模块连接，整流模块与交流断路器及并网柜连接，交流断路器及并网柜后侧交流母线连接避雷器三，交流断路器及并网柜与市电连接，能量管理系统通过通讯线与光伏DC/DC模块、整流模块、储能电池、DC/DC充电桩连接，防反二极管连接在直流母线上，防反二极管阳极与储能电池连接，防反二极管阴极与整流模块连接。本实用新型的装置实现了在离网和并网的切换过程中，一直保证DC/DC充电桩连续运行并具备满载输出的能力，不会因为切换造成供电中断。

Description

一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置
技术领域
本实用新型涉及充电技术领域，特别涉及一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置。
背景技术
光储充系统是指光伏+储能+充电机+EMS能源管理控制单元的系统，一般会接入市电，采取离并网两种方式运行，当市电断电的时候也能利用光伏和储能来保证充电桩的应急运行。
现有技术通常是将光伏、储能、充电桩共同接入交流母线，在交流母线上实现各设备之间能量流动的转换。这个系统的问题是，并网运行切换到离网运行模式时，很难实现无缝切换，即市电断电后投入储能变流器和逆变器再运行，电网电压和负载电流有一个降为0的短暂过程，造成负载无法连续运行。而由离网切换到并网时，由于两者频率不同步，也需要先将储能变流器和逆变器停止后再重新并网。
实用新型内容
针对现有技术的不同，本实用新型的提供了一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置。本实用新型的通过优化直流母线与交流母线设备的布局和连接，实现了在离网和并网的切换过程中，一直保证DC/DC充电桩连续运行并具备满载输出的能力，不会因为切换造成供电中断。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，包括光伏组件、直流熔断器、直流断路器、光伏DC/DC模块、避雷器二、储能电池、能量管理系统、防反二极管、市电、交流断路器及并网柜、整流模块、直流母线、DC/DC直流充电桩，多个光伏组件串并联后通过直流熔断器与直流断路器连接，直流断路器连接光伏DC/DC模块输入侧，其特征在于：光伏DC/DC模块输出侧与直流母线连接，直流母线分别与避雷器二、储能电池、DC/DC直流充电桩和整流模块连接，整流模块与交流断路器及并网柜连接，交流断路器及并网柜与市电连接，能量管理系统通过通讯线与光伏DC/DC模块、整流模块、储能电池、DC/DC直流充电桩连接，防反二极管连接在直流母线上，防反二极管阳极与储能电池连接，防反二极管阴极与整流模块连接。
根据如上所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：还包括人机界面，人机界面通过通讯线与能量管理系统连接。
根据如上所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：光伏组件为额定功率为Wp的光伏组件阵列。
根据如上所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：储能电池包括额定容量为Wc的磷酸铁锂电池组及其电池管理系统。
根据如上所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：DC/DC直流充电桩为额定功率为Pc的直流充电桩。
本实用新型的有益效果是：离网时由储能电池和光伏组件同时供电，并网时由市电供电，在离网和并网的切换过程中，直流母线电压始终是处于DC/DC充电桩输入额定值(600V-800V)范围内，所以可以一直保证DC/DC充电桩连续运行并具备满载输出的能力，不会因为切换造成供电中断。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为光储充装置简易示意图。
图3为EMS能源管理监控系统图。
图4为EMS能源管理控制流程图。
附图标记说明：光伏组件1、直流熔断器2、避雷器一3、直流断路器4、光伏DC/DC模块5、避雷器二6、储能电池7、人机界面8、能量管理系统9、防反二极管10、市电11、交流断路器及并网柜12、交流母线13、整流模块14、直流母线15、DC/DC直流充电桩16。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
名词解释：电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)电池管理系统(BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，可用于电动汽车，电瓶车，机器人，无人机等。
EMS能量管理系统是现代电网调度自动化系统(含硬、软件)总称。其主要功能由基础功能和应用功能两个部分组成。
如图1、图2所示，本实用新型的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置包括光伏组件1、直流熔断器2、避雷器一3、直流断路器4、光伏DC/DC模块5、避雷器二6、储能电池7、人机界面8、能量管理系统9、防反二极管10、市电11、交流断路器及并网柜12、交流母线13、整流模块14、直流母线15、DC/DC直流充电桩16。多个光伏组件1串并联后通过直流熔断器2与直流断路器4连接，直流断路器4连接光伏DC/DC模块5输入侧，作为检修及保护元件，输出侧与直流母线15连接，直流母线15分别与避雷器二6、储能电池7、DC/DC直流充电桩16和整流模块14连接，整流模块14与交流断路器及并网柜12连接，交流断路器及并网柜12与市电11连接。本实用新型的防反二极管10连接在直流母线15上，防反二极管10阳极与储能电池7连接，防反二极管10阴极与整流模块14连接。本实用新型的交流断路器及并网柜12后侧交流母线13连接避雷器三，图中没有标出。避雷器一3连接在直流熔断器2后侧的电路上。
本实用新型整流模块14后的母线为交流母线13。
如图1所示，本实用新型的能量管理系统9通过通讯线与光伏DC/DC模块5、整流模块14、储能电池7、DC/DC直流充电桩16和人机界面8连接。
本实用新型的光伏组件1可以为额定功率为Wp的光伏组件阵列，市电11可以为380V市电，储能电池7包括额定容量为Wc的磷酸铁锂电池组及其电池管理系统，DC/DC直流充电桩16额定功率为Pc的直流充电桩，直流母线15的电压可以为DC600V-750V的直流母线。DC/DC直流充电桩16额定功率Pc可以为60kW～500kW，根据电动车辆的充电需求和电网的系统容量而定。储能电池7的额定容量Wc应满足Wc≥2Pc的关系，以保证电动车辆的充电需求。光伏组件1的额定功率Wp应满足0.2Wc≤Wp≤0.5Wc，保证在白天不使用充电桩的情况下尽量能充满储能电池，同时储能电池的充放电电流都不大于0.5C，不需要充放电控制器。
本实用新型的装置光伏组件1和储能电池7为主电源，为DC/DC直流充电桩16供电，以市电为辅助电源，当储能电池7没电时系统自动无缝切换至市电11为DC/DC直流充电桩16供电，保证DC/DC直流充电桩16能够24h内不间断服务。储能电池7容量充至60％时断开市电11，自动无缝切换至储能供电。
本实用新型的能量管理系统9的控制策略为：初始状态为市电11断开，储能电池7软投入后，能量管理系统9根据电池管理系统实时上传的信息，以电池SOC的状态来发出充、放电指令，并选择是否投入市电11给DC/DC直流充电桩16供电。
当能量管理系统9检测到电池SOC<100％时，向光伏DC/DC发送允许启动充电指令。光伏DC/DC模块5根据光伏组件1的输出能力，采用恒流限压策略进行输出，对储能电池7中的电池进行充电。随着SOC的上升达到100％时，能量管理系统9向光伏DC/DC模块5发送出不允许充电指令，于是光伏DC/DC模块5停止输出，处于待机状态。
当能量管理系统9检测到电池SOC≥60％时，向整流模块14发出停止运行命令，整流模块14处于待机状态，连接市电11的接触器断开，整流模块14输出电压为0，防反二极管10接储能电池7因而导通，直流母线15电压即电池电压约为≥3.2*204＝652.8V，由储能电池7为DC/DC直流充电桩16提供输入电源。在电池放电的过程中，能量管理系统9不向光伏DC/DC模块5发送停止指令，在光照条件允许的情况下光伏DC/DC模块5可持续输出电流，减小储能电池7的放电电流，延长电池供电时间。此为离网运行模式。
随着储能电池7中的电池放电的进行，当能量管理系统9检测到电池SOC<10％时(电池电压约为632.4V)，能量管理系统9向整流模块14发出运行指令，整流模块14接触器闭合连接市电，输出电压由0V逐步升至750V。当整流模块14输出电压大于储能电池7电压时，防反二极管10截止，交流母线13由整流模块14决定并最终恒定在750V，由市电11为DC/DC充电桩16供电，此为并网运行模式。储能电池7因防反二极管10截止被隔离出直流母线系统，在接受光伏组件1的充电下，SOC逐步回升，当SOC≥60％时，系统再由能量管理系统9控制市电11断开，切换至储能电池7(离网运行模式)。

Claims (6)

1.一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，包括光伏组件(1)、直流熔断器(2)、直流断路器(4)、光伏DC/DC模块(5)、避雷器二(6)、储能电池(7)、能量管理系统(9)、防反二极管(10)、市电(11)、交流断路器及并网柜(12)、整流模块(14)、直流母线(15)、DC/DC直流充电桩(16)，多个光伏组件(1)串并联后通过直流熔断器(2)与直流断路器(4)连接，直流断路器(4)连接光伏DC/DC模块(5)输入侧，其特征在于：光伏DC/DC模块(5)输出侧与直流母线(15)连接，直流母线(15)分别与避雷器二(6)、储能电池(7)、DC/DC直流充电桩(16)和整流模块(14)连接，整流模块(14)与交流断路器及并网柜(12)连接，交流断路器及并网柜(12)与市电(11)连接，能量管理系统(9)通过通讯线与光伏DC/DC模块(5)、整流模块(14)、储能电池(7)、DC/DC直流充电桩(16)连接，防反二极管(10)连接在直流母线(15)上，防反二极管(10)阳极与储能电池(7)连接，防反二极管(10)阴极与整流模块(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：还包括人机界面(8)，人机界面(8)通过通讯线与能量管理系统(9)连接。
3.根据权利要求1所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：DC/DC直流充电桩(16)为额定功率为Pc的直流充电桩。
4.根据权利要求3所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：额定功率Pc的范围为60kW～500kW。
5.根据权利要求3或4所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：储能电池(7)包括额定容量为Wc的磷酸铁锂电池组及其电池管理系统，其中Wc≥2Pc。
6.根据权利要求5所述的一种共直流母线的微电网光储充能量控制装置，其特征在于：光伏组件(1)为额定功率为Wp的光伏组件阵列，其中0.2Wc≤Wp≤0.5Wc。
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