CN210430931U - 储能空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种储能空调系统。该储能空调系统包括：压缩机、第一变流器、储能电池和第二变流器；储能电池和第二变流器位于空调外机内部，储能电池通过第二变流器连接至电网；压缩机通过第一变流器连接至电网；储能电池，用于根据储能空调系统的当前配电控制策略进行充放电，其中，储能电池放电以给空调供电。本实用新型将储能融入空调内，实现储能与空调的一体化设计，减少占地空间，无需单独给储能电池设置散热，可借助空调外机自身的散热设计进行散热。利用储能电池，可以根据配电控制策略对储能电池的充放电及空调进行控制，对外应用仅开放较空调额定功率低的接口，降低空调配电容量及线缆载流量，降低空调用电消费。

Description

储能空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种储能空调系统。

背景技术

空调作为能耗高占比负荷，其所占有的配电容量、电力消费额，也随之高占比。空调一般在电价峰时段运行，此时空调用电功率最大，导致用电消费高，经济性不好。

变频空调运行之初，会高频运行、大功率用电保证空调快速制冷/制暖，保证用户舒适性，但此运行过程导致空调用电功率突增，并且在达到需求时快速降低功率以节能，从而用电功率变化剧烈，造成源-荷潮流波动较大、空调配电容量及线缆载流量大。定频空调的用电功率相对恒定，但需要频繁开启或关闭压缩机来调整室内温度，导致用电不稳定。

对于光伏空调，在直流系统下，光伏一般作为新能源发电侧的一部分，供系统内整体利用，而非光伏与空调“点到点”内部连接，因此，当光伏发电大于空调用电时，光伏不会做交流并网处理，而是直接直流直驱其他直流负荷或储能充电备用，也无法解决空调配电容量大的问题。

针对现有技术中空调配电容量大，用电消费高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种储能空调系统，以解决现有技术中空调配电容量大，用电消费高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种储能空调系统，包括：压缩机、第一变流器、储能电池和第二变流器；

所述储能电池和所述第二变流器位于空调外机内部，所述储能电池通过所述第二变流器连接至电网；

所述压缩机通过所述第一变流器连接至所述电网；

所述储能电池，用于根据所述储能空调系统的当前配电控制策略进行充放电，其中，所述储能电池放电以给所述空调供电。

可选的，所述储能空调系统还包括：开关，所述开关的一端连接至所述第二变流器的输出端，另一端连接至所述储能电池，所述开关用于在断开的情况下停止所述储能电池的充放电。

可选的，所述储能空调系统还包括：软启动电路，所述软启动电路的输入端连接至所述电网，输出端连接至所述第一变流器的输入端和所述第二变流器的输入端。

可选的，所述储能空调系统还包括：主控制器，连接至所述储能电池、所述第一变流器的输入端和所述第二变流器的输入端，用于确定所述储能空调系统的当前配电控制策略，在所述当前配电控制策略下，根据所述储能空调系统中储能电池的荷电状态、空调的用电功率及当前用电时间段，控制所述储能电池的充放电和所述空调的运行。

可选的，所述储能空调系统还包括：电池管理系统，连接至所述储能电池，用于监测所述储能电池的状态并为所述储能电池提供保护。

可选的，所述电池管理系统位于所述空调外机内部。

可选的，所述电池管理系统、所述第一变流器和所述第二变流器无主通信连接。

可选的，所述储能空调系统还包括：辅助电源，分别连接至所述电网、所述第一变流器、所述第二变流器和所述电池管理系统，用于从所述电网取电，为所述第一变流器、所述第二变流器和所述电池管理系统供电。

可选的，所述辅助电源位于所述空调外机内部。

可选的，若所述电网为直流微电网，所述第一变流器为DC/AC，所述第二变流器为DC/DC；若所述电网为交流微电网，所述第一变流器为AC/AC，所述第二变流器为AC/DC；若所述电网为交直流混合微电网，所述第一变流器为DC/AC或AC/AC，所述第二变流器为DC/DC或AC/DC。

应用本实用新型的技术方案，将储能融入空调内，实现储能与空调的一体化设计，减少占地空间，并且这样的一体化设计，无需单独给储能电池设置散热，可借助空调外机自身的散热设计进行散热。利用储能电池，可以根据配电控制策略对储能电池的充放电及空调进行控制，对外应用仅开放较空调额定功率低的接口，降低空调配电容量及线缆载流量，降低空调用电消费，尽量保证空调用电的经济性，将储能空调系统用电纳入低消耗品。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的储能空调系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的直流微电网下的储能空调系统的具体结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的储能空调系统的控制方法的流程图；

图4是本实用新型实施例二提供的储能空调系统在储能经济运行策略下的控制方法的流程图；

图5是本实用新型实施例二提供的储能空调系统在限功率运行策略下的控制方法的流程图；

图6是本实用新型实施例二提供的储能空调系统在恒功率运行策略下的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种储能空调系统，将储能与空调一体化设计，可适用于直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网。

图1是本实用新型实施例一提供的储能空调系统的结构示意图，如图1所示，该储能空调系统包括：压缩机11、第一变流器12、储能电池13和第二变流器14。

储能电池13和第二变流器14位于空调外机内部，储能电池13通过第二变流器14连接至电网15；

压缩机11通过第一变流器12连接至电网15；

储能电池13，用于根据储能空调系统的当前配电控制策略进行充放电，其中，储能电池放电以给空调供电。

本实施例将储能融入空调内，实现储能与空调的一体化设计，减少占地空间，并且这样的一体化设计，无需单独给储能电池设置散热，可借助空调外机自身的散热设计进行散热，例如，空气源外机上的散热风扇，水源外机上的水道系统等。利用储能电池，可以根据配电控制策略对储能电池的充放电及空调进行控制，对外应用仅开放较空调额定功率低的接口，降低空调配电容量及线缆载流量，降低空调用电消费，尽量保证空调用电的经济性，将储能空调系统用电纳入低消耗品。

根据电网的不同，第一变流器与第二变流器也有所不同，以实现正确变流的目的。具体的，若电网为直流微电网，第一变流器12为DC/AC，第二变流器14为DC/DC；若电网为交流微电网，第一变流器12为AC/AC，第二变流器14为AC/DC；若电网为交直流混合微电网，第一变流器12为DC/AC或AC/AC，第二变流器14为DC/DC或AC/DC。

下面参考图2对储能空调系统的结构进行具体说明，图2以直流微电网为例，电网15引出的两根线分别为正极和负极。第一变流器12为DC/AC，第二变流器14为DC/DC。

储能空调系统还可以包括：开关16，开关16的一端连接至第二变流器14的输出端，另一端连接至储能电池13，开关16用于在断开的情况下停止储能电池13的充放电。开关16能够切断储能电池13与第二变流器14的连接，从而可以停止或启动电池的充放电。

储能空调系统还可以包括：软启动电路17，软启动电路17的输入端连接至电网15，输出端连接至第一变流器12的输入端和第二变流器14的输入端。软启动电路17位于储能电池和空调的前端，能够保证储能空调系统内的电容在启动时对外无短路电流冲击。本实用新型实施例对软启动电路的具体结构不作限制，只要能够实现软启动，避免短路电流冲击即可。图2中的结构为一简单示例，且没有体现出软启动的控制部分，电阻下面的开关闭合，通过电阻能够避免启动时的电流冲击。示例性的，软启动电路也可以采用如热敏电阻、MOS管等器件实现，本实用新型实施例对此不进行详细描述。

储能空调系统还可以包括：主控制器(图中未示出)，连接至储能电池13、第一变流器12的输入端和第二变流器14的输入端，用于确定储能空调系统的当前配电控制策略，在当前配电控制策略下，根据储能空调系统中储能电池的荷电状态(State of Charge，SOC)、空调的用电功率及当前用电时间段，控制储能电池的充放电和空调的运行。主控制器可以是在储能和空调之外单独设置的，也可以将其功能集成在空调控制主板中，将空调控制主板作为该主控制器。通过主控制器，可以实现储能空调系统的供电控制，降低空调配电容量及线缆载流量，降低空调用电消费，尽量保证空调用电的经济性。

储能空调系统还可以包括：电池管理系统18，连接至储能电池13，用于监测储能电池的状态并为储能电池提供保护。电池管理系统18位于空调外机内部。电池管理系统18、第一变流器12和第二变流器14无主通信连接。

本实施方式中，将储能和空调一体化设计，内部通信协议设置好，第一变流器12、第二变流器14和电池管理系统18的通信系统对外无主连接，在实现储能和空调的能源响应的同时，可通过BMS监控电池状态，实现储能和空调的通信信息一体化。

储能空调系统还可以设置辅助电源19，分别连接至电网15、第一变流器12、第二变流器14和电池管理系统18，用于从电网15取电，为第一变流器12、第二变流器14和电池管理系统18供电。辅助电源的供电需求是弱电，电网一有电，辅助电源就会启动。利用辅助电源为第一变流器12、第二变流器14和电池管理系统18供电，能够保证器件的正常工作，并且，该辅助电源从电网取电，而不是在电池侧取电，避免了电池在不用时的过放风险，完成控制电的上电。辅助电源19位于空调外机内部。

实施例二

本实施例基于实施例一所述的储能空调系统，提供了储能空调系统的控制方法。图3是本实用新型实施例二提供的储能空调系统的控制方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：

S301，确定储能空调系统的当前配电控制策略。

其中，配电控制策略是指对储能空调系统的供电中来自配电的部分和来自储能电池的部分进行调整控制的策略，即控制通过配电为空调供电和/或通过储能电池为空调供电。考虑到用电经济性和空调满足调温需求所需功率的因素，配电控制策略包括：储能经济运行策略、限功率运行策略和恒功率运行策略。储能空调系统可以设置为根据当前需求自动选择适合的配电控制策略，例如，在用户制冷或制热需求相对不大时，选择限功率运行策略，又如，在用电高峰的夏季，选择储能经济运行策略，由此实现储能空调系统的自适应自优化的控制。此外，用户可以根据实际需求选择满足当前需求的配电控制策略，后续也可随时更换策略。

S302，在当前配电控制策略下，根据储能空调系统中储能电池的荷电状态、空调的用电功率及当前用电时间段，控制储能电池的充放电和空调的运行。

其中，储能电池的荷电状态可以通过电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)获取。空调的用电功率可以直接采集监测，也可以通过采集用电电压等参数计算得到用电功率。按照用电峰谷特性，用电时间段可以分为峰时段、谷时段和平时段，峰时段的电价高。根据储能空调系统中储能电池的荷电状态、空调的用电功率及当前用电时间段，来合理控制储能电池的充放电以及空调的运行，使得空调的配电容量和用电消费降低。

本实施例将储能和空调一体化，利用储能电池，可以在配电控制策略下，根据储能空调系统中储能电池的荷电状态、空调的用电功率及当前用电时间段，控制储能电池的充放电和空调的运行，实现空调的供电控制，从而降低空调配电容量及线缆载流量，降低空调用电消费，尽量保证空调用电的经济性。

下面针对S302，分别对各配电控制策略下的具体控制方法进行说明。

(1)储能经济运行策略

参考图4，在储能空调系统上电时，如果当前配电控制策略为储能经济运行策略，判断储能电池的荷电状态是否满足放电要求；若满足放电要求，判断空调的实时用电功率是否大于配电功率阈值；若大于配电功率阈值，根据当前用电时间段控制储能电池的充放电。

其中，配电功率阈值是预先设置的储能空调系统的配电容量的限制值，该值可以根据储能空调系统与电网连接的接口容量设置，例如，接口容量为5kw，则配电功率阈值可以设置为5kw，或者也可低于5kw。放电要求是指储能电池的SOC达到预设值。

进一步的，根据当前用电时间段控制储能电池的充放电，包括：若当前用电时间段为峰时段，则控制储能电池放电以供给空调；若当前用电时间段为谷时段，则通过电网给储能电池充电；若当前用电时间段为平时段，则控制储能电池不充不放。本方式在峰时段放电，将超出配电功率阈值部分的电量通过储能电池放电来补足，在电价高的时段减少电网用电量，谷时段充电，以低电价进行储能，实现了储能的经济性，尽可能的减少用电量。

在实际应用中，可以设置时段的判断顺序，以图4为例，先判定当前时间是否在峰时段，若是，则执行储能放电，若否，则判断当前时间是否在谷时段，若是，则执行储能充电，若否(表示处于平时段)，则控制储能电池不充不放。

若空调的用电功率不大于配电功率阈值，则控制储能电池不充不放。空调的用电功率不大于配电功率阈值，表示当前配电完全可以满足空调用电需求，无需储能电池放电，考虑到储能经济运行为主，控制储能电池不充不放，以保证经济性。

若储能电池的荷电状态不满足放电要求，则根据储能电池的荷电状态确定储能电池的当前状态；若储能电池处于过充状态或校准时刻，则控制储能电池不充不放，并返回判断储能电池的荷电状态是否满足放电要求的步骤，优选可以延迟预设时间返回判断储能电池的荷电状态是否满足放电要求的步骤，以免频繁判断占用系统资源；若储能电池处于过放状态，则强制对储能电池进行充电，直到满足荷电状态要求，并返回判断储能电池的荷电状态是否满足放电要求的步骤；若储能电池均不处于过充状态、校准时刻和过放状态，则输出故障报警。

其中，过充是指电池电量达到100％，但电压等级超出额定等级，单体电池电压浮高。校准时刻是指电池电量充到100％之后，通过先放电再充电的过程，进行电池实际容量与电路中记录容量的校准。本实施例在过充或校准时刻，控制储能电池不充不放，等待校准完毕电压回落，满足放电要求。在过放状态，强制充电至达到SOC要求，从而执行后续的流程，保证储能电池可以正常使用。

本实施方式以储能经济运行优先，依次根据电池荷电状态、空调用电功率和当前用电时间段来控制储能电池的充放电，在峰时段放电，在电价高的时段减少电网用电量，谷时段充电，以低电价进行储能，从而保证储能空调系统相对恒限在设定的配电功率阈值下用电，尽可能的节省用电量，保证经济性。

(2)限功率运行策略

参考图5，在储能空调系统上电时，如果当前配电控制策略为限功率运行策略，判断空调的用电功率是否大于配电功率阈值；若大于配电功率阈值，判断储能电池的荷电状态是否满足放电要求；若满足放电要求，控制储能电池放电以供给空调。

若储能电池的荷电状态不满足放电要求，则降低空调的用电功率，使得用电功率小于或等于配电功率阈值。具体可以通过降低压缩机频率或者修改用户设定温度等方式，来降低空调的用电功率。

若空调的用电功率不大于配电功率阈值，则判断储能电池的荷电状态是否为满电状态；若不是满电状态，则判断当前用电时段是否为谷时段；若是谷时段，则通过电网给储能电池充电，直到储能电池的荷电状态满足荷电状态要求，并返回判断空调的用电功率是否大于配电功率阈值的步骤；若不是谷时段，则等待谷时段以给储能电池充电。

若储能电池的荷电状态是满电状态，则在不超过配电功率阈值的前提下，增大空调的用电功率，并返回判断空调的用电功率是否大于配电功率阈值的步骤。

本实施方式以储能空调系统限功率为首要目标，其次满足储能经济运行。依次根据空调用电功率、电池荷电状态来进行关于储能放电的判断与控制，利用储能电池的放电，减少空调直接从电网取电，保证储能空调系统在配电功率阈值以下运行。依据当前用电时间段来控制储能电池的充电，在谷时段充电，以低电价进行储能，节省用电量。

(3)恒功率运行策略

参考图6，在储能空调系统上电时，如果当前配电控制策略为恒功率运行策略，控制空调的用电功率恒定在预设功率运行，判断空调的用电功率是否大于配电功率阈值；

若大于配电功率阈值，判断储能电池的荷电状态是否满足放电要求；若满足放电要求，控制储能电池放电以供给空调；若不满足放电要求，可考虑降功率运行，例如，通过降低压缩机频率或修改用户设定温度等方式将用电功率降低到等于或低于配电功率阈值。

若不大于配电功率阈值，判断储能电池的荷电状态是否为满电状态，若是满电状态，则控制储能电池不充不放，若不是满电状态，则控制储能电池在谷时段充电。

本实施方式以储能空调系统恒功率运行为主，其次满足储能经济运行。储能空调系统按照固定的预设功率运行，若配电功率阈值达不到预设功率，则利用储能电池来补足差额功率，并且在配电功率阈值大于等于预设功率且处于谷时段的情况下，对非满电的储能电池进行充电，优化空调运行的同时保证储能电池的节能充电。

综上所述，本实用新型实施例的储能空调系统，将储能和空调一体化，电气连接一体化，通信信息一体化，通过储能电池及相应的控制，能够避免空调负荷的功率变化剧烈，而造成的源-荷潮流波动较大、空调配电容量及线缆载流量大的问题，以及避免在用电电价峰值时，空调用电功率最大的不经济问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种储能空调系统，其特征在于，包括：压缩机、第一变流器、储能电池和第二变流器；

所述储能电池和所述第二变流器位于空调外机内部，所述储能电池通过所述第二变流器连接至电网；

所述压缩机通过所述第一变流器连接至所述电网；

所述储能电池，用于根据所述储能空调系统的当前配电控制策略进行充放电，其中，所述储能电池放电以给所述空调供电。

2.根据权利要求1所述的储能空调系统，其特征在于，所述储能空调系统还包括：

开关，所述开关的一端连接至所述第二变流器的输出端，另一端连接至所述储能电池，所述开关用于在断开的情况下停止所述储能电池的充放电。

3.根据权利要求1所述的储能空调系统，其特征在于，所述储能空调系统还包括：

软启动电路，所述软启动电路的输入端连接至所述电网，输出端连接至所述第一变流器的输入端和所述第二变流器的输入端。

4.根据权利要求1所述的储能空调系统，其特征在于，所述储能空调系统还包括：

主控制器，连接至所述储能电池、所述第一变流器的输入端和所述第二变流器的输入端，用于确定所述储能空调系统的当前配电控制策略，在所述当前配电控制策略下，根据所述储能空调系统中储能电池的荷电状态、空调的用电功率及当前用电时间段，控制所述储能电池的充放电和所述空调的运行。

5.根据权利要求1所述的储能空调系统，其特征在于，所述储能空调系统还包括：

电池管理系统，连接至所述储能电池，用于监测所述储能电池的状态并为所述储能电池提供保护。

6.根据权利要求5所述的储能空调系统，其特征在于，所述电池管理系统位于所述空调外机内部。

7.根据权利要求5所述的储能空调系统，其特征在于，所述电池管理系统、所述第一变流器和所述第二变流器无主通信连接。

8.根据权利要求5所述的储能空调系统，其特征在于，所述储能空调系统还包括：

辅助电源，分别连接至所述电网、所述第一变流器、所述第二变流器和所述电池管理系统，用于从所述电网取电，为所述第一变流器、所述第二变流器和所述电池管理系统供电。

9.根据权利要求8所述的储能空调系统，其特征在于，所述辅助电源位于所述空调外机内部。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的储能空调系统，其特征在于，

若所述电网为直流微电网，所述第一变流器为DC/AC，所述第二变流器为DC/DC；

若所述电网为交流微电网，所述第一变流器为AC/AC，所述第二变流器为AC/DC；

若所述电网为交直流混合微电网，所述第一变流器为DC/AC或AC/AC，所述第二变流器为DC/DC或AC/DC。

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