CN210468888U - 一种不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

一种不间断电源系统，包括储能电池系统、能量管理系统EMS和储能UPS设备；储能电池系统、能量管理系统EMS和储能UPS设备均集成于储能集装箱内；储能UPS设备分别与外界的市电电网与负载电气连接；储能电池系统与储能UPS设备电气连接；能量管理系统EMS分别与储能UPS设备、储能电池系统中的电池管理系统BMS均通信连接；能量管理系统EMS置于EMS控制柜中，储能电池系统置于电池室中。该不间断电源系统的扩容及维修比较灵活、方便维护、安全性高；能够进行统一高效的管理，提高了储能设备配置的灵活性，适应了储能技术发展的未来需求。

Description

一种不间断电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种储能技术领域的不间断电源系统，尤其涉及一种集成于储能集装箱内的不间断电源系统。

背景技术

为保障负荷的电力供应，为敏感重要负荷提供可靠保障，需要增加足够的备用电源和应急电源来保证重要设备的可靠供电。

传统方式常使用柴油发电机做应急保障电源；柴油机驱动发电机以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体系统可以固定在基础位置上，供固定位置使用，亦可装在拖车上，供移动使用。

柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约90％。柴油发电机组的功率较低；占地面积较大；柴油机启动时会产生大量烟雾，对环境产生影响；发生故障后，柴油发电机启动投入使用需要1分钟以上的时间，造成设备短时失电。

随着国民经济发展方式转变和科学技术迅速发展，波动和间歇性的风力发电、光伏发电等可再生能源渗透率提高、电动汽车数量急剧增加、电力负荷峰谷差迅速扩大、城区配电网扩容升级难度和投资提升、偏远地区稳定可靠供电要求提高等诸多挑战亟待解决，储能技术在减少停电损失、改善电能质量和有效提高现有发输配用电设备的利用率等方面都有广阔的应用前景。

储能技术在减少停电损失、改善电能质量和有效提高现有发输配用电设备的利用率等方面都有广阔的应用前景。随着储能技术应用研究的深入，储能技术正朝着能量转换高效化、能量高密度化和应用低成本化的方向发展。

目前亟需一种故障发生时切换及时(自动无缝切换到离网放电模式，切换时间为0ms)、灵活性强、系统扩容及维修比较灵活、方便维护、安全性高的不间断电源系统。

实用新型内容

为实现上述目的，本实用新型提出了一种不间断电源系统，该不间断电源系统包括储能电池系统、能量管理系统EMS(Energy Management System,EMS) 和储能UPS(Uninterruptible Power Supply，UPS)设备；上述储能电池系统、能量管理系统EMS和储能UPS设备均集成于储能集装箱内；其中，储能电池系统主要用于电能的存储及释放，所述储能UPS设备分别与外界的市电电网与负载电气连接；所述能量管理系统EMS分别与储能UPS设备、储能电池系统中的电池管理系统BMS均通信连接；所述能量管理系统EMS接收储能电池系统中的电池管理系统BMS所监测到的各电池状态，通过分析当前市电电网、系统设备及负载情况，对不间断电源系统下达指令，控制实现不间断电源系统不同运行模式的切换；能量管理系统EMS，其负责接收BMS系统所监测到的电池状态，根据市电应用场景，控制不间断电系统的充电和放电模式；电池管理系统BMS能够实现电池状态监视、运行控制、绝缘监测、均衡管理、保护报警及通讯功能等，通过对电池的状态的实时监测，保证系统的正常稳定安全运行；监测电池的一致性，通过均衡对电池进行在线式维护，保证电池成组的使用效率及寿命。所述能量管理系统EMS置于EMS控制柜中，所述储能电池系统置于电池室中。

优选的，所述储能电池系统包括多组电池柜和一电池管理系统BMS(BatteryManagement System,BMS)，每组电池柜包含多个电池插箱，多个电池插箱在电池柜中串联构成模组单元；每组电池柜的前面板还对应集成一电池管理单元BMU (BatteryManagement Unit,BMU)，通过该电池管理单元BMU采集每组电池柜中电池的电压、温度信息，并通过CAN总线上报至电池管理系统BMS。

优选的，每组电池柜中的多个电池插箱通过金属排焊接组成串联结构。

优选的，储能UPS设备包括储能UPS主机、面板及操作开关，其负责市电正常情况状态下对市电进行整流和逆变，或用于市电断电的情况下，自动无缝切换到离网放电模式。

优选的，所述储能集装箱侧面还设置控制操作面板和动力快插接口。

优选的，所述不间断电源系统的上述储能电池系统、能量管理系统EMS和储能UPS设备排列放置于储能集装箱两侧，能量管理系统EMS和储能UPS设备放置的空间即为电气室，放置储能电池系统的电池室和放置能量管理系统EMS、储能UPS设备的电气室相互隔断，电池室和电气室之间设置有空调。

优选的，电池插箱内配置温度监测装置，各电池柜内配置烟感报警装置，各电池柜之间设置阻燃材料隔板。

本实用新型技术方案带来的有益效果为：

本实用新型提供了一种用于保障重要负荷的电力供应，提供不间断电源的新型应急保障电源装置。可保障重要客户的关键用电设施，减少重要客户的停电时间和损失，提高电力公司供电服务水平。针对于不同的应用场景，可以实现模块化、标准化、自动化生产，方便维护。能够进行统一高效的管理，提高了储能设备配置的灵活性，适应了储能技术发展的未来需求。具体而言，本实用新型具体具有如下有益技术效果：

1)、0ms切换：故障发生时不间断电源系统将自动无缝切换到离网放电模式，切换时间为0ms。

2)、灵活性：系统采用模块化设计，系统扩容及维修比较灵活。

3)、可维护性：储能变流器及电池采用模块化设计，可分组管理；配备单独的维护设备，方便维护；将维护系统植入监控系统中，定期提醒维护人员进行维护。

4)、安全性：为保证系统可靠运行，不间断电源系统配备完善的监测设备，准确及时动作，配有安防措施；电池箱内配置温度监测、电池柜内配置烟感报警装置，电池柜之间设置阻燃材料隔板；设备具有自我保护，系统联动保护等，集装箱内设计环境控制装置及消防系统。

附图说明

图1是本实用新型中的一种不间断电源组成结构示意图；

图2是本实用新型不间断电源组成之一储能电池系统的组成结构示意图；

图3是本实用新型不间断电源中电池室和电气室相隔断的实物示意图。

其中，附图说明如下：

不间断电源系统1；储能电池系统10；能量管理系统EMS 20；储能UPS设备30；市电电网40；负载50；空调60；

电池室11；电池柜12；电池插箱13；电池管理单元BMU 14；电池管理系统BMS 15；电气室16。

图1-2中，细的箭头表示通信连接，粗的箭头表示电气连接。

上述附图使用对本实用新型的技术方案进行辅助性说明，以有助于清楚地理解本实用新型。但是，使用上述附图的目的并非对本实用新型进行限定。此外，附图中内容并非按比例绘制，因而也不应当解释为对本实用新型的限制。附图中所展示的内容的整体或其中组成部分可以基于本领域技术进行组合和变化。

具体实施方式

为了更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图描述较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种不间断电源的具体实施方式，详细说明如下。

如图1所示，本实用新型提出了一种不间断电源系统，该不间断电源系统包括含BMS系统的储能电池系统10、能量管理系统EMS20、储能UPS设备30(UPS， UninterruptiblePower Supply,不间断电源)，其中，上述储能电池系统10、能量管理系统EMS20、储能UPS设备30均集成于储能集装箱内；储能UPS设备 30分别与外界的市电电网40与负载50相电气连接；所述储能电池系统10与所述储能UPS设备30电气连接；所述能量管理系统EMS 20分别与储能UPS设备 30、储能电池系统10中的电池管理系统BMS 15通信连接；所述能量管理系统EMS 20接收储能电池系统10中的电池管理系统BMS 15所监测到的各电池状态，通过分析当前市电电网、系统设备及负载情况，对不间断电源系统下达指令，控制实现不间断电源系统不同运行模式的切换；所述能量管理系统EMS20置于 EMS控制柜中，所述储能电池系统10置于电池室11中。

其中，储能电池系统10主要用于电能的存储及释放，包括16个电池柜，每组电池柜中包含12个电池插箱13，电池插箱13各单体电池通过金属排焊接，以串联结构组成模组单元，每个电池柜12的前面板对应集成一个电池管理单元 BMU 14，通过BMU 14采集来采集12个电池插箱13的电压、温度信息，并通过 CAN总线上报至BMS控制单元15。电池管理系统BMS20能够实现电池状态监视、运行控制、绝缘监测、均衡管理、保护报警及通讯功能等，通过对电池的状态的实时监测，保证系统的正常稳定安全运行；监测电池的一致性，通过均衡对电池进行在线式维护，保证电池成组的使用效率及寿命。

能量管理系统EMS 20，其负责接收储能电池系统10中的BMS系统15所监测到的电池状态，根据市电应用场景，控制不间断电系统的充电和放电模式。

储能UPS设备30包括储能UPS主机、面板及操作开关，其负责市电正常情况状态下对市电进行整流和逆变或用于市电断电的情况下，将自动无缝切换到离网放电模式从而实现储能电池系统的放电。

所述整个不间断电源系统1集成于储能集装箱内；所述储能集装箱侧面设置控制操作面板和动力快插接口。

如附图3所示，所述不间断电源系统1的各组成设备：储能电池系统10和能量管理系统EMS 20,储能UPS设备30排列放置于储能集装箱两侧，能量管理系统EMS 20和储能UPS设备30放置的空间即为电气室16，且电池室11和电气室16相互隔断，电池室11和电气室16之间设置有空调60。

电池插箱13内配置温度监测装置，电池柜12内配置烟感报警装置，各电池柜12之间设置阻燃材料隔板。

其中，大功率储能UPS设备进行整流和逆变，从而实现储能电池系统10的充电和放电。在市电正常情况下，储能电池系统1处于待机工作状态(浮充模式)，市电电网40经过UPS不间断供电设备内部的整流和逆变为重要一级负荷供电；市电异常断电情况下，UPS不间断供电设备将自动无缝切换到离网放电模式，

该不间断电源系统在能量管理系统EMS 20控制下可实现市电正常和市电异常两种应用场景的正常备电，同时具有二种基本运行模式：市电正常与市电异常。

该不间断电源系统1通过大功率储能UPS设备进行整流和逆变，从而实现储能电池系统10的充电和放电。在市电正常情况下，储能电池系统10处于待机工作状态(浮充模式)，市电经过UPS不间断供电设备内部的整流和逆变为重要一级负荷供电；市电异常断电情况下，UPS不间断供电设备将自动无缝切换到离网放电模式，切换时间为0ms。

(1)系统运行模式

不间断电源系统1在能量管理系统EMS 20控制下可实现市电正常和市电异常两种应用场景的正常备电，同时具有二种基本运行模式：市电正常与市电异常：

1)市电供电(市电正常)

由能量管理系统EMS 20下达指令，储能UPS设备30调整整流电压与电池组电压相当(控制充放电电流趋近于0)，负载由市电逆变供电，不间断电源系统1的储能电池系统10处于待机/浮充状态。

2)市电异常

市电异常断电，负载由电池供电，该不间断电源系统1可实现0ms不间断切换，此条件下，系统处于离网状态，负荷的供电全部由不间断电源系统1来提供，对市电供电10kV系统没有影响。

注：单套储能系统最大总功率为1600KVA/1280KW并配备不少1.4MWh储能电池系统。

参见图3所示，示出了一种将整个不间断电源系统集成于储能集装箱内的实施例，具体如下：

1)不间断电源系统的装置布局

不间断电源系统1采用40英尺集装箱，在箱体的两端各开一组门，方便叉车将组装好的设备直接安装入柜，便于进入集装箱内操作，并应用于应急逃生，同时集装箱侧面设置控制操作面板和动力快插接口，便于操作人员的操作和接线。集装箱内共放置三种设备，32台宽的电池柜11、2台UPS 30和1台EMS控制柜20。所有设备排列放置于集装箱两侧，电池室11和电气室16设置隔断，避免UPS的热量影响电池温度均衡性。集装箱的设备结构图如图3所示。

2)不间断电源系统的技术参数

请参见表1，本实用新型提出的一种不间断电源系统的技术参数如下：

表1本实用新型的不间断电源系统的技术参数

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种不间断电源系统，其特征在于，该不间断电源系统(1)包括储能电池系统(10)、能量管理系统EMS(20)和储能UPS设备(30)；上述储能电池系统(10)、能量管理系统EMS(20)和储能UPS设备(30)均集成于储能集装箱内；所述储能UPS设备(30)分别与外界的市电电网(40)与负载(50)电气连接；所述储能电池系统(10)与所述储能UPS设备(30)电气连接；所述能量管理系统EMS(20)分别与储能UPS设备(30)、储能电池系统(10)中的电池管理系统BMS(15)均通信连接；所述能量管理系统EMS(20)置于EMS控制柜中，所述储能电池系统(10)置于电池室(11)中；

其中，所述储能电池系统(10)包括多组电池柜(12)和一电池管理系统BMS(15)，每组电池柜(12)包含多个电池插箱(13)，多个电池插箱(13)在一电池柜(12)中串联构成模组单元；每个电池柜(12)的前面板还对应集成一电池管理单元BMU(14)，通过该电池管理单元BMU(14)采集每组电池柜(12)中电池的电压、温度信息，并通过CAN总线上报至储能电池系统(10)中的电池管理系统BMS(15)。

2.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，每组电池柜(12)中的多个电池插箱(13)通过金属排焊接组成串联结构。

3.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，储能UPS设备(30)包括储能UPS主机、面板及操作开关。

4.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述储能集装箱侧面还设置控制操作面板和动力快插接口。

5.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述不间断电源系统(1)的储能电池系统(10)、能量管理系统EMS(20)和储能UPS设备(30)排列放置于所述储能集装箱两侧，能量管理系统EMS(20)和储能UPS设备(30) 放置的空间为电气室(16)，放置储能电池系统(10)的电池室(11)和放置能量管理系统EMS(20)、储能UPS设备(30)的电气室(16)相互隔断，电池室(11)和电气室(16)之间设置有空调(60)。

6.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，电池插箱(13)内配置温度监测装置，各电池柜(12)内配置烟感报警装置，各电池柜(12)之间设置阻燃材料隔板。

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