CN211530832U - 一体化多能互补供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种一体化多能互补供电装置，包括机柜，所述机柜内配置有电源侧配电单元、用户侧配电单元、能量管理单元、以及若干功率转换模块，其中，所述若干功率转换模块的尺寸相同，所述若干功率转换模块之间、以及所述若干功率转换模块与所述能量管理单元之间均采用相同的通讯方式通讯连接。相对于现有技术，本实用新型提高了系统的灵活性和集成度。

Description

一体化多能互补供电装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子功率变换技术领域，尤其涉及一种一体化多能互补供电装置。

背景技术

多能互补供电系统是指包含光伏、风力、柴油机、储能或电网等多种能源输入，并根据项目地不同能源资源和需求相互协调补充输出供电的系统。当前，多能互补供电系统主要应用于偏远无电山区、海岛或智能楼宇、绿色能源综合利用等微电网中，其系统结构如图1所示。

多能互补供电系统需要有直流配电单元和交流配电单元来实现各类能源和用户负荷的接入和通断控制。系统还需要各种功能各异的电力电子设备，实现各种能源的功率变换和控制。如光伏组件吸收太阳光发电，需要通过光伏发电控制器，将能量输入供电系统；储能电池，需要通过充放电控制器实现能量的储存和释放；供电系统，需要通过储能双向变流器将直流电转为交流电供用户负荷使用，同时储能双向变流器还可以将电网或柴油机的交流电整流为直流电为供电系统供电。以下为了便于阐述，将多能互补供电系统内的所有不同功能的电力电子设备统称为功率转换装置。

由于多能互补系统涉及多个领域的产品及技术，实际应用时，用户用电需求多样，项目所在地区的能源供给条件也多样。传统的解决方案是结合项目情况，采用各类对应的多产品组合，通过能量管理系统统一管理的解决方案。即针对每个具体项目：不同类型的能源接入，需要不同功能的功率转换装置；不同功率的能源接入或用户负荷需求，需要配置不同功率的功率转换装置；绝大数情况下，不同功能的功率转换装置会来自不同生产厂家。

现有技术中，针对每个具体项目提供具体的多产品组合解决方案，在实际应用时，经常面临以下几个问题：

1、不同项目地区的光照条件不同，风力条件不同，并且用户的用电需要和负荷性也不同。现有采用多产品组合的解决方案在面对这种能源供给和用电需求均是多样化的市场，要求对应的产品规格多样，这不仅增加了项目设计方的产品选型难度，也提高了项目集成的设备供应成本。

2、采用多产品组合的方案，同一项目涉及的产品绝大多数情况下来自不同生产厂家或不同部门。各类产品的外观结构、安装配线方式无法统一。面对项目场所多样化的微网工程项目，安装方式不同，接线方式不同，增加了项目施工方的施工调试难度，也影响系统的可靠性。

3、采用多产品组合的解决方案，通讯协议，控制方式都无法做到统一。如图2所示，系统必须通过能量管理系统一对多地协调多种能量的流动和控制。这种一对多的通讯方式，将整个系统的控制周期长，降低系统的响应速度。另外，采用多产品的组合方案，各个产品之间的安装位置都会现场各种可观因素影响存在一定距离。通讯距离加长后，为保证通讯性能，常见的RS485，CAN通讯方案都务必需要通过降低通讯速度(波特率)来提高通讯可靠性。而在多能互补的供电系统中，由于多种能源都具有随机性，响应速度变慢将会造成系统能量平衡量失调而停机断电。如此，将又进一步降低系统的响应速度和稳定性。

4、就目前采用多产品组合，EMS统一调度的解决方案，还存在硬件电路重复，功能多余，成本浪费的问题。如前所述，多能互补系统中的每一个功率转换单元都是一个独立的产品，都必须设计为单一产品便能满足法规标准要求的产品。每个功率转换模块，都需要具体对外监控通讯功能，并且要求设计为加强绝缘标准，甚至采用专用芯片处理。实际上，多能互补供电系统中，可将整个系统看成一套成品，而EMS作为统一调度中心，其实是唯一的对外通讯接口。其它产品与EMS之间，都可以作为系统内部通讯对待。即理论上，可以将图2的架构调整为图3。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种一体化多能互补供电装置，旨在一方面通过重构涉及相关产品的开发思路，将多种不同功能的产品形态模块化，另一方面将多能互补系统内的通讯和管理归一化，仅通过能量管理系统对外通讯，并统一管理，实现更快速的通讯速度；另外，将传统多产品组合的解决方案标准化，提供一套标准化系统产品应对于多种项目需求，提高系统的灵活性和集成度。

为实现上述目的，本实用新型提供一种一体化多能互补供电装置，其特征在于，包括机柜，所述机柜内配置有电源侧配电单元、用户侧配电单元、能量管理单元、以及若干功率转换模块，其中，所述若干功率转换模块的尺寸相同，所述若干功率转换模块之间、以及所述若干功率转换模块与所述能量管理单元之间均采用器件/或电路通讯连接。

本实用新型进一步的技术方案是，所述功率转换模块用于安装电子器件/或电路。

本实用新型进一步的技术方案是，所述机柜包括柜门，所述柜门上设置有显示屏，所述能量管理单元与所述显示屏通讯连接。

本实用新型进一步的技术方案是，所述一体化多能互补供电装置还包括控制器，所述控制器安装于所述柜门上，所述显示屏嵌设于所述控制器上。

本实用新型进一步的技术方案是，所述电子电力模块包括光伏发电控制器、或者风力发电控制器、充放电控制器、双向变流器中的一种或几种。

本实用新型进一步的技术方案是，所述功率转换模块的高为3U。

本实用新型进一步的技术方案是，所述电源侧配电单元与光伏组件、或者风力发电组件、或者储能电池连接，所述用户侧配电单元与电网、或者用户负荷连接。

本实用新型一体化多能互补供电装置的有益效果是：

1、产品模块化：将多种功率转换设备都设计为类似结构，类似功率的模块。生产方便，安装方便。

2、通讯归一化：系统内采用相同通讯方式，相同协议，通讯速率更高，一体化装置系统更稳定。便于降低产品成本，降低现场工程配线安装施工工作。

3、方案标准化：同一套方案，可应对不同项目地不同能源资源和需求。在方案设计时，只需要配置不同数量的模块便可。便于设计方方案设计，也便于集成商备货，供货，更便于用户使用。

附图说明

图1是现有技术中多能互补供电系统结构示意图；

图2是现有技术中多能互补供电系统通讯连线示意图；

图3是图2的简化系统通讯方案示意图；

图4是本实用新型一体化多能互补供电装置较佳实施例的结构框图；

图5是本实用新型一体化多能互补供电装置较佳实施例的通讯管理方案示意图；

图6是本实用新型一体化多能互补供电装置较佳实施例中功率转换模块的结构示意图；

图7是本实用新型一体化多能互补供电装置较佳实施例中单柜的结构示意图；

图8是本实用新型一体化多能互补供电装置较佳实施例中双柜的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图4至图8，本实用新型提出一种一体化多能互补供电装置，本实用新型所采用的技术方案主要是功能产品模块化、通讯管理归一化、产品方案标准化，即一方面通过重构涉及相关产品的开发思路，将多种不同功能的产品形态模块化；另一方面将多能互补供电系统内的通讯和管理归一化，仅通过能量管理系统对外通讯，并统一管理，可实现更快速的通讯速度；最后，将传统多产品组合的解决方案标准化，提供一套标准化系统产品应对于多种项目需求，提高系统的灵活性和集成度。

具体地，本实用新型一体化多能互补供电装置较佳实施例包括机柜10，该机柜10可以为单柜，也可以为双柜，所述机柜10内配置有配电单元20、能量管理单元30、以及若干功率转换模块40，其中，所述配电单元20包括电源侧配电单元和用户侧配电单元，所述若干功率转换模块40的尺寸相同，所述若干功率转换模块40之间、以及所述若干功率转换模块40与所述能量管理单元30之间均采用相同的通讯方式通讯连接。

需要说明的是，所述若干功率转换模块40之间、以及所述若干功率转换模块40与所述能量管理单元30之间可以采用CAN通讯连接，也可以采用RS485通讯方式或者其他通讯方式连接。

所述功率转换模块40用于安装电子器件或电路，所述功率转换模块40例如可以为3U高，50kw。所述电子器件例如可以包括光伏发电控制器、或者风力发电控制器、充放电控制器、双向变流器中的一种或几种。

进一步地，所述机柜10包括柜门，所述柜门上设置有显示屏，所述能量管理单元30与所述显示屏通讯连接。

所述一体化多能互补供电装置还包括控制器，所述控制器安装于所述柜门上，所述显示屏嵌设于所述控制器上。

本实施例中，所述电源侧配电单元与光伏组件、或者风力发电组件、或者储能电池连接，所述用户侧配电单元与电网、或者用户负荷连接。

以下对本实用新型一体化多能互补供电装置的结构和工作原理座进一步的阐述。

可以理解的是，多能互补供电系统需要多种功能各异的电气设备，实现各种能源的变换和控制。本实用新型的第一个思路就是将所有功能各异的电力电子设备产品形态模块化。即，采用统一的模块标准，各类不同功能的功率转换模块40都设计成结构类似的模块单元。模块化的目的是在针对不同功率需求的场合，可以配置不同数量的模块，而针对不同功能需求的模块，也可以通过配电单元20的调整和能量管理系统的识别和管理，实现模块自识别及混合应用。

本实用新型的第二个思路是优化通讯方案，将通讯监控归一化，将不同模块(即使功能不同)的通讯方式，通讯协议，电气性设计，电气绝缘设计以及能量管理需求等方面都可以都可在系统层面统一考虑，采用相同的方法。本实用新型涉及通讯管理方案如图5所示，而传统方案如图2所示。

本实用新型的第三个思路是系统方案标准化，即通过一套标准化产品来实现传统整个多产品多种组合的方案。如图4所示，标准化产品分功率转换模块40(统称，实际上有多种功能的模块)，配电单元20(含电源侧配电单元和用户侧配电单元两部分)和能量管理单元30。针对不同功率需求的场合，自由配置不同数量的标准模块。而针对不同功能需求的标准模块，也可以通过配电单元20的调整和能量管理单元30的识别和管理，实现模块自识别及混合应用。

本实用新型可以将所有功能各异的功率转换模块40设计成如图6所示的标准机架结构，如3U高，50KW。

本实用新型中，所有功率转换模块40之间以及与能量管理系统的通讯方式统一为CAN通讯或者RS485等其他通讯方式，模块内不配置专为通讯CPU，DSP(数字信号处理器)经隔离电路与能量管理单元30连接。更进一步地，将能量管理单元30与产品显示屏整合，由控制屏统一对外通讯，并预留多种控制接口。

本实用新型可以将产品设计为标准的通讯机柜10结构，下端为用户侧配电单元，上端为各类功率转换模块40，能量管理单元30安装在柜门上，背面是电源侧配电单元。不同项目需求可灵活配置不同数量的功能模块，并由能量管理单元30自识别控制。

本实用新型一体化多能互补供电装置的有益效果是：

1、产品模块化：将多种功率转换设备都设计为类似结构，类似功率的模块。生产方便，安装方便。

2、通讯归一化：系统内采用相同通讯方式，相同协议，通讯速率更高，一体化装置系统更稳定。便于降低产品成本，降低现场工程配线安装施工工作。

3、方案标准化：同一套方案，可应对不同项目地不同能源资源和需求。在方案设计时，只需要配置不同数量的模块便可。便于设计方方案设计，也便于集成商备货，供货，更便于用户使用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种一体化多能互补供电装置，其特征在于，包括机柜，所述机柜内配置有电源侧配电单元、用户侧配电单元、能量管理单元、以及若干功率转换模块，其中，所述若干功率转换模块的尺寸相同，所述若干功率转换模块之间、以及所述若干功率转换模块与所述能量管理单元之间均采用相同的通讯方式通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一体化多能互补供电装置，其特征在于，所述功率转换模块用于安装电子器件/或电路。

3.根据权利要求1所述的一体化多能互补供电装置，其特征在于，所述机柜包括柜门，所述柜门上设置有显示屏，所述能量管理单元与所述显示屏通讯连接。

4.根据权利要求3所述的一体化多能互补供电装置，其特征在于，所述一体化多能互补供电装置还包括控制器，所述控制器安装于所述柜门上，所述显示屏嵌设于所述控制器上。

5.根据权利要求1所述的一体化多能互补供电装置，其特征在于，所述功率转换模块的高为3U。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一体化多能互补供电装置，其特征在于，所述电源侧配电单元与光伏组件、或者风力发电组件、或者储能电池连接，所述用户侧配电单元与电网、或者用户负荷连接。

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