CN212162820U - 一种单相储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相储能系统，可以实现在电价低时进行储能，电价高时进行供电，满足了家居用电的电费节省；在停电时也能够为负载供电，形成了家庭备用电源。单相储能系统包括：在市电价格低时，处理器控制直流交流转换模块将交流输入电能转换为直流输入电能存储至储能电源；在市电价格高时，处理器控制直流交流转换模块将储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能；市电有电或储能电源不为备用电源时，处理器控制直流交流转换模块将交流输入电能转换为直流输入电能存储至储能电源；市电停电且储能电源为备用电源时，处理器控制直流交流转换模块将储能电源输出。

Description

一种单相储能系统

技术领域

本实用新型涉及供电系统，特别是涉及一种单相储能系统。

背景技术

为满足以家庭为单位的用电场景需求，为使用者(个人)带来经济效益，需要实现家庭用电的智能化，还需要提供家庭备用电源，满足在市电停电时基提供本生活用电需求。

为了实现用电的节省电费及备用电源，需要准备储能变流器及储能逆变器，从而在电价低存储电能，在电价高时释放电能，并且能够作为备用电源。

但是，传统的储能变流器为三相拓扑结构，容量大、体积大，无法应用于家居环境；传统的储能逆变器则容量大、直流侧电压高、所需电池组体积大、成本高。从而导致了家居用电无法实现电费的节省，也无法形成家庭备用电源。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种单相储能系统，可以实现在电价低时进行储能，电价高时进行供电，满足了家居用电的电费节省；在停电时也能够为负载供电，形成了家庭备用电源。

本实用新型第一方面提供一种单相储能系统，包括：

直流交流转换模块、电网接入控制器、储能电源、处理器及负载投切控制器；

在市电价格低时，电网接入控制器将直流交流转换模块与交流输入网连接，处理器控制直流交流转换模块将交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至储能电源；

在市电价格高时，处理器控制直流交流转换模块将储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电；

在市电有电或储能电源不作为备用电源时，电网接入控制器将直流交流转换模块与交流输入网连接，处理器控制直流交流转换模块将交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至储能电源；

在市电停电且储能电源作为备用电源时，电网接入控制器将直流交流转换模块与交流输入网断开连接，处理器控制直流交流转换模块将储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电。

进一步的，在负载发生故障或市电停电后直流交流转换模块的最大输出功率小于负载输出功率时，通过处理器或手动控制负载投切控制器进行分段负载投切；

通过处理器进行傅里叶变换采集得到市电总进线各次电流，控制直流交流转换模块输出反向无功谐波电流。

进一步的，直流交流转换模块包括：

斩波电路、逆变电路及滤波电路；

逆变电路与滤波电路连接，斩波电路与逆变电路及储能电源连接；

滤波电路将交流输入网的交流输入电能进行滤波，逆变电路将交流输入电能转换为直流输入电能，斩波电路对直流输入电能进行降压处理后，将降压后的直流输入电能存储至储能电源；

或，

斩波电流将储能电源的直流输出电能进行升压处理，逆变电路将升压后的直流输出电能转换为交流输出电能，滤波电路对交流输出电能进行滤波处理。

进一步的，斩波电路包括：

第一电感、第一电路开关、第二电路开关及第一电容；

第一电感的第一端与储能电源的正极连接，第一电感的第二端与第一电路开关的正极及第二电路开关的正极连接；

第二电路开关的负极与第一电容的第一端连接；

第一电路开关的正极与储能电源的负极及第一电容的第二端连接。

进一步的，直流交流转换模块还包括：

阻抗模块，阻抗模块包括第二电感及第三电感；

第二电感的第一端与第一电容的第一端连接，第二电感的第二端逆变电路连接；

第三电感的第一端与第一电容的第二端连接，第三电感的第二端逆变电路连接。

进一步的，逆变电路包括：

第二电容、第三电容、第三电路开关、第四电路开关、第五电路开关、第六电路开关、第七电路开关及第八电路开关；

第二电容的第一端与第二电感的第二端及第三电路开关的负极连接连接；

第三电容的第一端与第三电感的第二端及第六电路开关的正极连接；

第二电容的第二端、第三电容的第二端、第七电路开关的正极与第八电路开关的负极连接；

第三电路开关的正极与第七电路开关的负极和第四电路开关的负极连接；

第六电路开关的负极与第八电路开关的正极和第五电路开关的正极连接；

第四电路开关的正极与第五电路开关的负极连接。

进一步的，滤波电路包括：

第四电感、第五电感、第一电阻、第二电阻、接触器及第四电容；

第四电感的第一端与第四电路开关的正极和第五电路开关的负极连接；

第四电感的第二端与第二电阻的第一端和接触器的第一端连接；

第二电阻的第二端、接触器的第二端、第五电感的第一端及第一电阻的第一端连接；

第五电感的第二端与交流输入网或直流配电网的正极连接；

第一电阻的第二端与第四电容的第一端连接；

第四电容的第二端、第七电路开关的正极、第八电路开关的负极与交流输入网或直流配电网的负极连接。

进一步的，处理器包括：

DSP芯片及ARM芯片；

DSP芯片与ARM建立数据通信；

DSP芯片具有采集电流电压模拟量数据功能、半导体器件控制功能、负载投切控制器控制功能及数据存储功能；

ARM芯片具有数据计算功能、数据存储功能及屏幕交互功能。

进一步的，处理器还包括：

显示屏及通信模块；

显示屏与ARM芯片实现交互显示信息；

通信模块与用户终端建立通信连接，实现用户终端的数据显示及远程控制。

进一步的，

第一电路开关、第二电路开关、第三电路开关、第四电路开关、第五电路开关、第六电路开关、第七电路开关及第八电路开关为IGBT绝缘栅双极型晶体管。

由上可见，本实用新型的单相储能系统包括直流交流转换模块、电网接入控制器、储能电源、处理器及负载投切控制器，在市电价格低时，电网接入控制器将直流交流转换模块与交流输入网连接，处理器控制直流交流转换模块将交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至储能电源；在市电价格高时，处理器控制直流交流转换模块将储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电；在市电有电或储能电源不作为备用电源时，电网接入控制器将直流交流转换模块与交流输入网连接，处理器控制直流交流转换模块将交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至储能电源；在市电停电且储能电源作为备用电源时，电网接入控制器将直流交流转换模块与交流输入网断开连接，处理器控制直流交流转换模块将储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电。可以实现在电价低时进行储能，电价高时进行供电，满足了家居用电的电费节省；在停电时也能够为负载供电，形成了家庭备用电源。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种单相储能系统的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的直流交流转换模块的结构示意图；

图3为本实用新型提供的直流交流转换模块的电路结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种单相储能系统，用于在电价低时进行储能，电价高时进行供电，满足了家居用电的电费节省；在停电时也能够为负载供电，形成了家庭备用电源。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种单相储能系统，包括：

直流交流转换模块11、电网接入控制器12、储能电源13、处理器14及负载投切控制器15；

在市电价格低时，电网接入控制器12将直流交流转换模块11与交流输入网连接，处理器14控制直流交流转换模块11将交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至储能电源13；

在市电价格高时，处理器14控制直流交流转换模块11将储能电源13的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电；

在市电有电或储能电源13不作为备用电源时，电网接入控制器12将直流交流转换模块11与交流输入网连接，处理器14控制直流交流转换模块11将交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至储能电源13；

在市电停电且储能电源13作为备用电源时，电网接入控制器12将直流交流转换模块11与交流输入网断开连接，处理器14控制直流交流转换模块11 将储能电源13的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电。

本实用新型实施例中，单相储能系统包括直流交流转换模块11、电网接入控制器12、储能电源13、处理器14及负载投切控制器15。可以实现在电价低时进行储能，电价高时进行供电，满足了家居用电的电费节省；在停电时也能够为负载供电，形成了家庭备用电源。

需要说明的是，负载投切控制器15具体具有多路的可控常开触点，从而控制多个家庭电器的接入，例如，12路可控常开触点，当负载的电器发生故障或停电后直流交流转换模块11最大输出功率小于负载输出功率时，能够可靠分段负载。并且负载投切控制器15还可以进行可控常开触点的扩展，接入更多的家庭电器。

根据以上图1所示的实施例，可选的，本发明的一些实施例中，

在负载发生故障或市电停电后直流交流转换模块11的最大输出功率小于负载输出功率时，通过处理器14或手动控制负载投切控制器15进行分段负载投切；

通过处理器14进行傅里叶变换采集得到市电总进线各次电流，控制直流交流转换模块11输出反向无功谐波电流。

本发明实施例中，在在负载发生故障或市电停电后，最大输出功率小于负载输出功率时，输出功率无法满足所有负载，通过处理器14或手动控制负载投切控制器15，从而进行分段负载投切；并且能够输出反向无功谐波电流，提升了用户侧电能质量；傅里叶变换采集得到市电总进线各次电流能够防止向交流输入网倒灌电能。

根据以上图1所示的实施例，下面通过图2所示的实施例对直流交流转换模块的组成进行说明，请参阅图2，直流交流转换模块11包括：

斩波电路21、逆变电路22及滤波电路23；

逆变电路22与滤波电路23连接，斩波电路21与逆变电路22及储能电源 13连接；

滤波电路23将交流输入网的交流输入电能进行滤波，逆变电路22将交流输入电能转换为直流输入电能，斩波电路21对直流输入电能进行降压处理后，将降压后的直流输入电能存储至储能电源13；

或，

斩波电流21将储能电源13的直流输出电能进行升压处理，逆变电路22 将升压后的直流输出电能转换为交流输出电能，滤波电路23对交流输出电能进行滤波处理。

本实用新型实施例中，在储能电源13进行充电时，具体的过程为：

滤波电路23将交流输入网的交流输入电能进行滤波，从而保证电压及电流在特定范围，保护电路系统，由于储能电源13只能存储直流电能，逆变电路22需要将交流输入电能转换为直流输入电能，由于储能电源的电压参数是低于国家标准电压220V的，斩波电路21需要对直流输入电能进行降压处理后，将降压后的直流输入电能存储至储能电源13，例如，储能电源的电压参数是72V，那么就需要将220V的电压降压为72V；

在储能电源13进行放电时，斩波电流21将储能电源13的直流输出电能进行升压处理，需要说明的是，此处的升压处理需要为逆变电路22提供工作电压，需要升压到720V，逆变电路22将升压后的直流输出电能转换为交流输出电能，滤波电路23对交流输出电能进行滤波处理。

结合以上图2所示的实施例中，下面对斩波电路、逆变电路及滤波电路的具体结构进行分别说明。

请参阅3所示，本实用新型的一些实施例中，斩波电路21包括：

第一电感301、第一电路开关302、第二电路开关303及第一电容304；

第一电感301的第一端与储能电源13的正极连接，第一电感301的第二端与第一电路开关302的负极及第二电路开关303的正极连接；

第二电路开关303的负极与第一电容304的第一端连接；

第一电路开关302的正极与储能电源13的负极及第一电容304的第二端连接。

本实用新型实施例中，在给储能电源13进行充电时，第一电路开关302 处于关断状态，第二电路开关303触发，从而进行降压处理；在储能电源13 进行放电时，第二电路开关303处于关断状态，第一电路开关302触发，从而进行升压处理。

可选的，本实用新型的一些实施例中，直流交流转换模块11还包括：

阻抗模块24，阻抗模块24包括第二电感305及第三电感306；

第二电感305的第一端与第一电容304的第一端连接，第二电感305的第二端逆变电路连接；

第三电感306的第一端与第一电容304的第二端连接，第三电感306的第二端逆变电路连接。

可选的，本实用新型的一些实施例中，逆变电路22包括：

第二电容307、第三电容308、第三电路开关309、第四电路开关310、第五电路开关311、第六电路开关312、第七电路开关313及第八电路开关314；

第二电容307的第一端与第二电感305的第二端及第三电路开关309的负极连接连接；

第三电容308的第一端与第三电感306的第二端及第六电路开关312的正极连接；

第二电容307的第二端、第三电容308的第二端、第七电路开关313的正极与第八电路开关314的负极连接；

第三电路开关308的正极与第七电路开关313的负极和第四电路开关310 的负极连接；

第六电路开关312的负极与第八电路开关314的正极和第五电路开关311 的正极连接；

第四电路开关310的正极与第五电路开关311的负极连接。

本实用新型实施例中，逆变电路为典型的I型三电平拓扑结构，其作用是通过IGBT的高速开关实现电流的AC\DC转换。

可选的，本实用新型的一些实施例中，滤波电路23包括：

第四电感315、第五电感316、第一电阻317、第二电阻318、接触器319 及第四电容320；

第四电感315的第一端与第四电路开关310的正极和第五电路开关311的负极连接；

第四电感315的第二端与第二电阻318的第一端和接触器319的第一端连接；

第二电阻318的第二端、接触器319的第二端、第五电感316的第一端及第一电阻317的第一端连接；

第五电感316的第二端与交流输入网或直流配电网的正极连接；

第一电阻317的第二端与第四电容320的第一端连接；

第四电容320的第二端、第七电路开关313的正极、第八电路开关314 的负极与交流输入网或直流配电网的负极连接。

本实用新型实施例中，滤波电路为典型的LCL滤波，第四电感315和第五电感316两端压差的积分为输出电流。

需要说明的是，在以上实施例中，第一电路开关302、第二电路开关303、第三电路开关309、第四电路开关310、第五电路开关311、第六电路开关312、第七电路开关313及第八电路开关314为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，之所以选择IGBT是因为由BJT双极型三极管和 MOS绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有 MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。在图3中，所有的IGBT均由CPU的半导体器件控制功能进行控制，实现直流交流的转换功能，直流电压抬升功能。

需要说明的是，在以上实施例中，储能电源的标准参数为电压72V、功率 1.5kW、电能5千瓦时。在实际应用中储能电源的设计电压、额定功率应不低于推荐参数，电池容量可选配。

可选的，本实用新型的一些实施例中，处理器包括：

DSP芯片及ARM芯片；

DSP芯片与ARM建立数据通信；

DSP芯片具有采集电流电压模拟量数据功能、半导体器件控制功能、负载投切控制器控制功能及数据存储功能；

ARM芯片具有数据计算功能、数据存储功能及屏幕交互功能。

进一步的，处理器还包括：

显示屏及通信模块；

显示屏与ARM芯片实现交互显示信息；

通信模块与用户终端建立通信连接，实现用户终端的数据显示及远程控制。

本实用新型实施例中，处理器是通过DSP芯片及ARM芯片的协同实现采集电流电压模拟量数据功能、半导体器件控制功能、负载投切控制器控制功能、数据计算功能、屏幕交互功能等等，并且通过ARM芯片能够实现与用户终端之间的数据交互显示及远程控制等功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种单相储能系统，其特征在于，包括：

直流交流转换模块、电网接入控制器、储能电源、处理器及负载投切控制器；

在市电价格低时，所述电网接入控制器将所述直流交流转换模块与交流输入网连接，所述处理器控制所述直流交流转换模块将所述交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至所述储能电源；

在市电价格高时，所述处理器控制所述直流交流转换模块将所述储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能，通过负载配电网为负载供电；

在市电有电或所述储能电源不作为备用电源时，所述电网接入控制器将所述直流交流转换模块与所述交流输入网连接，所述处理器控制所述直流交流转换模块将所述交流输入网的交流输入电能转换为直流输入电能，存储至所述储能电源；

在市电停电且所述储能电源作为备用电源时，所述电网接入控制器将所述直流交流转换模块与所述交流输入网断开连接，所述处理器控制所述直流交流转换模块将所述储能电源的直流输出电能转换为交流输出电能，通过所述负载配电网为所述负载供电。

2.根据权利要求1所述的单相储能系统，其特征在于，

在所述负载发生故障或市电停电后所述直流交流转换模块的最大输出功率小于负载输出功率时，通过所述处理器或手动控制所述负载投切控制器进行分段负载投切；

通过所述处理器进行傅里叶变换采集得到市电总进线各次电流，控制所述直流交流转换模块输出反向无功谐波电流。

3.根据权利要求1所述的单相储能系统，其特征在于，所述直流交流转换模块包括：

斩波电路、逆变电路及滤波电路；

所述逆变电路与所述滤波电路连接，所述斩波电路与所述逆变电路及所述储能电源连接；

所述滤波电路将所述交流输入网的交流输入电能进行滤波，所述逆变电路将所述交流输入电能转换为直流输入电能，所述斩波电路对所述直流输入电能进行降压处理后，将降压后的所述直流输入电能存储至所述储能电源；

或，

所述斩波电路将所述储能电源的直流输出电能进行升压处理，所述逆变电路将升压后的所述直流输出电能转换为交流输出电能，所述滤波电路对所述交流输出电能进行滤波处理。

4.根据权利要求3所述的单相储能系统，其特征在于，所述斩波电路包括：

第一电感、第一电路开关、第二电路开关及第一电容；

所述第一电感的第一端与所述储能电源的正极连接，所述第一电感的第二端与所述第一电路开关的负极及所述第二电路开关的正极连接；

所述第二电路开关的负极与所述第一电容的第一端连接；

所述第一电路开关的正极与所述储能电源的负极及所述第一电容的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的单相储能系统，其特征在于，所述直流交流转换模块还包括：

阻抗模块，所述阻抗模块包括第二电感及第三电感；

所述第二电感的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电感的第二端所述逆变电路连接；

所述第三电感的第一端与所述第一电容的第二端连接，所述第三电感的第二端所述逆变电路连接。

6.根据权利要求5所述的单相储能系统，其特征在于，所述逆变电路包括：

第二电容、第三电容、第三电路开关、第四电路开关、第五电路开关、第六电路开关、第七电路开关及第八电路开关；

所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端及所述第三电路开关的负极连接连接；

所述第三电容的第一端与所述第三电感的第二端及所述第六电路开关的正极连接；

所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端、所述第七电路开关的正极与所述第八电路开关的负极连接；

所述第三电路开关的正极与所述第七电路开关的负极和所述第四电路开关的负极连接；

所述第六电路开关的负极与所述第八电路开关的正极和所述第五电路开关的正极连接；

所述第四电路开关的正极与所述第五电路开关的负极连接。

7.根据权利要求6所述的单相储能系统，其特征在于，所述滤波电路包括：

第四电感、第五电感、第一电阻、第二电阻、接触器及第四电容；

所述第四电感的第一端与所述第四电路开关的正极和所述第五电路开关的负极连接；

所述第四电感的第二端与所述第二电阻的第一端和所述接触器的第一端连接；

所述第二电阻的第二端、所述接触器的第二端、所述第五电感的第一端及所述第一电阻的第一端连接；

所述第五电感的第二端与所述交流输入网或直流配电网的正极连接；

所述第一电阻的第二端与所述第四电容的第一端连接；

所述第四电容的第二端、所述第七电路开关的正极、所述第八电路开关的负极与所述交流输入网或所述直流配电网的负极连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的单相储能系统，其特征在于，所述处理器包括：

DSP芯片及ARM芯片；

所述DSP芯片与所述ARM建立数据通信；

所述DSP芯片具有采集电流电压模拟量数据功能、半导体器件控制功能、负载投切控制器控制功能及数据存储功能；

所述ARM芯片具有数据计算功能、数据存储功能及屏幕交互功能。

9.根据权利要求8所述的单相储能系统，其特征在于，所述处理器还包括：

显示屏及通信模块；

所述显示屏与所述ARM芯片实现交互显示信息；

所述通信模块与用户终端建立通信连接，实现所述用户终端的数据显示及远程控制。

10.根据权利要求7所述的单相储能系统，其特征在于，

所述第一电路开关、所述第二电路开关、所述第三电路开关、所述第四电路开关、所述第五电路开关、所述第六电路开关、所述第七电路开关及所述第八电路开关为IGBT绝缘栅双极型晶体管。

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