CN212343339U - 一种基于户用和ups的混合供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于户用和UPS的混合供电系统，所述系统包括：光伏电源；光储逆变器；UPS模块；第一电池组；第二电池组；用户电网，所述光储逆变器分别连接所述光伏电源、第一电池组、USP模块和用户电网。光储逆变器用于控制所述光伏电源、第一电池、用户电网和UPS模块的供电逻辑；所述第二电池组容量小于所述第一电池组，所述第二电池组连接所述UPS模块，用于平滑切换电源类型；本实用新型通过设置大容量电池供电，小容量电池缓冲电源切换的方式，一方面提高了供电的安全性，另一方面合理利用电池容量有利于提高经济效益。

Description

一种基于户用和UPS的混合供电系统

技术领域

本实用新型涉及供电领域，特别涉及一种基于户用和UPS的混合供电系统。

背景技术

现有技术的备用电源的解决方案主要有以下3种：独立的用户储能系统、独立的UPS系统和高压UPS储能系统。其中独立的用户储能系统在市电切换的过程中并不平滑，容易出现短时间的输出断档，影响设备的供电安全、造成生产经济损失。独立的UPS系统备电时间短，整体的使用率不高。而高压UPS储能系统投入成本高，对于小微企业和家用场景适用性较差，回报的周期较长。因此现有技术方案存在适用性差、成本高和供电不稳定等问题。

实用新型内容

本实用新型其中一个主要实用新型目的在于提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，所述系统采用大容量电池组和小容量电池组挂载于电路中，其中大容量电池组挂载于光储逆变器下，所述系统根据电网电价进行削峰填谷式的对用户供电，从而降低用户电源支出。

本实用新型另一个主要实用新型目的在于提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，大容量电池组可根据电网电价或光伏电源的输出状态选择充电源进行备电，从而可以在获取更廉价电源的基础上提供长时间的备电能力。

本实用新型另一个实用新型目的在于提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，小容量电池组挂载于UPS模块，小容量电池组电连接负载，并对负载供电，通过小容量电池组对负载供电，在进行电源切换的时可平滑切换，减少用户内部电网切换时断档现象。

本实用新型另一个实用新型目的在于提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，当光伏电源输入电能大于系统功耗时，所述系统将多余电能并入电网，从而可以减少光伏电源的损耗，实现多余光伏电能的经济效益。

本实用新型另一个实用新型目的在于提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，所述系统根据小容量电池组和大容量电池组的状态进行科学合理的充放电设计，提高小容量电池组的使用率，在平滑切换电源的基础上还可降低成本。

本实用新型另一个实用新型目的在于提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，所述系统可根据光伏电源输入状态、大和小容量电池组状态、电网状态和负载需求合理调整电能输出，在满足负载需求的基础上提高系统的经济效益。

为了实现至少一个上述实用新型目的，本实用新型进一步提供一种基于户用和UPS的混合供电系统，包括：

光伏电源；

光储逆变器；

UPS模块；

第一电池组；

第二电池组；

所述光储逆变器分别连接所述光伏电源、第一电池组、USP模块连接和用户电网，光储逆变器用于控制所述光伏电源、第一电池组、用户电网和UPS模块的供电逻辑；

所述第二电池组容量小于所述第一电池组，所述第二电池组连接所述UPS模块，用于平滑切换电源类型。

根据本实用新型其中一个较佳实施例，所述光储逆变器输入端连接光伏电源，所述光储逆变器中设有DCDC电源模块，ACDC/DCAC电源模块和DCAC电源模块，用于控制光储逆变器输入和输出电压。

根据本实用新型另一个较佳实施例，所述光储逆变器输出端连接UPS模块的输入端，UPS模块输出端连接负载，所述第二电池组分别连接UPS模块中ACDC 电源模块和DCAC电源模块。

根据本实用新型另一个较佳实施例，所述第一电池组连接光储逆变器中的 DCDC电源模块，通过光储逆变器中的ACDC/DCAC模块连接用户电网，并且通过 DC/AC模块连接光储逆变器总输出端口。

根据本实用新型另一个较佳实施例，根据负载功率，所述第一电池组容量设置为超过1小时备电容量，第二电池组容量设置为10分钟备电容量。

根据本实用新型另一个较佳实施例，所述基于户用和UPS的混合供电系统还包括一汇流箱，所述汇流箱分别连接光伏电源和光储逆变器。

为了更好地说明本实用新型技术效果，本实用新型进一步提供一种基于户用和UPS的混合供电方法，包括如下步骤：

获取用户电网状态数据、第一电池组荷电状态数据、第二电池组荷电状态数据，其中所述第一电池组容量大于所述第二电池组；

获取光伏电源输入数据；

获取负载输出数据；

根据获取的第一和第二电池组荷电状态数据对第一和第二电池组充放电；根据获取的第一和第二电池组荷电状态数据、光伏电源输入数据、用户电网状态数据、负载输出数据对负载进行供电或对电源进行切换。

进一步的，所述电网状态数据包括电压、电流和电价，在电池模式下，若获取光伏电源数据为零，且第一电池组和第二电池组为荷电不足状态，则由用户电网对负载供电，同时对第一电池组和第二电池组充电。

进一步的，设定光伏输入阈值，若光伏电源输入数据大于所述阈值，则将光伏电源连接负载并对负载独立供电。

进一步的，若光伏电源输入数据大于所述阈值，第一和第二电池组均为荷电充足状态，且用户电网存在，则所述光伏电源将输入用户电网，用于对外输出电能，实现经济效益。

进一步的，若光伏电源输入数据大于所述阈值，第一电池组和/或第二电池组为荷电不足状态，则所述光伏电源对第一电池组和/或第二电池组充电。

进一步的，若光伏电源输入数据小于所述阈值，则光伏电源结合所述第一电池组、第二电池组和用户电网对负载供电或下电。

进一步的，若光伏电源输入数据小于所述阈值，且第一和/或第二电池组为荷电不足状态，且用户电网状态为有电状态，则所述光伏电源和用户电网对负载供电，并对所述第一和/或第二电池组充电。

进一步的，若光伏电源输入数据小于所述阈值，且第一电池组为荷电充足状态，且第二电池组为荷电不足状态，则所述第一电池组和光伏电源对负载供电，并同时对所述第二电池组充电。

进一步的，若光伏电源输入数据小于所述阈值，若第一电池组为荷电不足状态，并且第二电池组为荷电充足状态，用户电网状态为无电状态，则所述第二电池组对负载供电，并且所述光伏电源对所述第一电池组充电。

进一步的，若光伏电源输入数据小于所述阈值，若第一电池组为荷电不足状态，并且第二电池组为荷电充足状态，用户电网状态为有电状态，则所述用户电网将对负载供电，并对所述第一电池组充电。

进一步的，若光伏电源输入数据小于所述阈值，若第一和第二电池组均为荷电不足状态，用户电网状态为无电状态，则执行下电操作。

根据本实用新型另一个较佳实施例，获取用户电网峰值电价和谷值电价数据，当电网处于峰值电价时段，切换电源至第一电池组和/或光伏电源供电，当电网处于谷值电价时段，则切换电源至用户电网。

进一步的，当电源切换时，所述第二电池组连接负载，用于平滑切换电源类型。

附图说明

图1显示的是现有技术方案电连接示意图。

图2显示的是另一个现有技术方案电连接示意图。

图3显示的是本实用新型基于户用和UPS的混合供电系统连接示意图。

图4显示的是本实用新型基于户用和UPS的混合供电系统光储逆变器和UPS模块的电连接示意图。

图5显示的是基于户用和UPS的混合供电方法一种流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

请将图1、图2和图3对比，本实用新型提供了一种基于户用和UPS的混合供电系统，所述系统包括UPS模块，光伏电源、光储逆变器、第一电池组和第二电池组，其中所述第一电池组为大容量电池组，第二电池组为小容量电池组，所述第一电池组容量根据负载功率可设置为超过1小时备电容量，所述第二电池组容量可设置为10分钟备电容量。需要说明的是，第一电池组和第二电池组的容量根据实际的负载功率和应用场景设置。其中光储逆变器分别连接所述第一电池组、光伏电源、UPS模块和用户电网，用于控制光伏电源、第一电池组和用户电网对外接设备的供电逻辑。需要说明的是，光伏电源作为清洁廉价的供电能源优先对外部负载输出，所述光伏电源来源于光伏阵列，其输出电压通常无法直接适配电池组电压，因此所述光储逆变器包括至少一DCDC电源模块，用于将输入的光伏电源电压转化为可用的电压，比如电池电压48V。

进一步地，请参考图4显示的本实用新型光储逆变器和UPS模块的内部电路连接示意图，所述光伏电源连接所述光储逆变器内部的DCDC电源模块。DCDC 电源模块将书输入的直流光伏电源电压转换为适配电压后直接输出至第一电池组为其充电；也可通过ACDC/DCAC电源模块逆变为交变电源馈网；还可通过DCAC 电源模块转化为交变电源连接光储逆变器的总输出端口，总输出端口连接所述 UPS模块的输入端口，通过UPS模块内的ACDC电源给第二电池组充电，并最终在UPS的输出端口对外部负载供电。

值得一提的是，所述用户电网连接所述光储逆变器中的ACDC/DCAC电源模块，ACDC/DCAC电源模块连接所述第一电池组。通过ACDC/DCAC电源模块将交变电源整流为直流电，对第一电池组充电。同时，用户电网通过光储逆变器的总输出端口，连接所述UPS模块输入端口，通过UPS模块内的ACDC电源模块给第二电池组充电，并最终在UPS的输出端口对外部负载供电。

进一步地，所述第一电池组连接所述光储逆变器中的DCAC电源模块，通过 DCAC电源模块将第一电池组的直流电逆变为交变电源，输出到光储逆变器总输出口，通过UPS模块，直接对负载输出的交变电流，借此完成第一电池组对外负载的供电路径。

进一步地，所述光伏电源优先对外部负载供电，当其中一个电池组电压较低，且光伏充足时，可实现供电补充的技术效果。

需要说明的是，上述DCDC电源模块、DCAC电源模块、ACDC/DCAC电源模块中端口皆为逻辑端口，通过包括但不仅限于PLC等逻辑控制器实现输入输出、断路通路的转换，也就是说，当所述第一和/或第二电池组处于电荷不足的状态时，所述用户电网通过所述光储逆变器中的ACDC/DCAC电源模块将用户电网中的交变电流转化为直流电对第一电池组进行充电，或者当光伏电源输出充足时，光伏电源可通过DC/DC电源模块对第一电池组充电，以完成备电操作。

所述UPS模块内部设有一DCAC电源模块和ACDC电源模块，所述第二电池组分别连接UPS模块内的DCAC电源模块和ACDC电源模块，并且UPS模块输入端直接连接负载。若所述光储逆变器在执行切换电源类型操作时，第二电池组直接对负载进行短时间的供电，使得光储逆变器切换电源时，负载用电可平滑过渡度，避免造成电压断档，当切换后的电压处于稳定状态时，第二电池组将不再对外界负载供电，可直接由切换的电源类型对外部负载供电，借此，第二电池组只需要小容量电池组即可完成上述平滑过渡的操作。

当所述第二电池组电荷不足时，可通过所述光伏电源、所述用户电网或所述第一电池组中至少一个电源对所述第二电池组进行充电，比如第一电池组直接经过光储逆变器内部DCAC电源模块逆变后，经过光储逆变器总输出端口输入 UPS模块内部的ACDC模块整流，向第二电池组供电；或用户电网电源从光储逆变器输出端口输入到UPS模块内部ACDC电源模块，将交流电转换为直流电以对第二电池组充电；或光伏电源经过光储逆变器内的DCDC电源模块稳压，并经过光储逆变器内的DCAC电源模块转化为交流电，进一步通过光储逆变器总输出端口输入UPS模块内的ACDC电源模块，将交变电流转换为直流电后对所述第二电池组充电。

为了更好地说明本实用新型的技术内容和技术效果，本实用新型进一步提供一种基于户用和UPS的混合供电方法，请参考图5，包括如下步骤：

获取用户电网状态数据、第一电池组荷电状态数据、第二电池组荷电状态数据，其中所述第一电池组容量大于所述第二电池组；

获取光伏电源输入数据；

获取负载输出数据；

根据获取的第一和第二电池组荷电状态数据对第一和第二电池组充放电；

根据第一和第二电池组荷电状态数据、光伏电源输入数据、用户电网状态数据、负载输出数据对负载进行供电或对电源进行切换

其中用户电网状态数据包括电压、电流大小和对应时段的电价数据，第一电池组和第二电池组内部分别设有BMS控制模块，电压、电流传感器以及对应的采样线束，BMS控制模块通过传感器获取电池状态数据以计算第一和第二电池组的荷电状态SOC，通过设定荷电状态阈值用于判断第一和第二电池组是否处于荷电不足状态。举例来说，设定荷电状态阈值为60％，当计算获取的第一和第二电池组荷电状态数值小于所述荷电阈值时，则判定为荷电不足，用户电网或光伏电源将执行对第一和/或第二电池组的充电操作。

设定光伏阈值，光伏阈值为光伏电源输入阈值，为系统根据负载功率自行判断。比如此时负载最大输出功率为0.5KW，而光伏电源输入功率为1KWP，去除功率因素后，光伏电源的输入功率还超过负载的输出功率，则判断光伏输入充足。

需要说明的是，为了节约能源，无论光伏电源是否充足，本发明将光伏电源作为直接电源或补充电源对外部负载输出。

具体地，当光伏电源输入数据大于光伏阈值，并且电网处于有电状态，第一电池组和第二电池组均为荷电充足状态，则光伏电源对外部负载输出，此时系统将不再引入用户电网，光伏电源额外能量输入电网用于馈网供电，从而可以赚取额外电价。

在光伏电源输入充足状态下，若第一和/或第二电池组处于荷电不足状态，则所述光伏电源对所述第一和/或第二电池组充电，由于第一电池组是大容量电池组，因此可存储较大的备电电能，从而可有效地降低光伏电源的电能流失，提高清洁廉价电能的利用率。

当光伏电源输入小于所述光伏阈值时，判断第一电池组荷电状态，若第一电池组荷电充足，则光伏电源和第一电池组共同对第二电池组和/或外部负载输出，此时将不再引入用户电网。

当光伏电源输入小于所述光伏阈值时，判断第一电池组荷电状态，若第一电池组荷电不足，判断用户电网状态数据，若用户电网处于有电状态，则光伏电源和用户电网同时执行对负载的电能输出，并且光伏电源和用户电网同时对所述第一和/或第二电池组充电。若用户电网为无电状态，判断第二电池组的荷电状态，若第二电池组荷电充足，则第二电池组对外部负载供电若第二电池组处于荷电不足状态，所述系统执行下电操作。

进一步，所述基于户用和UPS的混合供电系统在获取每一时段的电价数据后根据负载需求、第一电池组状态和第二电池组状态，分别采用光伏电源或用户电网电源对负载、第一电池组和第二电池组进行充放电设计。举例来说若第二电池组处于荷电不足状态，并且电价数据处于峰值，则自动选择光伏电源和/或第一电池组对第二电池组进行充电，并同时对外部负载。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器 (CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本实用新型各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型，本实用新型的目的已经完整并有效地实现，本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (6)

1.一种基于户用和UPS的混合供电系统，其特征在于，包括：

光伏电源；

光储逆变器；

UPS模块；

第一电池组；

第二电池组；

所述光储逆变器分别连接所述光伏电源、第一电池组、USP模块连接和用户电网，光储逆变器用于控制所述光伏电源、第一电池组、用户电网和UPS模块的供电逻辑；

所述第二电池组容量小于所述第一电池组，所述第二电池组连接所述UPS模块，用于平滑切换电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于户用和UPS的混合供电系统，其特征在于，所述光储逆变器输入端连接光伏电源，所述光储逆变器中设有DCDC电源模块，ACDC/DCAC电源模块和DCAC电源模块，用于控制光储逆变器输入和输出电压。

3.根据权利要求2所述的一种基于户用和UPS的混合供电系统，其特征在于，所述光储逆变器输出端连接UPS模块的输入端，UPS模块输出端连接负载，所述第二电池组分别连接UPS模块中ACDC电源模块和DCAC电源模块。

4.根据权利要求2所述的一种基于户用和UPS的混合供电系统，其特征在于，所述第一电池组连接光储逆变器中的ACDC电源模块的，并且光储逆变器中的ACDC模块连接用户电网。

5.根据权利要求1所述的一种基于户用和UPS的混合供电系统，其特征在于，根据负载功率，所述第一电池组容量设置为超过1小时备电容量,第二电池组容量设置为10分钟备电容量。

6.根据权利要求1所述的一种基于户用和UPS的混合供电系统，其特征在于，所述基于户用和UPS的混合供电系统还包括一汇流箱，所述汇流箱分别连接光伏电源和光储逆变器。

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