CN217956773U - 一种避免空调停机的交流储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于配电系统技术领域，涉及一种避免空调停机的交流储能系统，包括与电网总线连接的配电模块、与所述配电模块交流连接的储能部分和与所述配电模块交流连接的通信电源，所述通信电源通过两根直流母线连接的直流负荷设备，所述配电模块在于所述通信电源独立的支路上交流连接一空调，两根所述直流母线之间连接有蓄电池。本系统在现有储能系统的基础上增加空调启动功能，不仅利用通信电源和蓄电池保持了空调启动时直流负荷设备的正常供电，还保证了电网停电条件下，通信基站内环境温湿度的调节，保持了通信基站的正常工作，且降低配备的储能逆变器功率，降低了设备成本。

Description

一种避免空调停机的交流储能系统

技术领域

本实用新型涉及配电系统技术领域，特别涉及一种避免空调停机的交流储能系统。

背景技术

通信基站一般都是采用远程职守的方式，没有人在现场操作。但通信基站难免会面临电网交流电停电的情况，所以往往会采用储能系统，配备电池作为后备电源，给直流负荷设备供电。在维修工人到来前，就能够避免电网断电带来的不能持续工作的麻烦。虽然以往的储能系统能够延迟断电给通信基站带来的停工问题，但是这里还会涉及到另一个隐患，这就是由于通信基站内电子设备持续工作带来的温湿度调节问题。

如果通信基站内部发热量大而产生高温情况，会影响设备正常运行，如果通信基站内部环境潮湿可能引起电子器件腐蚀击穿，影响设备使用可靠性。所以为了应对内部和外部环境与气候所引起多种问题，通信基站内会安装空调。直流储能系统能够反向供应的是直流电，但是通信基站内采用的空调一般是交流设备，其启动比维持正常工作还需要一个比较大的电流。当通信基站交流断电时，空调就会停止工作，无法对环境温度、湿度进行调节，而直流储能系统又无法提供一个较大的启动电流，那么即使维持通信基站电子设备工作，空调也依旧得不到重启，最终还会因温湿度问题而导致电子设备损坏。

以往解决基站空调备电的问题，常规的方案是配备柴油发电机或者UPS。但是这两种方式应用中各自存在一些缺陷：

如果将柴油发电机作为交流备电，需要是带自启动功能的。另外在配电上需要加与正常市电输入回路互锁的装置，以确保当市电恢复时，不会因为两个交流源的相位不一致问题造成设备的损坏。所以结构更加复杂，易损点更多。柴油发电机还需要定期做维护，人力成本比较高。

如果采用UPS作为备用电源，具备自动切换的功能，当市电恢复时也不会存在因为两个交流源的相位不一致问题造成设备的损坏。因为不同厂家和不同型号的基站空调的启动电流时不一样的。特别冬天辅热装置启动时，启动电流需求比较大，所以需要配置功率比较大的UPS。UPS备电模式下工作时消耗的是其电池里的电。越大功率的UPS，需要的电池越多，这也意味着体积越大。

因此我们改进了储能系统，解决停电时空调无法启动造成直流负荷设备发热无法控制的隐患。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种避免空调停机的交流储能系统，既保证了停电时直流负荷设备的持续工作，也保证了空调能够再次启动，避免直流负荷设备因发热造成的温湿度问题而损坏。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种避免空调停机的交流储能系统，包括与电网总线连接的配电模块、与所述配电模块交流连接的储能部分和与所述配电模块交流连接的通信电源，所述通信电源通过两根直流母线连接的直流负荷设备，所述配电模块在于所述通信电源独立的支路上交流连接一空调，两根所述直流母线之间连接有蓄电池。

具体的，所述储能部分包括交流连接于所述配电模块上的储能逆变器以及连接于所述储能逆变器另一端的电池管理模块，所述电网总线上设有一个用来检测市电异常以切换所述储能逆变器供电和备电两种工作模式的智能电表。

进一步的，所述电网总线上设有第一输入开关，所述配电模块与所述储能部分之间设有第二输入开关，所述配电模块到所述通信电源之间设有第三输入开关，所述配电模块与所述空调之间设有第四输入开关，所述配电模块独立控制所述第一输入开关、所述第二输入开关、所述第三输入开关和所述第四输入开关的开闭。

本实用新型技术方案的有益效果是：

本系统在现有储能系统的基础上增加空调启动功能，不仅利用通信电源和蓄电池保持了空调启动时直流负荷设备的正常供电，还保证了电网停电条件下，通信基站内环境温湿度的调节，保持了通信基站的正常工作，且降低配备的储能逆变器功率，降低了设备成本。

附图说明

图1为实施例避免空调停机的交流储能系统的连接关系图。

图中标注表示：

1-电网总线，2-第一输入开关，3-智能电表，4-配电模块，5-储能逆变器，6-电池管理模块，7-第二输入开关，8-第三输入开关，9-通信电源，10-直流母线，11-直流负荷设备，12-第四输入开关，13-空调，14-蓄电池。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，本实用新型的一种避免空调停机的交流储能系统，包括与电网总线1连接的配电模块4、与配电模块4交流连接的储能部分(包括储能逆变器5和电池管理模块6)和与配电模块4交流连接的通信电源9，通信电源9通过两根直流母线10连接的直流负荷设备11，两根直流母线10之间连接有蓄电池14，配电模块4还交流连接一空调13。当电网总线1输入端出现断电情况时，配电模块4会切断对通信电源9的供电，让储能部分增大往空调13的支路的交流电供应。由于正常工作时蓄电池14内会储存电力，所以就算通信电源9不输出直流电，蓄电池14仍然能够维持一端时间对直流负荷设备11的正常供电；在空调13启动完毕后，空调13的功率需求降低，配电模块4就能够再次接通通信电源9，储能部分再向通信电源9正常送电。整个过程中，直流负荷设备11的电力不会停止，空调13即使停机也能重新启动。主回路的通信电源9支路和空调13支路分开的设计，在空调13降频启动时避免通信电源9的降频启动带来的冲击电流叠加，确保系统完成降频启动过程。所以本系统在现有储能系统的基础上增加空调13启动功能，不仅利用通信电源9和蓄电池14保持了空调13启动时直流负荷设备11的正常供电，还保证了电网停电条件下，通信基站内环境温湿度的调节，保持了通信基站的正常工作。

空调13的关键部件是压缩机，空调13启动电流比工作电流大的原因就是压缩机在启动时电流比正常工作时大。由对异步电动机的电磁分析可知，三相异步电机的启动初瞬等值电路，三相感应电动机每相的启动电流I_s与全部的启动转矩T_s，从等效电路算出为：

公式3:φ＝E₁/(4.44f₁N₁)≈U₁/(4.44f₁N₁)。

其中：T_s为启动转矩，ω_s为同步角速率，U₁为定子电源电压，R₁为定子电阻，X₁定子电抗，R₂’为转子换算至定子的等效电阻，X₂’为转子换算至的等效电抗，φ为旋转磁场每极磁通，E₁为定子线圈电动势，f₁为定子电源频率，N₁为定子线圈匝数。转子电阻为R₂，因为公式1和2是以电动机换算到定子等效电路计算，所以转子电阻写成R₂’，R₂’＝a² R₂，a为定子绕组与转子绕组的匝数比。

根据公式1，降低启动电流I_s的可行办法，有降低电源电压U₁与增加转子电阻R₂两种方式。若再考虑启动转矩的影响，从公式2发现降低电源电压U₁的方法，虽然可以降低启动电流I_s，但启动转矩T_s也降低了，要维持U₁ ²/ω_s比例不变的话，可以保持启动转矩不变。比如将U₁降为额定电压的一半，则启动电流降为原来的一半，同时为了保证启动转矩，需要将电源频率改为原来的1/4。经过实际测试，离网额定功能为10kW(最大输出电流有效值为30A)的储能逆变器5可以带5匹的空调13制热启动(经测试，接电网情况下启动电流峰值约100A)，在启动完成后可再带通信电源9带1.5kW负荷运行。所以新的系统能有效降低空调13启动电流的离网模式启动方式，即降频启动方式，有效降低空调13启动电流冲击。

根据电动机电动势与储能逆变器5离网运行时可以同时控制交流输出电压和频率值的原理，针对基站空调13启动的问题，本储能系统除了在电路设计上把通信电源9和空调13分别接在两个支路上，在启动阶段增加特定的合入与断开时序外，还在储能逆变器5离网控制策略里增加针对性的变频降压启动，来达到降低空调13的启动电流，从而降低配备的储能逆变器5功率，降低设备成本。

如图1所示，储能部分包括交流连接于配电模块4上的储能逆变器5以及连接于储能逆变器5另一端的电池管理模块6，电网总线1上设有一个用来检测市电异常以切换储能逆变器5供电和备电两种工作模式的智能电表3。具体的工作情况如下：

1)市电正常时：直流负荷设备11还由通信电源9供电；储能逆变器5通过与智能电表3通讯，自行判断当前基站负载是否超需量，自动控制电池充放电的状态及功率，从而实现需量管理功能；在此基础上在允许的情况下储能系统自行判断电价高低情况执行削峰填谷模式。

2)市电异常时：智能电表3若检测到市电异常，储能逆变器5会切换到备电模式，保证通讯电源9和空调13工作。按照本发明中提到的控制方法，在切离网后，触发降压变频启动条件后，将输出电压降为额定电压的一半，然后按照控制方法进行控制。

如图1所示，电网总线1上设有第一输入开关2，配电模块4与储能部分之间设有第二输入开关7，配电模块4到所述通信电源9之间设有第三输入开关8，配电模块4与空调13之间设有第四输入开关12，配电模块4独立控制第一输入开关2、第二输入开关7、第三输入开关8和第四输入开关12的开闭。当智能电表3发现市电异常时，通知储能逆变器5切换到离网运行模式，从原先的控制交流输出电流改为控制交流输出电压和频率，同时通知配电模块4断开第一输入开关2和第三输入开关8，闭合第二输入开关7和第四输入开关12。然后储能逆变器5自动进入变频降压启动状态，即控制输出电压为U₀,控制逆变器输出频率为f₀＝＝f_NU₀ ²/U_N ²，(式中U_N为储能逆变器5离网额定输出电压，f_N为额定输出频率)，然后慢慢恢复到正常频率值。整个过程中，储能逆变器5的输出电压U＝U₀+kt，其中U₀为初始电压，k为增加比例系数，t为调整间隔时间。储能逆变器5输出频率恢复到额定频率值并稳定一段时间，确保储能逆变器5离网输出电压和频率已经稳定，配电模块4再将第三输入开关8闭合，给通信电源9供电，备电启动过程完成。当市电恢复正常时，智能电表3会通知储能逆变器5进入并网运行，配电模块4控制第一输入开关2闭合，系统恢复至并网运行状态。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种避免空调停机的交流储能系统，包括与电网总线连接的配电模块、与所述配电模块交流连接的储能部分和与所述配电模块交流连接的通信电源，所述通信电源通过两根直流母线连接的直流负荷设备，其特征在于：所述配电模块在于所述通信电源独立的支路上交流连接一空调，两根所述直流母线之间连接有蓄电池。

2.根据权利要求1所述的避免空调停机的交流储能系统，其特征在于：所述储能部分包括交流连接于所述配电模块上的储能逆变器以及连接于所述储能逆变器另一端的电池管理模块，所述电网总线上设有一个用来切换所述储能逆变器工作模式的智能电表。

3.根据权利要求2所述的避免空调停机的交流储能系统，其特征在于：所述电网总线上设有第一输入开关，所述配电模块与所述储能部分之间设有第二输入开关，所述配电模块到所述通信电源之间设有第三输入开关，所述配电模块与所述空调之间设有第四输入开关，所述配电模块独立控制所述第一输入开关、所述第二输入开关、所述第三输入开关和所述第四输入开关的开闭。

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