CN219436708U - 一种回馈式储能系统及其远程运维管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回馈式储能系统及其远程运维管理系统，回馈式储能系统包括直流开关电源和储能系统，直流开关电源的交流侧与交流母线连接，直流开关电源的直流侧与直流母线连接；储能系统的每组蓄电池组分两路连接，一路与直流母线连接，另一路与交流母线连接；蓄电池组与直流母线连接的线路上设置有第一开关；蓄电池组与交流母线连接的线路上设置充放电管理装置和第三开关。所述的回馈式储能系统包括两组蓄电池组，两组蓄电池组共用连接线路与交流母线连接，每组蓄电池组与共用的连接线路的连接线上分别设置第四开关。回馈式储能系统远程运维管理系统包括蓄电池内阻温度采集模块。回馈式储能系统核容放电时，其电能返回交流电网。

Description

一种回馈式储能系统及其远程运维管理系统

技术领域

本实用新型属于电气设备与电气工程领域，涉及一种回馈式储能系统远程运维管理系统。

背景技术

储能系统是变电站、电厂、通信基站等直流电源中一种非常重要的二次设备。在交流供电突发停电的情况下，储能系统能够保证厂站内的装置正常工作，对厂站的正常运行起着至关重要的作用。

储能系统由蓄电池组、变流柜及配套相关单元组成，蓄电池组是否存在故障、蓄电池组容量是否满足事故放电时长的要求，是储能系统维护和管理的核心问题，厂站现有直流系统无法自动对蓄电池组进行检测，而传统人工检测方式又伴随着以下诸多限制，导致厂站因直流系统故障带来极大安全隐患：

1、流程繁琐、厂站空间跨度大、人力物力耗费极大；

2、人工操作的失误及安全风险大；

3、核容周期长、信息缺乏实时性；

4、长时间核容过程中，储能系统中蓄电池组的电能转变成热能浪费，无法回收到电网重新利用；

5、人工维护过程中，没有备份机制，维护过程中一旦市电断电将造成重要的二次设备无法正常供电，导致厂站出现重大安全隐患。

发明内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种回馈式储能系统远程运维管理系统，以解决目前人工检测、维护和管理储能系统存在的安全隐患且费时费力、实时性差、核容过程浪费电能的问题。

本实用新型实施例所采用的技术方案是：一种回馈式储能系统，包括：

直流开关电源，直流开关电源的交流侧与交流母线连接，直流开关电源的直流侧与直流母线连接；

储能系统，储能系统包括蓄电池组，每组蓄电池组分两路连接，一路与直流母线连接，另一路与交流母线连接；

其中：

蓄电池组与直流母线连接的线路上设置有第一开关；

蓄电池组与交流母线连接的线路上设置充放电管理装置和第三开关。

进一步的，所述的充放电管理装置包括双向变流模块、第二开关和DSP数字采集与控制电源，其中：

所述的第二开关设置在双向变流模块的直流侧；

所述的第三开关设置在双向变流模块的交流侧；

所述的DSP数字采集与控制电源与双向变流模块连接。

进一步的，所述的充放电管理装置包括多个并连的双向变流模块，每个双向变流模块与蓄电池组连接的线路上均设置第二开关，每个双向变流模块与交流母线连接的线路上均设置第三开关。

进一步的，所述的回馈式储能系统包括两组蓄电池组，两组蓄电池组共用连接线路与交流母线连接，每组蓄电池组与共用的连接线路连接的线路上分别设置有第四开关，且其中一组蓄电池组与直流母线连接的线路上的第一开关两端并联二极管D，二极管D的阴极与直流母线连接；

所述的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均采用远程控制开关，充放电管理装置的DSP数字采集与控制电源与第一开关、第二开关、第三开关和第四开关远程通信连接。

进一步的，所述的双向变流模块包括：

第一双路保护电路，第一双路保护电路的一端与直流电源连接；

LC电路，LC电路的一端与第一双路保护电路的另一端连接；

交流耦合器T1，交流耦合器T1的一端与LC电路的另一端连接；

第二双路保护电路，第二双路保护电路的一端与交流耦合器T1的另一端连接，第二双路保护电路的另一端与交流电网连接；

第一双路保护电路和第二双路保护电路的开关模块的控制端与DSP数字采集与控制电源的输出端连接。

进一步的，所述的第一双路保护电路与直流电源连接的一端并联电容C3；

所述的第二双路保护电路与交流电网连接的一端并联电容C4；

电容C3和电容C4的两端与DSP数字采集与控制电源的输入端连接。

进一步的，所述的第一双路保护电路包括开关模块Q1、Q2、Q3、Q4，其中，开关模块Q1、Q2连接形成一条桥臂，开关模块Q3、Q4连接形成另一条桥臂，这两条桥臂的两端对应与直流电源连接，LC电路12的一侧对应连接在这两条桥臂的两个开关模块的连接线上；

所述的第二双路保护电路包括开关模块Q5、Q6、Q7、Q8，其中，开关模块Q5、Q6连接形成一条桥臂，开关模块Q7、Q8连接形成另一条桥臂，这两条桥臂的两端对应与交流电网连接，交流耦合器T1的一侧对应连接在这两条桥臂的开关模块的连接线上；

所述的DSP数字采集与控制电源与开关模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的控制端连接。

本实用新型实施例所采用的另一技术方案是：一种回馈式储能系统远程运维管理系统，包括如上所述的回馈式储能系统，还包括：

蓄电池内阻温度采集模块，蓄电池内阻温度采集模块设置在回馈式储能系统的蓄电池组上并与充放电管理装置连接；

蓄电池均衡模块，蓄电池均衡模块与回馈式储能系统的蓄电池组的电池单体连接，自动进行蓄电池组内部各电池单体电压的均衡。

进一步的，所述的一种回馈式储能系统远程运维管理系统，还包括：

中央控制器，中央控制器与充放电管理装置通信连接；

电压采集模块，电压采集模块设置在回馈式储能系统的蓄电池组上，且电压采集模块通过总接收模块与中央控制器通信连接。

进一步的，所述的一种回馈式储能系统远程运维管理系统，还包括：

远程运维管理中心服务终端，远程运维管理中心服务终端通过局域网与中央控制器连接。

本实用新型实施例的有益效果是：

1.提供的回馈式储能系统，极大提高了厂站直流系统中储能系统的安全性及可靠性，保证直流电源中非常重要的二次设备在交流供突发电停电的情况下，厂站内的控制信息、保护和自动装置等正常工作，避免出现重大的安全隐患，解决了现有人工维护或半人工维护储能系统存在的安全隐患；

2.提供的回馈式储能系统在核容放电过程中，其电能反馈至交流电网，解决了现有人工维护或半人工维护储能系统的核容过程浪费电能的问题；

3.提供的回馈式储能系统远程运维管理系统，远程进行回馈式储能系统的充放电控制以及电池单体的温度、内阻以及均衡电压的实时监测，解决了目前人工检测、维护和管理储能系统存在费时费力、实时性差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本实用新型实施例的回馈式储能系统的电路原理图。

图2是本实用新型实施例的回馈式储能系统远程运维管理系统的硬件连接图。

图3是本实用新型实施例的回馈式储能系统远程运维管理系统的原理框图。

图4是本实用新型实施例的双向变流模块的电路原理图。

图中，1.双向变流模块，2.储能系统，3.蓄电池内阻温度采集模块，4.中央控制器，5.远程运维管理中心服务终端，6.交流母线，7.直流开关电源，8.直流母线，9.蓄电池组，10.第一双路保护电路，11.第二双路保护电路，12.LC电路，13.第一开关，14.第二开关，15.第三开关，16.第四开关，17.充放电管理装置，18.接线柱，19.总接收模块，20.电压采集模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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。

本实施例提出一种回馈式储能系统，如图1~2所示，包括：

直流开关电源7，直流开关电源7的交流侧与交流母线6连接，直流开关电源7的直流侧与直流母线8连接，将交流电转换为所需的直流电，供负载使用；

储能系统2，储能系统2包括蓄电池组9，每组蓄电池组9分两路连接，一路与直流母线8连接，另一路与交流母线6连接；

其中：

蓄电池组9与直流母线8连接的线路上设置有第一开关13；

蓄电池组9与交流母线6连接的线路上设置有充放电管理装置17和第三开关15；

正常工作模式下，直流开关电源7将外部输入的三相交流电转化成直流电通过直流母线8给厂站中二次直流设备（负载）进行直流供电，同时通过闭合第一开关13，断开充放电管理装置17和第三开关15，给蓄电池组9进行充电，当外部输入的三相交流电突发停电时，蓄电池组9分别通过第一开关13所在线路给直流母线提供稳定可靠的直流电压，保证厂站中二次直流设备（负载）的正常运行。

运维模式下，通过断开第一开关13，并闭合充放电管理装置17和第三开关15，蓄电池组9通过充放电管理装置17实现核容放电及充电。核对放电维护过程中，蓄电池组9中的电能通过充放电管理装置17被转化成三相交流电并网到交流母线6。充电维护过程中，交流母线6通过充放电管理装置17对蓄电池组9充电。维护完成后，通过闭合第一开关13并断开第二开关14和第三开关15，将蓄电池组9正常接入到直流母线8中，恢复正常工作模式。

在一些实施例中，充放电管理装置17包括双向变流模块1、第二开关14和DSP数字采集与控制电源，第二开关14设置在双向变流模块1的直流侧，第三开关15设置在双向变流模块1的交流侧，DSP数字采集与控制电源与双向变流模块1连接，采集双向变流模块1的交流侧和直流侧电压，并控制双向变流模块1工作。

在一些实施例中，所述的第一开关13、第二开关14、第三开关15和第四开关16均采用远程控制开关，充放电管理装置17的DSP数字采集与控制电源与第一开关13、第二开关14、第三开关15和第四开关16远程通信连接，通过控制第一开关13、第二开关14、第三开关15和第四开关16的断开/闭合，进行自动充放电管理和放电过程电能并网回收。

在一些实施例中，所述的充放电管理装置17包括多个并连的双向变流模块1，每个双向变流模块1与蓄电池组9连接的线路上均设置第二开关14，每个双向变流模块1与交流母线6连接的线路上均设置第三开关15。运维模式下，依据蓄电池组9的容量需求和功率需求，控制第二开关14、第三开关15的闭合数量，进而控制参与核容放电及充电的双向变流模块1的数量，以通过多个并机的双向变流模块1实现核容放电及充电，来满足蓄电池组9的维护容量和功率需求。

在一些实施例中，所述的回馈式储能系统包括两组蓄电池组9，为了防止厂站维护过程中三相交流母线突发断电，运维过程中采用分组对蓄电池组9进行维护，两组蓄电池组9共用连接线路与交流母线6连接，每组蓄电池组9与共用的连接线路连接的线路上分别设置有第四开关16，且其中一组蓄电池组9与直流母线8连接的线路上的第一开关13两端并联二极管D，二极管D的阴极与直流母线8连接。利用二极管D的直流单相导通，防止逆流在两组蓄电池组9之间形成回路，一旦市电故障或直流开关电源7故障后，打开第一开关13保证蓄电池组9能正常为直流负载提供直流供电。对第I组蓄电池组9进行运维时，断开第I组蓄电池组9对应的第一开关13，并闭合第二开关14、第三开关15和第I组蓄电池组9对应的第四开关16，蓄电池组9与交流母线6连接，通过双向变流模块1实现核容放电及充电；第II组蓄电池组9与直流母线8连接，作为突发断电时的备用电源。对第I组蓄电池组9运维结束后，闭合其对应的第一开关13、断开第二开关14、第三开关15和该蓄电池组9对应的第四开关16，将该蓄电池组9正常接入到直流母线8中，恢复正常工作模式。同时，断开第II组蓄电池组9对应的第一开关13，并闭合第二开关14、第三开关15和第II组蓄电池组9对应的第四开关16，使第II组蓄电池组9与交流母线6连接，通过双向变流模块1实现核容放电及充电。同样，第II组蓄电池组9运维结束后，闭合其第一开关13、断开第二开关14、第三开关15和第II组蓄电池组9对应的第四开关16，将该第II组蓄电池组9正常接入到直流母线8中，恢复正常工作模式。

在一些实施例中，所述的第一开关13采用常闭直流接触器，所述的第二开关14和第四开关16采用常开直流接触器，第三开关15采用交流接触器。

在一些实施例中，所述的第一开关13集成在蓄电池组9与直流母线8连接的接线柱18上。

在一些实施例中，如图4所示，所述的双向变流模块1包括：

第一双路保护电路10，第一双路保护电路10的一端与直流电源连接；

LC电路12，LC电路12的一端与第一双路保护电路10的另一端连接；

交流耦合器T1，交流耦合器T1的一端与LC电路12的另一端连接；

第二双路保护电路11，第二双路保护电路11的一端与交流耦合器T1的另一端连接，第二双路保护电路11的另一端与交流电网连接；

所述的第一双路保护电路10与直流电源连接的一端并联电容C3，防止直流电源的纹波对LC电路12进行耦合，导致频率偏移；

在一些实施例中，所述的第二双路保护电路11与交流电网连接的一端并联电容C4，电容C4主要用于稳定并网的交流电压；

充放电管理装置17的DSP数字采集与控制电源的输入端分别与电容C3以及电容C4两端连接，实时采集C3和C4两端的直流电压和电网电压，DSP数字采集与控制电源的输出端与第一双路保护电路10和第二双路保护电路11的开关模块的控制端连接，依据双向变流模块1的工作状态（整流/逆变）决定第一双路保护电路10和第二双路保护电路11的开关模块的断开/闭合。

在一些实施例中，如图4所示，所述的第一双路保护电路10包括开关模块Q1、Q2、Q3、Q4，其中，开关模块Q1、Q2连接形成一条桥臂，开关模块Q3、Q4连接形成另一条桥臂，两条桥臂的两端对应与直流电源连接，LC电路12的一侧对应连接在这两条桥臂的两个开关模块的连接线（即开关模块Q1、Q2的连接线以及开关模块Q3、Q4的连接线）上，DSP数字采集与控制电源的输出端与开关模块Q1、Q2、Q3、Q4的控制端连接，第一双路保护电路10通过DSP数字采集与控制电源控制开关模块Q1、Q2、Q3、Q4的闭合状态，调整电容C3两端的电压稳定性，对电容C3两端的电压进行补偿。

在一些实施例中，如图1所示，所述的第二双路保护电路11包括开关模块Q5、Q6、Q7、Q8，其中，开关模块Q5、Q6连接形成一条桥臂，开关模块Q7、Q8连接形成另一条桥臂，两条桥臂的两端对应与交流电网连接，交流耦合器T1的一侧对应连接在这两条桥臂的开关模块的连接线上（即开关模块Q5、Q6的连接线以及开关模块Q7、Q8的连接线），DSP数字采集与控制电源的输出端与开关模块Q5、Q6、Q7、Q8的控制端连接，第二双路保护电路11通过DSP数字采集与控制电源控制开关模块Q5、Q6、Q7、Q8的闭合状态，调整电容C4两端的电压稳定性，对电容C4两端的电压进行补偿。

在一些实施例中，如图1所示，LC电路12包括电容C1、电容C2、电感L1和电感L2，电容C1一端与第一双路保护电路10的开关模块Q1、Q2的连接线连接，电容C1另一端连接电感L1，电感L1另一端分两路连接，一路与电感L2一端连接，另一路与电容C2一端连接，电感L2和电容C2的另一端对应与交流耦合器T1的一侧连接。

本实用新型实施例的双向变流模块1，具备双路端电压补偿和保护功能，自适应AC/DC双向电压变换，会自动检测源端和目标端电压源工作电压情况来决定变流方向，无需人工进行控制和配置；相对传统半桥和全桥整流/逆变器，具有体积小、可靠性高、成本低等优势；双向变流负载响应时间小于100毫秒；交流耦合器T1使电容C3和电容C4即两个源端进行高频隔离，保证双向变流的安全性；相较于传统变流器效率高出8%以上。

实施例2

本实施例提供一种回馈式储能系统远程运维管理系统，如图3~4所示，包括：

蓄电池内阻温度采集模块3，蓄电池内阻温度采集模块3设置在回馈式储能系统的蓄电池组9上并与充放电管理装置17连接，蓄电池内阻温度采集模块3实时监测蓄电池组9各单体的内阻及工作温度，并将采集到蓄电池内阻或温度实时发送给充放电管理装置17，充放电管理装置17根据内置的充放电管理策略降低充放电电流，保障蓄电池组9的整组性能最优性及长时续航能力；

蓄电池均衡模块，蓄电池均衡模块与回馈式储能系统的蓄电池组9的电池单体连接，自动进行蓄电池组9内部各单体电压的均衡，以保障蓄电池组整组电特性，防止蓄电池组性能快速衰减。

在一些实施例中，所述的一种回馈式储能系统远程运维管理系统，还包括：

中央控制器4，中央控制器4与充放电管理装置17通信连接，如果蓄电池内阻温度采集模块3持续采集到内阻或温度异常，充放电管理装置17关闭蓄电池充放电并将实时数据发送给中央控制器4，中央控制器4会报警告知维护人员；

电压采集模块20，电压采集模块20设置在回馈式储能系统的蓄电池组9上，且电压采集模块20通过总接收模块19与中央控制器4通信连接，蓄电池组9均衡后的单体电压通过电压采集模块20发送给中央控制器4。

在一些实施例中，所述的一种回馈式储能系统远程运维管理系统，还包括：

远程运维管理中心服务终端5，远程运维管理中心服务终端5通过局域网（如满足TCP/IP协议的以太网）与中央控制器4连接，用于获取回馈式储能系统中蓄电池组9的自动运维管理数据，也可依据应用要求向双向变流模块1发送人为的维护要求，双向变流模块1可按需求的工作参数对储能系统进行充放电维护与管理。

通过本实施例产品在用户现场的应用，本实施例的产品与传统维护方式比较具备一下优势：

1.相比传统维护方式，维护费用降低80%以上；

2.本实施例采用信息化技术手段，在线实时远程运维管理，无需人员现场操作，远程即可实现回馈式储能系统运维及管理工作，极大提高了维护效率，安全性和可靠性高；

3. 本实施例采用自主研制的双向变流器模块对储能系统进行充放电管理，而且储能系统放电过程中的电能回馈到电网，整个维护过程，安全可靠，环保；

4.本实施例系统部署简单，对操作人员无需专业技能，极大降低储能系统运维对人员素质的依赖，极大了厂站储能系统综合运维管理效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种回馈式储能系统，其特征在于，包括：

直流开关电源（7），直流开关电源（7）的交流侧与交流母线（6）连接，直流开关电源（7）的直流侧与直流母线（8）连接；

储能系统（2），储能系统（2）包括蓄电池组（9），每组蓄电池组（9）分两路连接，一路与直流母线（8）连接，另一路与交流母线（6）连接；

其中：

蓄电池组（9）与直流母线（8）连接的线路上设置有第一开关（13）；

蓄电池组（9）与交流母线（6）连接的线路上设置充放电管理装置（17）和第三开关（15）。

2.根据权利要求1所述的一种回馈式储能系统，其特征在于，所述的充放电管理装置（17）包括双向变流模块（1）、第二开关（14）和DSP数字采集与控制电源，其中：

所述的第二开关（14）设置在双向变流模块（1）的直流侧；

所述的第三开关（15）设置在双向变流模块（1）的交流侧；

所述的DSP数字采集与控制电源与双向变流模块（1）连接。

3.根据权利要求2所述的一种回馈式储能系统，其特征在于，所述的充放电管理装置（17）包括多个并连的双向变流模块（1），每个双向变流模块（1）与蓄电池组（9）连接的线路上均设置第二开关（14），每个双向变流模块（1）与交流母线（6）连接的线路上均设置第三开关（15）。

4.根据权利要求2所述的一种回馈式储能系统，其特征在于，所述的回馈式储能系统包括两组蓄电池组（9），两组蓄电池组（9）共用连接线路与交流母线（6）连接，每组蓄电池组（9）与共用的连接线路连接的线路上分别设置有第四开关（16），且其中一组蓄电池组（9）与直流母线（8）连接的线路上的第一开关（13）两端并联二极管D，二极管D的阴极与直流母线（8）连接；

所述的第一开关（13）、第二开关（14）、第三开关（15）和第四开关（16）均采用远程控制开关，充放电管理装置（17）的DSP数字采集与控制电源与第一开关（13）、第二开关（14）、第三开关（15）和第四开关（16）远程通信连接。

5.根据权利要求2~4任一项所述的一种回馈式储能系统，其特征在于，所述的双向变流模块（1）包括：

第一双路保护电路（10），第一双路保护电路（10）的一端与直流电源连接；

LC电路（12），LC电路（12）的一端与第一双路保护电路（10）的另一端连接；

交流耦合器T1，交流耦合器T1的一端与LC电路（12）的另一端连接；

第二双路保护电路（11），第二双路保护电路（11）的一端与交流耦合器T1的另一端连接，第二双路保护电路（11）的另一端与交流电网连接；

第一双路保护电路（10）和第二双路保护电路（11）的开关模块的控制端与DSP数字采集与控制电源的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种回馈式储能系统，其特征在于，所述的第一双路保护电路（10）与直流电源连接的一端并联电容C3；

所述的第二双路保护电路（11）与交流电网连接的一端并联电容C4；

电容C3和电容C4的两端与DSP数字采集与控制电源的输入端连接。

7.根据权利要求5所述的一种回馈式储能系统，其特征在于，所述的第一双路保护电路（10）包括开关模块Q1、Q2、Q3、Q4，其中，开关模块Q1、Q2连接形成一条桥臂，开关模块Q3、Q4连接形成另一条桥臂，这两条桥臂的两端对应与直流电源连接，LC电路12的一侧对应连接在这两条桥臂的两个开关模块的连接线上；

所述的第二双路保护电路（11）包括开关模块Q5、Q6、Q7、Q8，其中，开关模块Q5、Q6连接形成一条桥臂，开关模块Q7、Q8连接形成另一条桥臂，这两条桥臂的两端对应与交流电网连接，交流耦合器T1的一侧对应连接在这两条桥臂的开关模块的连接线上；

所述的DSP数字采集与控制电源与开关模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的控制端连接。

8.一种回馈式储能系统远程运维管理系统，其特征在于，包括如权利要求1~4任一项、6或7所述的回馈式储能系统，还包括：

蓄电池内阻温度采集模块（3），蓄电池内阻温度采集模块（3）设置在回馈式储能系统的蓄电池组（9）上并与充放电管理装置（17）连接；

蓄电池均衡模块，蓄电池均衡模块与回馈式储能系统的蓄电池组（9）的电池单体连接，自动进行蓄电池组（9）内部各电池单体电压的均衡。

9.根据权利要求8所述的一种回馈式储能系统远程运维管理系统，其特征在于，还包括：

中央控制器（4），中央控制器（4）与充放电管理装置（17）通信连接；

电压采集模块（20），电压采集模块（20）设置在回馈式储能系统的蓄电池组（9）上，且电压采集模块（20）通过总接收模块（19）与中央控制器（4）通信连接。

10.根据权利要求8所述的一种回馈式储能系统远程运维管理系统，其特征在于，还包括：

远程运维管理中心服务终端（5），远程运维管理中心服务终端（5）通过局域网与中央控制器（4）连接。