CN220964339U - 微电网储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微电网储能系统，属于储能技术领域。该系统包括：储能电池单元；第一储能变流器，第一储能变流器的直流侧与储能电池单元电连接，第一储能变流器的交流侧用于连接电网，储能电池单元通过电网进行充电；第二储能变流器，第二储能变流器的直流侧与储能电池单元电连接，第二储能变流器的交流侧用于连接用电负载，储能电池单元为用电负载供电；其中，微电网储能系统处于并网逆变模式的情况下，第一储能变流器工作；微电网储能系统处于离网逆变模式的情况下，第二储能变流器工作。该系统可以减少系统内储能变流器转换模式的通讯延迟时间和模式转换时间，保证用电负载的不间断运行，提高系统运行稳定性。

Description

微电网储能系统

技术领域

本申请属于储能技术领域，尤其涉及一种微电网储能系统。

背景技术

微电网又称智能微电网，是指由分布式电源、储能单元、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置组合而成的小型发配用电系统。对于有重要负载运行的用户(例如，医院、工厂等)，微电网储能系统可以作为备用电源，以保证重要负载供电持续性。

现有的微电网储能系统，在电网正常时，储能系统处于并网运行模式，可以给电池等储能单元充电；在电网断开时，储能系统处于离网运行模式，电池等储能电源为给重要负载供电。并网运行模式变为离网运行模式时，储能系统中的储能变流器(Power ConversionSystem，PCS)由充电模式转换为放电模式，模式转换过程会产生不可避免的通讯延迟时间和模式转换时间，可能导致重要负载短时间断电，无法保证重要负载的不间断运行。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种微电网储能系统，可以减少储能变流器转换模式的通讯延迟时间和模式转换时间，保证用电负载的不间断运行，提高系统运行稳定性。

第一方面，本申请提供了一种微电网储能系统，包括：

储能电池单元；

第一储能变流器，所述第一储能变流器的直流侧与所述储能电池单元电连接，所述第一储能变流器的交流侧用于连接电网，所述储能电池单元通过所述电网进行充电；

第二储能变流器，所述第二储能变流器的直流侧与所述储能电池单元电连接，所述第二储能变流器的交流侧用于连接用电负载，所述储能电池单元为所述用电负载供电；

其中，所述微电网储能系统处于并网逆变模式的情况下，所述第一储能变流器工作；所述微电网储能系统处于离网逆变模式的情况下，所述第二储能变流器工作。

根据本申请的微电网储能系统，通过将储能电池单元分别与第一储能变流器和第二储能变流器的直流侧电连接，由第一储能变流器并入电网，第二储能变流器与用电负载电连接，可以优化微网系统拓扑，减少电池占地与资源占比，第一储能变流器仅工作在并网逆变模式下，第二储能变流器仅工作在离网逆变模式下，可以减少系统内储能变流器转换模式的通讯延迟时间和模式转换时间，保证用电负载的不间断运行，提高系统运行稳定性。

根据本申请的一个实施例，还包括：

电池管理系统，所述电池管理系统与所述储能电池单元通信连接；

能量管理系统，所述能量管理系统与所述电池管理系统、所述第一储能变流器以及所述第二储能变流器通信连接，所述能量管理系统还用于控制所述第一储能变流器和所述第二储能变流器的工作状态。

根据本申请的一个实施例，还包括：

第一开关器件和第二开关器件，所述能量管理系统与所述第一开关器件和所述第二开关器件通信连接，所述第一开关器件设置于所述电网和所述用电负载之间，所述第二开关器件设置于所述第二储能变流器和所述用电负载之间，所述能量管理系统用于控制所述第一开关器件和所述第二开关器件的通断状态。

根据本申请的一个实施例，所述第一开关器件和所述第二开关器件互锁设置。

根据本申请的一个实施例，所述第一开关器件和所述第二开关器件为接触器。

根据本申请的一个实施例，所述电池管理系统包括第一交流供电接口和第一直流供电接口，所述能量管理系统包括第二交流供电接口和第二直流供电接口。

根据本申请的一个实施例，还包括：

直流电源模块，所述直流电源模块的输入端与所述储能电池单元连接，所述直流电源模块的输出端与所述第一直流供电接口和所述第二直流供电接口连接。

根据本申请的一个实施例，还包括：

开关电源，所述开关电源的输入端与所述电网连接，所述开关电源的输出端与所述第一交流供电接口和所述第二交流供电接口连接。

根据本申请的一个实施例，还包括：

第一变压器，所述第一变压器连接于所述电网和所述第一储能变流器之间。

根据本申请的一个实施例，还包括：

第二变压器，所述第二变压器连接于所述用电负载和所述第二储能变流器之间。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的微电网储能系统的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的微电网储能系统的结构示意图之二；

图3是本申请实施例提供的微电网储能系统的结构示意图之三。

附图标记：

储能电池单元110，电池管理系统120，能量管理系统130，直流电源模块140，开关电源150，第一变压器160，第二变压器170，

第一储能变流器210，第二储能变流器220，第一开关器件310，第二开关器件320，

电网400，用电负载500。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考图1-图3描述根据本申请实施例的微电网储能系统。

如图1所示，微电网储能系统可以包括储能电池单元110、第一储能变流器210和第二储能变流器220。

第一储能变流器210的直流侧与储能电池单元110电连接，第一储能变流器210的交流侧用于连接电网400，储能电池单元110通过电网400进行充电；第二储能变流器220的直流侧与储能电池单元110电连接，第二储能变流器220的交流侧用于连接用电负载500，储能电池单元110为用电负载500供电。

在该实施例中，储能电池单元110分别与第一储能变流器210和第二储能变流器220的直流侧电连接，通过第一储能变流器210并入电网400，通过第二储能变流器220与用电负载500电连接。

其中，微电网储能系统处于并网逆变模式的情况下，第一储能变流器210工作；微电网储能系统处于离网逆变模式的情况下，第二储能变流器220工作。

需要说明的是，当微电网储能系统与电网400的连接正常，电网400可以正常供电时，微电网储能系统处于并网逆变模式，用电负载500的供电来源于电网400，此时，第一储能变流器210工作，第二储能变流器220不工作，第二储能变流器220可以处于待机工作模式。

在实际执行中，第一储能变流器210作为与电网400电连接的储能变流器，可以包括恒功率充电、恒压充电、停机和待机等工作模式。

并网逆变模式下给储能电池单元110充电时，第一储能变流器210可以先通过恒功率充电工作模式给储能电池单元110充电，随着储能电池单元110的荷电状态(State ofCharge，SOC)逐渐增大，当储能电池单元110处于充电末期时，第一储能变流器210可以转换为恒压充电工作模式。

当微电网储能系统与电网400的连接断开，电网400无法供电时，微电网储能系统处于离网逆变模式，需要使用储能电池单元110存储的电能给用电负载500供电，此时，第二储能变流器220工作，第一储能变流器210不工作，即第一储能变流器210可以处于停机或待机工作模式。

在该实施例中，第一储能变流器210仅工作在并网逆变模式下，第二储能变流器220仅工作在离网逆变模式下，从离网切换至并网时，直接使用第一储能变流器210，从并网切换至离网时，直接使用第二储能变流器220，可以减少单一储能变流器转换模式的通讯延迟时间和模式转换时间，保证重要的用电负载500的不间断运行，提高系统运行稳定性。

根据本申请实施例提供的微电网储能系统，通过将储能电池单元110分别与第一储能变流器210和第二储能变流器220的直流侧电连接，由第一储能变流器210并入电网400，第二储能变流器220与用电负载500电连接，可以优化微网系统拓扑，减少电池占地与资源占比，第一储能变流器210仅工作在并网逆变模式下，第二储能变流器220仅工作在离网逆变模式下，可以减少系统内储能变流器转换模式的通讯延迟时间和模式转换时间，保证用电负载500的不间断运行，提高系统运行稳定性。

在一些实施例中，微电网储能系统还可以包括：电池管理系统120和能量管理系统130，电池管理系统120与储能电池单元110通信连接。

电池管理系统120(Battery Management System，BMS)可以通过传感器对电池的电压、电流、温度进行实时检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算SOC、放电功率，报告电池健康状态(SOH)和电池荷电状态(SOC)状态，还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率。

能量管理系统130(Energy Management System，EMS)基于数据采集、分析和决策支持技术，能够实时监测能源设备的运行状态、能源消耗情况以及环境条件，从而实现对微电网储能系统的高效管理和优化。

在该实施例中，能量管理系统130与电池管理系统120、第一储能变流器210以及第二储能变流器220通信连接，能量管理系统130还用于控制第一储能变流器210和第二储能变流器220的工作状态。

如图3所示，能量管理系统130与电池管理系统120、第一储能变流器210以及第二储能变流器220通信连接，由能量管理系统130协调控制微电网储能系统的运行。

微电网储能系统处于并网逆变模式，能量管理系统130通过电池管理系统120反馈的信息下发控制指令给第一储能变流器210，通过第一储能变流器210给储能电池单元110充电，充电功率和充电电流需要小于或等于电池管理系统120反馈的相关限值。

在实际执行中，当第一储能变流器210处于故障状态时，能量管理系统130按照一定的时间间隔(例如，5min)下发复位指令给第一储能变流器210，确保第一储能变流器210恢复无故障时，尽快启动。

微电网储能系统处于离网逆变模式，能量管理系统130控制第二储能变流器220给用电负载500供电，能量管理系统130可以实时监控电网400和电池管理系统120的状态，快速反应，做出离网并网切换或控制第一储能变流器210充电等动作。

在一些实施例中，微电网储能系统还可以包括：第一开关器件310和第二开关器件320。

在该实施例中，能量管理系统130与第一开关器件310和第二开关器件320通信连接，第一开关器件310设置于电网400和用电负载500之间，第二开关器件320设置于第二储能变流器220和用电负载500之间，能量管理系统130用于控制第一开关器件310和第二开关器件320的通断状态。

其中，第一开关器件310处于闭合状态时，第一储能变流器210可以给储能电池单元110充电，此时第二储能变流器220处于待机状态。

第二开关器件320处于闭合状态时，用电负载500的电源来源于储能电池单元110，第二储能变流器220在离网逆变模式下给用电负载500供电，第一储能变流器210处于待机或关机状态。

在该实施例中，能量管理系统130控制第一开关器件310和第二开关器件320的通断状态，并控制第一储能变流器210和第二储能变流器220的工作状态，对微电网储能系统进行管理。

当电网400供电正常时，能量管理系统130可以控制第一开关器件310处于闭合状态，第二开关器件320处于断开状态，用电负载500的电源来源于电网400，同时，能量管理系统130可以控制第一储能变流器210可以为储能电池单元110充电，第二储能变流器220处于待机状态。

当电网400无法供电时，能量管理系统130可以控制第一开关器件310处于断开状态，第二开关器件320处于闭合状态，用电负载500的电源来源于储能电池单元110，同时，能量管理系统130可以控制第二储能变流器220给用电负载500供电，第一储能变流器210处于待机状态。

在一些实施例中，第一开关器件310和第二开关器件320互锁设置。

在该实施例中，同一时刻微电网储能系统中第一开关器件310和第二开关器件320只能有一个处于闭合状态，通过第一开关器件310和第二开关器件320互锁设置，可以提高微电网储能系统并网逆变模式和离网逆变模式切换的安全性。

在一些实施例中，第一开关器件310和第二开关器件320为接触器。

其中，接触器是一种可快速切断交流与直流回路且可频繁地接通与关断大电流控制电路的装置。

在该实施例中，第一开关器件310和第二开关器件320选用接触器，便于快速响应能量管理系统130的指令，切换开关器件的通断状态，实现并网逆变模式和离网逆变模式切换。

在一些实施例中，电池管理系统120包括第一交流供电接口和第一直流供电接口，能量管理系统130包括第二交流供电接口和第二直流供电接口。

在该实施例中，电池管理系统120和能量管理系统130都具有直流交流两个供电接口，既可以使用交流电，也可以使用直流电，双供电方案可以保证在离网或储能电池单元110故障时，电池管理系统120和能量管理系统130可以正常启动，防止在电网400断电或储能电池单元110故障情况下，无法对微电网储能系统进行控制，提高微电网储能系统的稳定性。

在实际执行中，电池管理系统120和能量管理系统130可以都采用交流220V和直流24V的双供电方案，即第一交流供电接口和第二交流供电接口输入的电压大小为220V，第一直流供电接口和第二直流供电接口输入的电压大小为24V。

在一些实施例中，微电网储能系统还可以包括：直流电源模块140。

在该实施例中，直流电源模块140的输入端与储能电池单元110连接，直流电源模块140的输出端与第一直流供电接口和第二直流供电接口连接。

直流电源模块140可以为DC/DC模块，是在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。

在实际执行中，直流电源模块140提供的24V直流电来源于储能电池单元110，通过第一直流供电接口和第二直流供电接口，为电池管理系统120和能量管理系统130供电。

在一些实施例中，微电网储能系统还可以包括：开关电源150。

开关电源150，又称开关模式电源(Switch Mode Power Supply，SMPS)，其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。

开关电源150的输入大多是交流电源(例如市电)或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，开关电源150进行两者之间电压及电流的转换。

在该实施例中，开关电源150的输入端与电网400连接，开关电源150的输出端与第一交流供电接口和第二交流供电接口连接。

在实际执行中，可以选用400V转220V的开关电源150，从电网400取电，转换出220V直流电，通过第一交流供电接口和第二交流供电接口，为电池管理系统120和能量管理系统130供电。

如图2所示，开关电源150的输入端与电网400连接，开关电源150的输出端分别与电池管理系统120和能量管理系统130电连接，直流电源模块140的输入端与储能电池单元110连接，直流电源模块140的输出端分别与电池管理系统120和能量管理系统130电连接，通过双供电方案提高微电网储能系统的稳定性。

在一些实施例中，微电网储能系统还可以包括：第一变压器160。

在该实施例中，第一变压器160连接于电网400和第一储能变流器210之间，第一储能变流器210通过第一变压器160并网，第一变压器160起到隔离变压的作用。

在一些实施例中，微电网储能系统还可以包括：第二变压器170。

在该实施例中，第二变压器170连接于用电负载500和第二储能变流器220之间，第二储能变流器220通过第二变压器170与用电负载500电连接，第二变压器170起到隔离变压的作用。

下面介绍一个具体的实施例。

如图1所示，微电网储能系统中，储能电池单元110分别与第一储能变流器210和第二储能变流器220的直流侧电连接，第一储能变流器210通过第一变压器160并网，第二储能变流器220通过第二变压器170与用电负载500电连接。

其中，第一储能变流器210仅工作在并网逆变模式下，第二储能变流器220仅工作在离网逆变模式下。

在该实施例中，第一开关器件310安装于电网400与用电负载500之间，第二开关器件320安装于第二储能变流器220和第二变压器170之间，第一开关器件310和第二开关器件320互锁设置。

如图2所示，开关电源150的输入端与电网400连接，开关电源150的输出端分别与电池管理系统120和能量管理系统130电连接，直流电源模块140的输入端与储能电池单元110连接，直流电源模块140的输出端分别与电池管理系统120和能量管理系统130电连接，通过双供电方案提高微电网储能系统的稳定性。

如图3所示，能量管理系统130与第一储能变流器210、第二储能变流器220、电池管理系统120、第一开关器件310和第二开关器件320通信连接。

当电网400正常时，第一开关器件310处于闭合状态，第二开关器件320处于断开状态，用电负载500的电源来源于电网400，同时，第一储能变流器210工作在并网逆变模式给电池充电，第二储能变流器220处于待机状态。

当电网400故障时，第二开关器件320处于闭合状态，第一开关器件310处于断开状态，用电负载500的电源来源于储能电池单元110，同时，第二储能变流器220工作在离网逆变模式下给用电负载500供电，第一储能变流器210处于待机或关机状态。

在该实施例中，通过在微电网储能系统中设置两个储能变流器，减少单一储能变流器模式转换时间和通讯延迟时间，提高负载供电的可靠性，通过双供电方案，提高储能系统稳定性。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种微电网储能系统，其特征在于，包括：

储能电池单元；

第一储能变流器，所述第一储能变流器的直流侧与所述储能电池单元电连接，所述第一储能变流器的交流侧用于连接电网，所述储能电池单元通过所述电网进行充电；

第二储能变流器，所述第二储能变流器的直流侧与所述储能电池单元电连接，所述第二储能变流器的交流侧用于连接用电负载，所述储能电池单元为所述用电负载供电；

其中，所述微电网储能系统处于并网逆变模式的情况下，所述第一储能变流器工作；所述微电网储能系统处于离网逆变模式的情况下，所述第二储能变流器工作。

2.根据权利要求1所述的微电网储能系统，其特征在于，还包括：

电池管理系统，所述电池管理系统与所述储能电池单元通信连接；

能量管理系统，所述能量管理系统与所述电池管理系统、所述第一储能变流器以及所述第二储能变流器通信连接，所述能量管理系统还用于控制所述第一储能变流器和所述第二储能变流器的工作状态。

3.根据权利要求2所述的微电网储能系统，其特征在于，还包括：

第一开关器件和第二开关器件，所述能量管理系统与所述第一开关器件和所述第二开关器件通信连接，所述第一开关器件设置于所述电网和所述用电负载之间，所述第二开关器件设置于所述第二储能变流器和所述用电负载之间，所述能量管理系统用于控制所述第一开关器件和所述第二开关器件的通断状态。

4.根据权利要求3所述的微电网储能系统，其特征在于，所述第一开关器件和所述第二开关器件互锁设置。

5.根据权利要求3所述的微电网储能系统，其特征在于，所述第一开关器件和所述第二开关器件为接触器。

6.根据权利要求2所述的微电网储能系统，其特征在于，所述电池管理系统包括第一交流供电接口和第一直流供电接口，所述能量管理系统包括第二交流供电接口和第二直流供电接口。

7.根据权利要求6所述的微电网储能系统，其特征在于，还包括：

直流电源模块，所述直流电源模块的输入端与所述储能电池单元连接，所述直流电源模块的输出端与所述第一直流供电接口和所述第二直流供电接口连接。

8.根据权利要求6所述的微电网储能系统，其特征在于，还包括：

开关电源，所述开关电源的输入端与所述电网连接，所述开关电源的输出端与所述第一交流供电接口和所述第二交流供电接口连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的微电网储能系统，其特征在于，还包括：

第一变压器，所述第一变压器连接于所述电网和所述第一储能变流器之间。

10.根据权利要求1-8任一项所述的微电网储能系统，其特征在于，还包括：

第二变压器，所述第二变压器连接于所述用电负载和所述第二储能变流器之间。