CN106451513A - 一种混合式ups储能***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合式UPS储能***及其方法,包括PCC开关、储能***、UPS 变流器、电容器组、能量管理***与重要敏感负荷和本地其他负荷构成,PCC开关一端与交流大电网连接,PCC开关另一端通过交流母线与UPS变流器的输入端连接;电容器组并联在UPS变流器的直流母线环节上;所述储能***包括储能电池和储能变流器,储能电池通过储能变流器连接在交流母线充电或放电,所述储能变流器负责对PCC开关进行断开与闭合;能量管理***对***中的储能电池、储能变流器、UPS 变流器以及交流大电网进行数据采集与监测,通过能量管理***对储能***与UPS 变流器间的协调控制,既能保证本地敏感负荷的不间断供电,又能实现储能的电网服务功能。
Description
技术领域
本发明涉及储能领域,具体地说是一种混合式UPS储能***及其方法。
背景技术
传统的不间断电源(UPS,Uninterruptible Power System/UninterruptiblePower Supply)是将蓄电池(多为铅酸电池)与逆变主机相连接,通过逆变主机中的电力电子电路将直流电转换成市电的***设备。主要用于给医院、数据中心等场地的重要敏感负荷提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS将市电稳压后供给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还给蓄电池充电;当市电中断(事故停电)时,UPS立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向负载不间断供应。
由上可见,单纯的UPS供电***功能单一,不具备参与电网服务功能,如削峰填谷、电网支撑及***扩容等。另外UPS铅酸储能电池每隔3年就需要更换还需要定期巡检,导致***运维成本过高。
随着电力体制改革的推进及售配电市场的放开,储能***应用越来越多,其经济性越来越好,针对医院、数据中心等场合一方面需要保证重要敏感负荷高可靠不间断供电,另一方面随着负荷的增加,需要电网增容,此时储能***将是非常好的选择,不但可以解决增容,延缓电网改造,还可以结合需求侧响应进行削峰填谷获取收益。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术缺陷,提供一种混合式UPS储能***及其方法,解决单纯的UPS供电***功能单一,不具备参与电网服务功能,如不具备削峰填谷、电网支撑及***扩容等的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种混合式UPS储能***,包括PCC开关、储能***、UPS 变流器、电容器组、能量管理***与重要敏感负荷和本地其他负荷构成,所述PCC开关一端与交流大电网连接,所述PCC开关另一端通过交流母线与UPS变流器的输入端连接;所述电容器组并联在UPS变流器的直流母线环节上;所述储能***包括储能电池和储能变流器,所述储能电池通过储能变流器连接在交流母线充电或放电,所述储能变流器负责对PCC开关进行断开与闭合;所述能量管理***对***中的储能电池、储能变流器、UPS 变流器以及交流大电网进行数据采集与监测,通过能量管理***对储能***与UPS 变流器间的协调控制,既能保证本地敏感负荷的不间断供电,又能实现储能的电网服务功能。
进一步的,所述储能变流器负责对PCC开关进行断开与闭合,断开与闭合两者之间通过干结点的方式进行DI和DO的状态交互。
进一步的,所述混合式UPS储能***,当电网发生故障时,所述UPS变流器通过自身并联的电容器组直接为重要敏感负荷供电,确保了供电的连续与可靠性;而储能变流器则通过内部的DO干接点信号使PCC开关断开,同时当检测到PCC开关返回真正断开的DI信号后,储能变流器开始转换工作模式,由并网模式改为独立运行模式,为本地一般负荷及UPS变流器供电,而且通过能量管理***的监控,还可优先保证重要敏感负荷的供电。
进一步的,所述混合式UPS储能***,当电网故障恢复时,所述储能变流器收到并网指令后,根据PCC开关两侧电压情况调节输出电压的幅值,相位及频率,当判断开关两侧满足并网要求后,所述储能变流器开始转换工作模式,由独立运行模式改为并网模式,响应能量管理***功率调度;而UPS变流器则直接通过交流母线为重要敏感负荷供电,同时对并网运行过程中出现的电压闪变、波动以及谐波过大电能质量问题进行治理。
进一步的,所述电容器组既可是电解电容,也可是超级电容,其最小配置容量如下:
C>=Kc Ps Ts,式中:
C表示电容器组的容量;
Ps表示重要敏感负荷的最大功率或UPS变流器的最大功率;
Ts表示在电网故障时,所述储能变流器由并网转离网建立起稳定交流母线电压的最大时间。
Kc表示电容器组可利用的有效容量系数,由UPS变流器正常运行时直流环节母线额定电压Udcr与最小电压Udcmin决定如下: Kc=(Udcr- Udcmin)/ Udcr。
进一步的,所述储能电池是锂离子电池、铅碳矾、电池或其他类型的储能介质,其容量设计需要根据负荷及当地峰谷电价时间来决定。
进一步的,所述交流母线上可根据不同的应用场合并入光伏并网发电***。
本发明通过下述另一技术方案实现:
一种混合式UPS储能方法,包括以下步骤:
步骤1,当电网发生故障时,所述UPS变流器通过自身并联的电容器组直接为重要敏感负荷供电,确保了供电的连续与可靠性;而储能变流器则通过内部的DO干接点信号使PCC开关断开,同时当检测到PCC开关返回真正断开的DI信号后,储能变流器开始转换工作模式,由并网模式改为独立运行模式,为本地一般负荷及UPS变流器供电,而且通过能量管理***的监控,还可优先保证重要敏感负荷的供电;
步骤2,当电网故障恢复时,所述储能变流器收到并网指令后,根据PCC开关两侧电压情况调节输出电压的幅值,相位及频率,当判断开关两侧满足并网要求后,所述储能变流器开始转换工作模式,由独立运行模式改为并网模式,响应能量管理***功率调度;而UPS变流器则直接通过交流母线为重要敏感负荷供电,同时对并网运行过程中出现的电压闪变、波动以及谐波过大电能质量问题进行治理。
本发明的有益效果是:
1、本发明去除传统UPS中的铅酸储能电池,用小容量(秒级)的超级电容,通过用电容器组并联在UPS变流器的直流母线环节上,不用再额外配置储能电池;降低了***运维成本;
2、通过储能变流器负责对PCC点开关进行断开与闭合,两者之间通过干结点的方式进行DI和DO的状态交互;两种模式在切换过程中能保证重要敏感负荷的完全不间断供电;
3、本发明混合式UPS储能***包含储能变流器与UPS变流器两种能量变换单元,通过能量管理***对储能***与UPS间的协调控制,既能保证本地敏感负荷的不间断供电,又能实现储能的电网服务功能;
4、储能变流器所接的储能电池,其容量设计根据负荷及当地峰谷电价时间来决定,接受能量管理***EMS的调度策略,实现削峰填谷功能,通过削峰填谷获取收益。
附图说明
图1为本发明一种混合式UPS储能***的原理示意图;
图2为本发明当电网发生故障时并网转离网的控制流程图;
图3为本发明电网发生恢复时离网转并网的控制流程图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质内容,但本发明的内容并不限于此。
实施例1
如图1所示,本发明一种混合式UPS储能***,包括PCC开关、储能***、UPS 变流器、电容器组、能量管理***与重要敏感负荷和本地其他负荷构成。PCC开关一端与交流大电网连接,PCC开关另一端通过交流母线与UPS变流器的输入端连接;电容器组并联在UPS变流器的直流母线环节上;储能***包括储能电池和储能变流器,储能电池通过储能变流器连接在交流母线充电或放电,储能变流器负责对PCC开关进行断开与闭合;断开与闭合两者之间通过干结点的方式进行DI和DO的状态交互。能量管理***对***中的储能电池、储能变流器、UPS 变流器以及交流大电网进行数据采集与监测,通过能量管理***对储能***与UPS 变流器间的协调控制,既能保证本地敏感负荷的不间断供电,又能实现储能的电网服务功能。
混合式UPS储能***通过唯一的公共耦合点(PCC,Point of Common Coupling)接入交流大电网,并网耦合点的开关采用常规的机械开关,并配有电动操作结构与状态返回干结点。储能电池通过储能变流器接入交流母线;UPS变流器的输入端为交流母线的市电,输出端为重要敏感负荷,UPS变流器的中间直流环节并联了电容器组,一般为超级电容器;能量管理***(能量管理***EMS,Energy Management System)对***中各个组成部分进行数据采集与监测,并制定相应的运行策略,实现优化控制。
电容器组既可是电解电容,也可是超级电容,其最小配置容量如下:
C>=Kc Ps Ts,式中:
C表示电容器组的容量;
Ps表示重要敏感负荷的最大功率或UPS变流器的最大功率;
Ts表示在电网故障时,所述储能变流器由并网转离网建立起稳定交流母线电压的最大时间。
Kc表示电容器组可利用的有效容量系数,由UPS变流器正常运行时直流环节母线额定电压Udcr与最小电压Udcmin决定如下: Kc=(Udcr- Udcmin)/ Udcr。
储能变流器所接的储能电池可以是锂离子电池、铅酸(铅碳)、矾电池等多种形式的电力储能电池,其容量设计需要根据负荷及当地峰谷电价时间来决定,一般配置容量较大,为2~8个小时。
***组成及工作原理:
当大电网正常运行时,储能变流器并网运行,可接受能量管理***EMS的调度策略,实现削峰填谷等功能;UPS变流器直接通过交流母线给重要敏感负荷供电,并对并网运行过程中出现的电压闪变、波动、谐波过大等电能质量问题进行治理,输出满足敏感负荷供电要求的电能。
当大电网出现故障,储能变流器独立运行,建立交流母线的电压和频率,给本地一般负荷及UPS变流器供电,能量管理***对各组成部分进行状态监控,当监测到储能电池的电不足时,会切除掉一部分本地一般负荷,优先满足重要敏感负荷的供电。
储能变流器具有独立和并网两种运行模式,两种模式在切换过程中能保证重要敏感负荷的完全不间断供电。
实施例2
如图2-3所示,一种混合式UPS储能方法,包括以下步骤:
如图2所示,当电网发生故障时,UPS变流器通过自身并联的电容器组直接为重要敏感负荷供电,确保了供电的连续与可靠性;而储能变流器则通过内部的DO干接点信号使PCC开关断开,同时当检测到PCC开关返回真正断开的DI信号后,储能变流器开始转换工作模式,由并网模式改为独立运行模式,为本地一般负荷及UPS变流器供电,而且通过能量管理***的监控,还可优先保证重要敏感负荷的供电;
如图3所示,电网故障恢复时,所述储能变流器收到并网指令后,根据PCC开关两侧电压情况调节输出电压的幅值,相位及频率,当判断开关两侧满足并网要求后,所述储能变流器开始转换工作模式,由独立运行模式改为并网模式,响应能量管理***功率调度;而UPS变流器则直接通过交流母线为重要敏感负荷供电,同时对并网运行过程中出现的电压闪变、波动以及谐波过大电能质量问题进行治理。
实施例3
如图1-3所示,在实施例1或2的基础上,根据不同的应用场合,本着因地制宜、科学设计的原则,可在交流母线上并入一些光伏并网发电***,这种或其他延伸的相关应用均在本发明的保护范围内。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种混合式UPS储能***,包括PCC开关、储能***、UPS变流器、电容器组和能量管理***,其特征在于:所述PCC开关一端与交流大电网连接,所述PCC开关另一端通过交流母线与UPS变流器的输入端连接;所述电容器组并联在UPS变流器的直流母线环节上;所述储能***包括储能电池和储能变流器,所述储能电池通过储能变流器连接在交流母线充电或放电,所述储能变流器负责对PCC开关进行断开与闭合;所述能量管理***对***中的储能电池、储能变流器、UPS变流器以及交流大电网进行数据采集与监测,通过能量管理***对储能***与UPS变流器间的协调控制,既能保证本地敏感负荷的不间断供电,又能实现储能的电网服务功能。
2.根据权利要求1所述的一种混合式UPS储能***,其特征在于:所述储能变流器负责对PCC开关进行断开与闭合,断开与闭合两者之间通过干结点的方式进行DI和DO的状态交互。
3.根据权利要求2所述的一种混合式UPS储能***,其特征在于:所述混合式UPS储能***,当电网发生故障时,所述UPS变流器通过自身并联的电容器组直接为重要敏感负荷供电,确保了供电的连续与可靠性;而储能变流器则通过内部的DO干接点信号使PCC开关断开,同时当检测到PCC开关返回真正断开的DI信号后,储能变流器开始转换工作模式,由并网模式改为独立运行模式,为本地一般负荷及UPS变流器供电,而且通过能量管理***的监控,还可优先保证重要敏感负荷的供电。
4.根据权利要求2所述的一种混合式UPS储能***,其特征在于:所述混合式UPS储能***,当电网故障恢复时,所述储能变流器收到并网指令后,根据PCC开关两侧电压情况调节输出电压的幅值,相位及频率,当判断开关两侧满足并网要求后,所述储能变流器开始转换工作模式,由独立运行模式改为并网模式,响应能量管理***功率调度;而UPS变流器则直接通过交流母线为重要敏感负荷供电,同时对并网运行过程中出现的电压闪变、波动以及谐波过大电能质量问题进行治理。
5.根据权利要求1所述的一种混合式UPS储能***,其特征在于:所述电容器组既可是电解电容,也可是超级电容,其最小配置容量如下:
C>=Kc Ps Ts,式中:
C表示电容器组的容量;
Ps表示重要敏感负荷的最大功率或UPS变流器的最大功率;
Ts表示在电网故障时,所述储能变流器由并网转离网建立起稳定交流母线电压的最大时间。
Kc表示电容器组可利用的有效容量系数,由UPS变流器正常运行时直流环节母线额定电压Udcr与最小电压Udcmin决定如下:Kc=(Udcr-Udcmin)/Udcr。
6.根据权利要求1所述的一种混合式UPS储能***,其特征在于:所述储能电池可是锂离子电池、铅碳电池、矾电池或其他类型的储能介质,其容量设计需要根据负荷及当地峰谷电价时间来决定。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种混合式UPS储能***,其特征在于:所述交流母线上可并入光伏并网发电***。
8.一种混合式UPS储能方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,当电网发生故障时,所述UPS变流器通过自身并联的电容器组直接为重要敏感负荷供电,确保了供电的连续与可靠性;而储能变流器则通过内部的DO干接点信号使PCC开关断开,同时当检测到PCC开关返回真正断开的DI信号后,储能变流器开始转换工作模式,由并网模式改为独立运行模式,为本地一般负荷及UPS变流器供电,而且通过能量管理***的监控,还可优先保证重要敏感负荷的供电;
步骤2,当电网故障恢复时,所述储能变流器收到并网指令后,根据PCC开关两侧电压情况调节输出电压的幅值,相位及频率,当判断开关两侧满足并网要求后,所述储能变流器开始转换工作模式,由独立运行模式改为并网模式,响应能量管理***功率调度;而UPS变流器则直接通过交流母线为重要敏感负荷供电,同时对并网运行过程中出现的电压闪变、波动以及谐波过大电能质量问题进行治理。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |