CN106981917A - 一种组合式直流供电*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合式直流供电***，属于供电技术领域；***包括一个供电单元以及多个用电单元，供电单元通过一直流母线分别与每个用电单元连接，每个用电单元之间彼此并联。每个用电单元中包括多个用电设备、充放电模块、转换模块、并联模块以及监控模块。上述技术方案的有益效果是：能够解决目前用电峰谷差、减少并合理利用配电容量和分布式发电电源的高效应用等问题，达到高效稳定、节能环保的效果。

Description

一种组合式直流供电***

技术领域

本发明涉及供电技术领域，尤其涉及一种组合式直流供电***。

背景技术

现有的输配电网普遍存在的一个问题是严重用电的“峰谷差”，甚至有些情况下峰谷比会达到4倍以上。现有的用于解决用电终端中峰谷差严重问题的技术手段是在配电端加大配电容量来解决。但是随着环境能源问题的日趋严重以及环境不断恶化等问题，单纯加大配电容量越来越不符合现有节能环保的政策，会造成极大的投资浪费、能源浪费以及能源损耗。

并且，外部的分布式电源若要接入输配电网，必须通过逆变才能接入用户终端，而逆变器逆变产生的能源损耗同样不可忽视，并且逆变成50Hz工频交流电的转换效率普遍较低。

综上，现有技术中并未找到一种高效、节能、稳定并且易于实现的供电方式解决峰谷差严重的问题。

发明内容

根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种组合式直流供电***的技术方案，旨在解决目前用电峰谷差、减少并合理利用配电容量和分布式发电电源的高效应用等问题，达到高效稳定、节能环保的效果。

上述技术方案具体包括：

一种组合式直流供电***，其中，包括一个供电单元以及多个用电单元，所述供电单元通过一直流母线分别与每个所述用电单元连接，每个所述用电单元之间彼此并联；

每个所述用电单元中分别包括：

充放电模块，连接所述直流母线，用于从所述直流母线中获取电能源；

转换模块，连接所述充放电模块，并分别连接所述用电单元中的各用电设备，用于将所述充放电模块于所述直流母线获取的电能源进行转换，以供给各所述用电设备工作所用的电能；

并联模块，连接所述充放电模块，所述用电单元通过所述并联模块以并联的方式接入所述组合式直流供电***的直流母线中；

监控模块，分别连接所述充放电模块和所述并联模块，并且通过一通信总线连接至所述供电单元，用于采集所述用电单元中的用电状态信息并输出；

所述组合式直流供电***中还包括一控制单元，连接至所述通信总线，用于通过所述通信总线获取每个所述用电单元中的所述监控模块采集并输出的所述用电状态信息，以对每个所述用电单元进行监控；

所述控制单元还用于将用于控制所述用电单元的控制信号通过所述监控模块传递至各所述用电单元，以控制各所述用电单元工作。

优选的，该组合式直流供电***，其中，每个所述用电单元中还包括：

蓄电池，通过所述充放电模块以及所述并联模块接入所述组合式直流供电***的所述直流母线中；

当所述用电单元的用电功率小于所述直流母线的配电容量，且所述用电功率与所述配电容量之间的差值不小于一预设阈值时，所述直流母线通过所述充放电模块提供所述用电单元正常工作所需电能的同时，所述充放电模块向所述蓄电池执行充电操作；以及

当所述用电功率不小于所述配电容量时，所述蓄电池通过所述充放电模块执行放电操作，以对所述用电单元进行补充供电。

优选的，该组合式直流供电***，其中，所述预设阈值为所述配电容量的20％。

优选的，该组合式直流供电***，其中，每个所述用电单元中还包括：

分布式电源输入接口，连接所述充放电模块，用于提供外部的分布式电源接入所述用电单元并供电。

优选的，该组合式直流供电***，其中，所述转换模块包括：

第一转换模块，用于将所述直流母线中的直流电源转换成所述用电设备正常工作所需的直流电源并供给所述用电设备；和/或

第二转换模块，用于将所述直流母线中的直流电源转换成所述用电设备正常工作所需的交流电源并供给所述用电设备。

优选的，该组合式直流供电***，其中，所述控制单元还通过一远程通信单元连接至外部的远程监控单元，用于向所述远程监控单元提供远程监控服务。

优选的，该组合式直流供电***，其中，所述供电单元连接外部的供电输入源，以对所述用电单元提供工作所需的电能源；

所述供电输入源包括：

市电输入源；和/或

光伏电能输入源；和/或

风电输入源；和/或

蓄电池储能输入源。

优选的，该组合式直流供电***，其中，每个所述用电单元中还包括：

开关模块，连接所述并联模块，用于控制所述并联模块的通断；

当所述组合式直流供电***采用集中计费的工作方式时，所述开关模块控制所述并联模块开启，各所述用电单元中的各所述用电设备分别通过所述直流母线获得工作所需的所述电能源；以及

当所述组合式直流供电***采用单独计费的工作方式时，所述开关模块控制所述并联模块关闭，各所述用电单元中的各所述用电设备分别通过所述蓄电池获得工作所需的所述电能源。

上述技术方案的有益效果是：提供一种组合式直流供电***，能够解决目前用电峰谷差、减少并合理利用配电容量和分布式发电电源的高效应用等问题，达到高效稳定、节能环保的效果。

附图说明

图1是本发明的较佳的实施例中，一种组合式直流供电***的总体结构示意图；

图2是本发明的较佳的实施例中，采用本发明中组合式直流供电***的电力消耗功率变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种组合式直流供电***，该***的结构具体如图1所示，包括一个供电单元A以及多个用电单元B，供电单元A通过一直流母线C分别与每个用电单元B连接，因此每个用电单元B之间彼此并联；

进一步地，每个用电单元B中分别包括：

充放电模块B1，连接直流母线C，用于从直流母线C中获取电能源；

转换模块B2，连接充放电模块B1，并分别连接用电单元B中的各用电设备B3，用于将充放电模块B1于直流母线C所获取的或蓄电池B6放电所提供的电能源进行转换，以供给各用电设备B3工作所用的电能；

并联模块B4，连接充放电模块B1，用电单元B通过并联模块B4以并联的方式接入组合式直流供电***的直流母线C中；

监控模块B5，分别连接充放电模块B1和并联模块B4，并且通过一通信总线D连接至供电单元A，用于采集用电单元B中的用电状态信息并输出；

组合式直流供电***中还包括一控制单元E，连接至通信总线D，用于通过通信总线D获取每个用电单元B中的通信模块B5采集并输出的用电状态信息，以对每个用电单元B进行监控。

上述控制单元E还将用于控制用电单元B的控制信号通过监控模块B5传递至各用电单元B，以控制各用电单元B工作。具体地，上述控制信号可以为电流信号、电压信号或者脉宽调制(PWM)信号，以及其他数字化(即数码)控制信号。

具体地，本实施例中，上述供电单元A通过直流母线C提供给每个用电单元B正常工作所需的直流电能。对于每个用电单元B而言，其并联在直流母线C上，并且通过充放电模块B1获取直流母线C的电能源，通过转换模块B2转换后输送至各用电设备B3工作。

本实施例中，上述组合式直流供电***中的每个用电单元B中还可以包括一监控模块B5，该监控模块B5通过一通信总线D连接至供电单元A，以通过该通信总线D采集对应的用电单元B中的用电状态信息并输出。具体地，上述用电状态信息可以为用电设备B3的当前功率，用电单元B的当前总功率以及其他有关于用电单元B/用电设备B3的用电状态信息。

本实施例中，上述监控模块B5还通过通信总线D连接至一外部的控制单元E，并且将采集到的用电状态信息通过通信总线D发送至控制单元E，以实现用电单元B的用电状态监控。

本实施例中，相应地，上述监控模块B5还将上述控制单元E产生的用于控制各用电单元B工作的控制信号传递至各用电单元B中，以控制各用电单元B的工作状态，例如控制各用电单元B中的各用电设备B3的开启或关闭，控制各用电单元B中的各用电设备B3进入峰电或者谷电运行模式等。

图1中仅示出一个用电单元B中的具体结构，其余用电单元B的结构略同，不再一一示出。

图1中在一个用电单元B内仅示出两个用电设备B3，在实际使用时一个用电单元B内可能包括多个用电设备B3，在此不再赘述。

则相应地，图1中仅示出一个转换模块B2，则在实际使用时可以在一个用电单元B内设置多个转换模块B2。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，每个用电单元B中还包括：

蓄电池B6，通过充放电模块B1以及并联模块B4接入组合式直流供电***的直流母线C中；

当用电单元B的用电功率小于供电单元A的配电容量，且用电功率与配电容量之间的差值不小于一预设阈值时，直流母线C通过充放电模块B1提供用电单元B正常工作所需电能的同时，充放电模块B1向蓄电池B6执行充电操作；以及

当用电功率不小于配电容量时，蓄电池B6通过充放电模块B1执行放电操作，以对用电单元B进行补充供电。

具体地，本实施例中，上述蓄电池B6的其中一个作用为帮助直流母线C向用电设备B3补充供电，即当供电单元A供电充足时，直流母线C可以独立向用电设备B3供电，当供电单元A供电不充足时，直流母线C在供电单元A供电的同时由蓄电池B6补充供电。

进一步地，所谓供电单元A供电充足，是指用电单元B的用电功率小于供电单元A的配电容量，且其中的差值不小于一预设阈值。具体地，该预设阈值可以为配电容量的20％，即用电单元B的用电功率小于供电单元A的配电容量的80％时，认为此时供电单元A供电充足，充放电模块B1向蓄电池B6执行充电操作。

所谓供电单元A供电不足，是指用电单元B的用电功率不小于供电单元A的配电容量，此时充放电模块B1向蓄电池B6执行放电操作，从而可以释放蓄电池B6中储存的电能来补充对用电单元B中的各用电设备B3的供电。

具体地，将上述配电容量和用电功率之间的用电余量设置为80％(即上述用电功率小于配电容量的80％)，能够确保充电电流以及防止用电功率与配电容量预设阀值的临界点处变动造成蓄电池B6频繁充放电而缩短蓄电池的使用寿命。

进一步地，可以在对蓄电池B6充电开始时将充电时间延时1小时，以防止在预设阀值的临界点变动造成不断频繁多次充电而缩短蓄电池B6的使用寿命。

本发明的较佳的实施例中，上述用电单元B中还可以包括：

开关模块(图中未示出)，连接并联模块B4，用于控制并联模块B4的通断；

当组合式直流供电***采用集中计费的工作方式时，开关模块控制并联模块B4开启，在供电单元A供电不足时，蓄电池B6向直流母线C补充供电，各用电单元B中的各用电设备B3分别通过直流母线C获得工作所需的电能源；以及

当组合式直流供电***采用单独计费的工作方式时，开关模块控制并联模块B4关闭(或直接省略此两模块)，在供电单元A供电不足时，各用电单元B中的各用电设备B3分别通过本地蓄电池B6获得工作所需的电能源。

本实施例中，上述蓄电池B6的另一个作用在于，当独立计费时提供给用电单元B独立的供电。

具体地，组合式直流供电***具有供电单元A供电不足时的两种工作方式：若工作方式为集中计费，则开关模块控制并联模块B4连通，此时蓄电池B6向直流母线补充供电，用电单元B通过直流母线C获取电能源。

若工作方式为单独计费，则开关模块控制并联模块B4断开(或直接省略此两模块)，此时用电单元B通过本地蓄电池B6独立供电。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述每个用电单元B中还包括：

分布式电源输入接口B7，连接充放电模块B1，用于提供外部的分布式发电电源接入用电单元B并供电。上述分布式电源输入接口B7便于各用电单元B就近接入分布式发电电源，可加大补充电能源的供应量和减少线路传输损耗。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述转换模块B2进一步包括：

第一转换模块B21，用于将直流母线C中的直流电源转换成用电设备B3正常工作所需的直流电源并供给用电设备B3，即上述第一转换模块B21可以为DC/DC转换模块。

第二转换模块B22，用于将直流母线C中的直流电源转换成用电设备B3正常工作所需的交流电源并供给用电设备B3，即上述第二转换模块B22可以为DC/AC转换模块。

本实施例中，一个转换模块B2中可以同时包括第一转换模块B21和第二转换模块B22，也可以仅包括第一转换模块B21和第二转换模块B22之中的一个，具体视该转换模块B2所连接的用电设备的工作电源类型而定。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述控制单元E还通过一远程通信单元F连接至外部的远程监控单元G，用于向远程监控单元G提供远程监控服务。

具体地，本实施例中，在上述控制单元E内部可以预先进行用电状态信息的预处理，例如进行数据筛选以及数据统计等处理，随后将经过处理的数据显示在上述控制单元E和远程监控单元G的显示屏上。则最终显示在控制单元E和远程监控单元G的显示屏上的用电状态信息可以采用数据表格的方式呈现，也可以采用其他易于使用者观察和理解的方式呈现。

本实施例中，上述远程通信单元F可以为有线通讯单元或者无线通信单元，也可以为移动网络通信单元或者采用其他适宜的远程通信方式实现的通信单元。

本发明的较佳的实施例中，仍然如图1所示，上述供电单元A连接外部的供电输入源，以对用电单元提供工作所需的电能源；

上述供电输入源可以包括下文中的一种或几种：

市电输入源；

光伏电能输入源；

风电输入源；

蓄电池储能输入源；以及

其他合适的电能输入源。

本发明技术方案中，通过采用高功率因数、高转换效率的集中直流供电模式有效解决了目前用电设备或电器开关电源的功率因数及效率偏低以及配电容量平衡和损耗等问题，有效减少配电投资，提高节能环保的效益。

本发明技术方案中，采用了两级分布式发电与储能模式(外部电源供电和分布式发电与储能的模式以及内部分布式发电与蓄电池储能单独或者补充供电的模式)的供电安排，提高了供电的稳定性，并且切实达到了“削峰填谷”的效果，减少配电容量与损耗，由此可以解决供电设备的投资和能耗。

图2中为采用本发明技术方案中的组合式直流供电***实现的一组电力消耗功率变化示意图。图2中，某一区域供电的最高峰时为200.5KW，最低谷时为49.6KW。若按照传统的常规配电方案，至少应该配置250KVA的配电容量(该配电容量为理论计算容量，若考虑功率因数、线路损耗……等因素，其配电容量至少应当在400KVA以上)。

若采用本发明技术方案中的组合式直流供电***，加上设置的配电容量的部分余量，其只需要配置150KVA以内即可。因为超过120KW的用电时间不超过6小时，因此蓄电池B6的放电时间不超过6小时，且充电时间可长达12小时。

本发明技术方案中，由于节省了分布式电源的逆变环节，可以有效减少因逆变效率以及用电设备或者电器的开关电源的效率和功率因数导致的损耗。

并且，由于直流供电的供电能力强于交流供电2-3倍，直流供电同时具有高稳定性、无干扰、无频率稳定以及交流容性电流电抗补偿等因素，并且其相对于交流供电具有智能化实时监测与调控更方便和精确、响应更快、恢复时间更短、独立保护以及稳定可靠等优势，可以降低用电设备的故障率，减少用工及维护维修的成本。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种组合式直流供电***，其特征在于，包括一个供电单元以及多个用电单元，所述供电单元通过一直流母线分别与每个所述用电单元连接，每个所述用电单元之间彼此并联；

每个所述用电单元中分别包括：

充放电模块，连接所述直流母线，用于从所述直流母线中获取电能源；

转换模块，连接所述充放电模块，并分别连接所述用电单元中的各用电设备，用于将所述充放电模块于所述直流母线获取的电能源进行转换，以供给各所述用电设备工作所用的电能；

并联模块，连接所述充放电模块，所述用电单元通过所述并联模块以并联的方式接入所述组合式直流供电***的直流母线中；

监控模块，分别连接所述充放电模块和所述并联模块，并且通过一通信总线连接至所述供电单元，用于采集所述用电单元中的用电状态信息并输出；

所述组合式直流供电***中还包括一控制单元，连接至所述通信总线，用于通过所述通信总线获取每个所述用电单元中的所述监控模块采集并输出的所述用电状态信息，以对每个所述用电单元进行监控；

所述控制单元还将用于控制所述用电单元的控制信号通过所述监控模块传递至各所述用电单元，以控制各所述用电单元工作。

2.如权利要求1所述的组合式直流供电***，其特征在于，每个所述用电单元中还包括：

蓄电池，通过所述充放电模块以及所述并联模块接入所述组合式直流供电***的所述直流母线中；

当所述用电单元的用电功率小于所述供电单元的配电容量，且所述用电功率与所述配电容量之间的差值不小于一预设阈值时，所述直流母线通过所述充放电模块提供所述用电单元正常工作所需电能的同时，所述充放电模块向所述蓄电池执行充电操作；以及

当所述用电功率不小于所述配电容量时，所述蓄电池通过所述充放电模块执行放电操作，以对所述用电单元进行补充供电。

3.如权利要求2所述的组合式直流供电***，其特征在于，所述预设阈值为所述配电容量的20％。

4.如权利要求1所述的组合式直流供电***，其特征在于，每个所述用电单元中还包括：

分布式电源输入接口，连接所述充放电模块，用于提供外部的分布式电源接入所述用电单元并供电。

5.如权利要求1所述的组合式直流供电***，其特征在于，所述转换模块包括：

第一转换模块，用于将所述直流母线中的直流电源转换成所述用电设备正常工作所需的直流电源并供给所述用电设备；和/或

第二转换模块，用于将所述直流母线中的直流电源转换成所述用电设备正常工作所需的交流电源并供给所述用电设备。

6.如权利要求1所述的组合式直流供电***，其特征在于，所述控制单元还通过一远程通信单元连接至外部的远程监控单元，用于向所述远程监控单元提供远程监控服务。

7.如权利要求1所述的组合式直流供电***，其特征在于，所述供电单元连接外部的供电输入源，以对所述用电单元提供工作所需的电能源；

所述供电输入源包括：

市电输入源；和/或

光伏电能输入源；和/或

风电输入源；和/或

蓄电池储能输入源。

8.如权利要求2所述的集中式直流供电***，其特征在于，每个所述用电单元中还包括：

开关模块，连接所述并联模块，用于控制所述并联模块的通断；

当所述组合式直流供电***采用集中计费的工作方式时，所述开关模块控制所述并联模块开启，各所述用电单元中的各所述用电设备分别通过所述直流母线获得工作所需的所述电能源；以及

当所述组合式直流供电***采用单独计费的工作方式时，所述开关模块控制所述并联模块关闭，各所述用电单元中的各所述用电设备分别通过所述蓄电池获得工作所需的所述电能源。