CN110190616B - 一种智能直流供电***及网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能直流供电***及网络,以解决建设成本高、功率损耗大、变压器装机容量浪费等问题。该供电***包括第一直流母线、第二直流母线、若干AC/DC变换器、储能单元和第一控制器,第一直流母线挂接有用于普通照明的第一LED灯和用于应急照明的第二LED灯,若干AC/DC变换器通过第一选择开关与第一直流母线和第二直流母线可切换地连接,储能单元通过第一双向DC/DC变换器挂接于第一直流母线,第一控制器控制第一LED灯和第二LED灯工作、并控制AC/DC变换器在第一直流母线和第二直流母线之间切换。该供电网络包括至少两个上述智能直流供电***,所有智能直流供电***的第一直流母线和第二直流母线对应相连。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能直流供电***及供电网络,属于直流供电领域。
背景技术
在公共场所中,为了避免电网中断后无法照明,通常配备了专用的应急照明***,这类应急照明***除了灯外,还包括AC/DC变换器、蓄电池和逆变器,当电网中断时,蓄电池通过逆变器将直流电转换为交流电供电实现应急照明。此类照明***存在以下缺陷:1、普通照明和应急照明为两套独立的***,建设成本高。2、其应急照明***采用了大功率逆变器,成本高,而且功率损耗大。3、由于其蓄电池经常处在闲置状态,为了保证应急照明,需要定期检查和维护,使蓄电池保持满电状态。4、由于在共公场所,除了照明***外还有很多其它用电设备,为了保证照明***和所有设备能同时使用,变压器的装机容量需要足够大,而在实际运行中,并不是所有设备均满负荷运行,所以会造成变压器装机容量的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能直流供电***,以解决现有照明***存在的建设成本高、功率损耗大、维护不方便以及变压器装机容量浪费的问题,以及实现互济互备。
为达上述目的,本发明采用的技术方案如下:
本发明提供的一种智能直流供电***包括:
第一直流母线(7),其通过电子开关挂接用于普通照明的第一LED灯(5)和用于应急照明的第二LED灯(8);
第二直流母线(7’),其挂接非照明类用电设备;
若干AC/DC变换器(2),其输入端连接交流电网、输出端通过第一选择开关(2’)与所述第一直流母线和所述第二直流母线可切换地连接;
储能单元(11),通过第一双向DC/DC变换器(10)挂接于所述第一直流母线,所述储能单元的容量为应急照明所需电量的两倍以上,所述储能单元和所述第一双向DC/DC变换器连接有电量管理子***(12),用于在所述储能单元的电量下降至接近应急照明所需电量时,停止所述储能单元向所述第一直流母线补充电量;以及
第一控制器(4),其通过采样电路与所述交流电网连接,并且与所述电子开关的控制端连接,用于检测所述交流电网的状态、以及控制所述电子开关使得在所述交流电网故障后所述第一LED灯熄灭所述第二LED灯点亮;所述第一控制器还与所述第一选择开关的控制端和若干所述AC/DC变换器的控制端连接,用于控制AC/DC变换器在所述第一直流母线和所述第二直流母线之间切换、以及控制AC/DC变换器的输出电压与切换后的直流母线的电压相匹配。
优选地,所述电量管理子***(12)还配置有根据用电高峰期和用电低谷期控制充放电的第一充放电控制模块,在用电低谷期,所述第一充放电控制模块控制所述储能单元(11)从所述第一直流母线(7)吸收电量,在用电高峰期,所述第一充放电控制模块控制所述储能单元(11)向所述第一直流母线(7)补充电量。
优选地,所述智能直流供电***还包括挂接于所述第二直流母线(7’)、用于连接外部电池组、进而利用所述外部电池组实现电量周转的电量周转子***(13)。
优选地,所述电量周转子***(13)包括外接电池接口(132),以及与所述外接电池接口(132)相连的、用于控制电量周转的第二控制器(133),所述外接电池接口(132)通过第二双向DC/DC变换器(131)挂接于所述第二直流母线,所述第二控制器连接有供用户输入信息和向用户展示信息的用户终端(134)。
优选地,所述外接电池接口(132)是向新能源车充电的充电桩,所述外部电池组为所述新能源车自身的动力电池组。
优选地,所述用户终端(134)为智能手机或设置在所述外接电池接口(132)处的专用终端。
优选地,所述第二控制器(133)包括策略生成模块,在该策略下,能够利用所述动力电池组实现电量周转、以及在到达取车时间时能够将动力电池组的电量充至设定的电量;所述策略生成模块包括:根据需求电量计算充电所需时间的子模块;以及根据来车时间、用电高峰期、用电低谷期、取车时间和所述充电时间计算电量周转策略的子模块。优选地,所述第二控制器(133)还包括用于统计周转电量的周转量统计模块。
优选地,所述智能直流供电***还包括自发电子***(14),所述自发电子***通过第二选择开关(14’)与所述第一直流母线和所述第二直流母线可切换地连接。
本发明还提供了一种智能直流供电网络,该智能直流供电网络包括至少两个如上述任意一项所述的智能直流供电***,所有智能直流供电***的第一直流母线和第二直流母线对应相连。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
建设成本低。其普通照明用的灯和应急照明用的灯均挂接在同一个直流母线(第一直流母线)上,而且不需要逆变器,能够有效节省建设成本。
功率损耗小。其没有逆变器,不需要将直流电再逆变形成交流电,因而可以有效降低功率损耗。
维护方便。其储能单元除了应急照明供电外,还给普通照明辅助供电,换言之,在普通照明时其储能单元也在进行充电和放电,每天都在对储能单元智能管理,不需人工定期检查维护储能单元,维护更方便。
可以降低变压器装机容量。其储能单元和电量管理子***配合能够实现电量周转,可以在用电低谷期储能周转给用电高峰期使用,以此可以降低变压器的装机容量,并且可以使变压器在用电高峰期和用电低谷期的效率不会有太大变化,可以避免变压器装机容量浪费。
能够实现互济互备。其装备了多个AC/DC变换器,每个AC/DC变换器通过第一选择开关与第一直流母线和第二直流母线可切换地连接,这样通过控制第一选择开关可以调节电量在第一直流母线和第二直流母线之间的分配,从而可以在照明低谷期将更多的电量分配给非照明类用电设备,而在照明高峰期将更多的电量分配给照明设备,实现互济互备。
附图说明
图1为智能直流供电***的框图;
图2为智能直流供电网络的框图;
附图标记:1、交流电网;2、AC/DC变换器;2’、第一选择开关;3、采样电路;4、第一控制器;5、第一LED灯;6、第一电子开关;7、第一直流母线;7’、第二直流母线;8、第二LED灯;9、第二电子开关;10、第一双向DC/DC变换器;11、储能单元;12、电量管理子***;13、电量周转子***;131、第二双向DC/DC变换器;132、外接电池接口;133、第二控制器;134、用户终端;14、自发电子***;14’、第二选择开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1,本智能直流供电***包括:第一直流母线7、第二直流母线7’、若干AC/DC变换器2、第一LED灯5、第二LED灯8、储能单元11、第一控制器4和电量管理子***12。
第一LED灯5通过第一电子开关6挂接于第一直流母线7,用于普通照明;第二LED灯8通过第二电子开关9挂接于第一直流母线7,用于应急照明。第一LED灯5和第二LED灯8的区别在于第二LED灯8的数量少、功耗小。第二直流母线7’用于向非照明类用电设备供电。
第一直流母线7的电压在200V-300V之间可调,第二直流母线7’的电压在200V-750V之间可调。
若干AC/DC变换器2用于将高压交流电转换为直流电输出,AC/DC变换器2的输出电压在200V-750V可调。需要注意的是,采用了多个AC/DC变换器2并通过多个第一选择开关2’来实现互济互备,第一选择开关2’可以采用但不限于单刀双掷开关。具体的,每一AC/DC变换器2的输入端连接交流电网1,每一AC/DC变换器2的输出端连接第一选择开关2’的公共端,第一选择开关2’的两个选择端分别连接第一直流母线7和第二直流母线7’,即,每一AC/DC变换器2的输出端通过第一选择开关2’与第一直流母线7和第二直流母线7’可切换地连接。第一控制器4与第一选择开关2’的控制端和若干所述AC/DC变换器2的控制端连接,用于控制AC/DC变换器2在第一直流母线7和第二直流母线7’之间切换、以及控制AC/DC变换器2的输出电压与切换后的直流母线的电压相匹配。这样,当处在照明低谷期时,可以将更多的AC/DC变换器2接入第二直流母线7’给其它非照明类设备(包括但不限于充电桩等)供电,而在照明高峰期,可以将更多的AC/DC变换器2接入第一直流母线7给照明设备供电,从而实现互济互备。
储能单元11通过第一双向DC/DC变换器10挂接于第一直流母线7。值得指出的是,所述储能单元11的容量为应急照明所需电量的两倍以上,所述储能单元11和所述第一双向DC/DC变换器10连接有电量管理子***12,用于在所述储能单元11的电量下降至接近应急照明所需电量时,停止所述储能单元11向第一直流母线7补充电量。这样的设计,目的是使储能单元11具有下述两种功能:一、给应急照明提供电量;二、实现电量周转,以降低变压器装机容量,避免变压器装机容量浪费,具体而言,电量的周转是指在用电低谷期控制储能单元11吸收电量充电,而在用电高峰期控制储能单元11放电向第一直流母线7补充电量,这样变压器的装机容量就得以减小,而且在用电低谷期和用电高峰期变压器的运行效率不会有太大变化,不会造成变压器装机容量的浪费。电量管理子***12中会设定一个最小电量,该最小电量是保证应急照明的电量,换言之,该最小电量能够维持规定时间(例如24小时)的应急照明,在储能单元11放电实现电量周转的过程中,电量达到该最小电量时就会停止继续放电。
第一控制器4通过采样电路3与交流电网1相连,并且与第一电子开关6的控制端和第二电子开关9的控制端连接,用于采样交流电网1的电流或电压,实时监测交流电网1,以及控制第一电子开关6的控制端和第二电子开关9使得在交流电网1故障后第一LED灯5熄灭、第二LED灯8点亮,实现应急照明。第一电子开关6和第二电子开关9可以采用继电器等电磁开关,也可以采用可控硅,还可以采用大功率MOS管等。
智能直流供电***进一步还包括挂接于所述第二直流母线7’、用于连接外部电池组、进而利用所述外部电池组实现电量周转的电量周转子***13。外部电池组可以是独立的电池组,也可以是其它设备上的电池组,例如新能源车自身的动力电池组。这样,可以在用电低谷期存储电能在用电高峰期补充供电,从而减小电网压力,以及降低用电费用。
作为一种较佳实施例,电量周转子***13包括外接电池接口132、以及与所述外接电池接口132相连的、用于控制电量周转的第二控制器133,所述外接电池接口132通过第二双向DC/DC变换器131挂接于所述第二直流母线7’,所述第二控制器133连接有供用户输入信息和向用户展示信息的用户终端134。
作为一种更佳实施例,外接电池接口132采用向新能源车充电的充电桩,所述外部电池组为所述新能源车自身的动力电池组。这样,一方面可以利用该电量周转子***13给新能源车充电,另一方面,可以用新能源车的闲置时间实现电量周转。第二控制器133进一步包括策略生成模块,在该策略下,能够利用所述动力电池组实现电量周转、以及在到达取车时间时能够将动力电池组的电量充至设定的电量;所述策略生成模块包括:根据需求电量计算充电所需时间的子模块;以及根据来车时间、用电高峰期、用电低谷期、取车时间和所述充电时间计算电量周转策略的子模块。第二控制器133进一步还包括用于统计周转电量的周转量统计模块,这样可以通过计量周转的电量向车主支付一定使用费来吸引车主使用该***。
用户终端134优选采用智能手机,通过手机APP与第二控制器133通讯,供用户输入信息,例如取车时间,需求电量等,或者向用户展示信息,例如周转电量、折算后的使用费、充电费等。所述用户终端134还优选设置在所述外接电池接口132处的专用终端。
本智能直流供电***进一步还包括自发电子***14,自发电子***14可以是光伏发电、风力发电等安装在用户端的发电***。本自发电子***14通过第二选择开关14’与第一直流母线7和第二直流母线7’可切换地连接,第二选择开关14’的控制端与第一控制器4连接,控制自发电***14向第一直流母线或第二直流母线供电。具体的供电策略包括但不限于交流电网故障后由自发电***14供电,用电高峰期由自发电***14辅助供电。
本智能直流供电***的工作原理如下:
1、交流电网1正常时,来自电网的高压交流电经过AC/DC变换器2,转换成直流电输送至第一直流母线7,第一控制器4通过采样电路采样电参数(电流、电压或功率)进而监测电网是否中断。电网正常时,第一控制器4通过第一电子开关6和第二电子开关9控制第一LED灯5点亮、第二LED灯8熄灭,实现普通照明,相反,当电网中断时,储能单元11向第一直流母线7放电,第一控制器4控制第一LED灯5熄灭、第二LED灯8点亮,实现应急照明。在电网正常时,电量管理子***12判断当前是用电高峰期还是用电低谷期,如果是用电低谷期,则控制第一双向DC/DC变换器10,使储能单元11从第一直流母线7吸收电量充电,反之,如果是用电高峰期,则使储能单元11放电向所述第一直流母线7补充电量,在放电的过程中,电量管理子***12还采样储能单元11的电量,当剩余电量到达设定的最小电量时控制停止放电。用电低谷期和高峰期可以是根据具体应用场合人工设定的时间段,例如在地铁站将上下班高峰期设定为用电高峰期,将其它时间设定为用电低谷期。也可以采用电流传感器等来监测实际的用电量来判断当前为用电低谷期还是高峰期。
2、当进入照明高峰期时,第一控制器4控制第一选择开关2’,使一部分AC/DC变换器2与第二直流母线7’断开,并且调节这一部分AC/DC变换器2的输出电压至第一直流母线7的电压,然后将这一部分AC/DC变换器2与第一直流母线7相接。反之,当进入照明低谷期时,第一控制器4控制第一选择开关2’,使一部分AC/DC变换器2与第一直流母线7断开,并且调节这一部分AC/DC变换器2的输出电压至第二直流母线7’的电压,然后将这一部分AC/DC变换器2与第二直流母线7’相接。这样可以智能地调节接至第一直流母线7和第二直流母线7’的AC/DC变换器2的数量,达到互济互备的效果。
3、电量周转子***13在用电低谷期从第二直流母线吸收、存储电量,在用电高峰期补充供应给第二直流母线。
4、第一控制器4控制第二选择开关14’,将自发电子***14接入第一直流母线7或第二直流母线7’,实现供电。在交流电网1故障后,优先将自发电子***14接入第一直流母线7。
请参照图2,本智能直流供电网络包括多个前述的智能直流供电***100,所有智能直流供电***100的第一直流母线7和第二直流母线7’对应相连。具体的连接方式可以但不限于星型、链型、井型等。采用该智能直流供电网络,当其中任意一个或多个智能直流供电***100的供电***故障后,其它的智能直流供电***100可以给发生故障的这些智能直流供电***供电,达到互济互备的效果。
本智能直流供电网络中的智能直流供电***100可以是一个楼宇、一个厂区、一个厂房等的供电***。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容,并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种智能直流供电***,其特征在于,包括:
第一直流母线(7),其通过电子开关挂接用于普通照明的第一LED灯(5)和用于应急照明的第二LED灯(8);
第二直流母线(7’),其挂接非照明类用电设备;
若干AC/DC变换器(2),其输入端连接交流电网、输出端通过第一选择开关(2’)与所述第一直流母线和所述第二直流母线可切换地连接;
储能单元(11),通过第一双向DC/DC变换器(10)挂接于所述第一直流母线,所述储能单元的容量为应急照明所需电量的两倍以上,所述储能单元和所述第一双向DC/DC变换器连接有电量管理子***(12),用于在所述储能单元的电量下降至接近应急照明所需电量时,停止所述储能单元向所述第一直流母线补充电量,所述电量管理子***(12)配置有根据用电高峰期和用电低谷期控制充放电的第一充放电控制模块,在用电低谷期,所述第一充放电控制模块控制所述储能单元(11)从所述第一直流母线(7)吸收电量,在用电高峰期,所述第一充放电控制模块控制所述储能单元(11)向所述第一直流母线(7)补充电量;以及
第一控制器(4),其通过采样电路与所述交流电网连接,并且与所述电子开关的控制端连接,用于检测所述交流电网的状态、以及控制所述电子开关使得在所述交流电网故障后所述第一LED灯熄灭所述第二LED灯点亮;所述第一控制器还与所述第一选择开关的控制端和若干所述AC/DC变换器的控制端连接,用于控制AC/DC变换器在所述第一直流母线和所述第二直流母线之间切换、以及控制AC/DC变换器的输出电压与切换后的直流母线的电压相匹配;
所述智能直流供电***还包括挂接于所述第二直流母线(7’)、用于连接外部电池组、进而利用所述外部电池组实现电量周转的电量周转子***(13),所述电量周转子***(13)包括外接电池接口(132),以及与所述外接电池接口(132)相连的、用于控制电量周转的第二控制器(133),所述外接电池接口(132)是向新能源车充电的充电桩,所述外部电池组为所述新能源车自身的动力电池组,所述外接电池接口(132)通过第二双向DC/DC变换器(131)挂接于所述第二直流母线,所述第二控制器连接有供用户输入信息和向用户展示信息的用户终端(134),所述第二控制器(133)包括策略生成模块,在该策略下,能够利用所述动力电池组实现电量周转、以及在到达取车时间时能够将动力电池组的电量充至设定的电量;所述策略生成模块包括:根据需求电量计算充电所需时间的子模块;以及根据来车时间、用电高峰期、用电低谷期、取车时间和充电时间计算电量周转策略的子模块。
2.根据权利要求1所述的智能直流供电***,其特征在于,所述用户终端(134)为智能手机或设置在所述外接电池接口(132)处的专用终端。
3.根据权利要求1所述的智能直流供电***,其特征在于,所述第二控制器(133)还包括用于统计周转电量的周转量统计模块。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的智能直流供电***,其特征在于,所述智能直流供电***还包括自发电子***(14),所述自发电子***通过第二选择开关(14’)与所述第一直流母线和所述第二直流母线可切换地连接。
5.一种智能直流供电网络,其特征在于,包括至少两个如权利要求1至4中任意一项所述的智能直流供电***,所有智能直流供电***的第一直流母线和第二直流母线对应相连。
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