一种利用太阳能跨季节储热的储能电柜温度控制系统及其运行调控的制作方法

本发明涉及能源综合利用，尤其涉及一种利用太阳能跨季节储热的储能电柜温度控制系统及其运行调控。

背景技术：

1、在全球碳中和背景下，主要能源格局从化石能源逐渐向新能源转变，随着新能源发电的逐渐发展，光伏与风电并网比例增多带给电力系统“双峰双高”及“双侧随机性”问题，对电网的安全性带来挑战，影响电网的稳定运行和电网电能量的质量，储能系统作为能量存储和转化设备，能够解决光伏、风电等新能源消纳难题，是推动能源结构转型的关键支撑技术，其中以电化学储能为首的新型储能将深度参与电力系统构建。

2、储能电站在电源侧、电网侧和用户侧日益受到重视，电网侧储能具体可参与工作包括：调峰：负荷低谷时刻充电，高峰时刻放电，均衡区域负荷，减小峰谷负荷差。调频：电池储能系统具有快速的充放电响应能力，可通过快速释放或者吸收有功和无功来调节变电站供电区域电网频率和电压，提高电能质量，保证供电区域电压和频率的稳定。备用电源：实现变电站配电侧孤岛运行供电，提高供电安全保障能力，辅助电网实现黑启动。

3、然而，对于电化学储能技术构建的储能电站，如蓄电池储能电站，蓄电池的工作环境存在温度要求，且越适宜的环境温度越能保障蓄电池的稳定性和安全性。现有技术对储能电柜的温度控制系统多以空气调节和液体调节为主，空气调节的空间利用率不高，系统体积偏大，能量密度低，电柜内电池包温度不均匀。而液体调节能更好的满足电池温度的控制，空间利用率高，但是现行的液体调节技术对储能电柜温度调节主要以冷却为主。对于寒冷地区，需要保持蓄电池组的环境温度为安全温度就需要对蓄电池组所在环境进行升温。现有技术一般采用电暖进行供热升温，但是电暖供热的能耗很高，制约了储能电站的储能效果，尤其是冬季的储能效果，有时甚至需要外部电网为电暖设备进行大量供电。

技术实现思路

1、为解决现有技术的存在的问题，本发明提供了一种利用太阳能跨季节储热的储能电柜温度控制系统及其运行调控，包括：太阳能集热子系统、跨季节土壤储热子系统、热泵温控子系统、恒温水箱、温控模块和储能电柜。

2、所述太阳能集热子系统包括：太阳能集热器、蓄热水箱、第一换热器。所述太阳能集热器设置在储能电柜顶部和/或侧部，其供热出口端与蓄热水箱进口端连通，并设有第一电控连通阀。所述蓄热水箱的出口端与第一换热器a1侧管线的进口端连通，所述第一换热器a1管线的出口端与太阳能集热器的进口端连通，并设有第一循环泵。

3、所述跨季节土壤储热子系统包括：地埋管换热器，所述地埋管换热器埋入储能电柜底部和/过附近的地层中。所述地埋管换热器的入口端与第一换热器b1侧管线的出口端连通，并设有第二循环泵。所述地埋管换热器的出口端与第一换热器b1侧管线的入口端连通。

4、所述恒温水箱内设有恒温液和第二换热器，所述第二换热器的a2侧管线的出口端与电池恒温管的入口端连通所述第二换热器的a2侧管线的入口端与电池恒温管的出口端连通。所述电池恒温管上设有常开的第四循环泵，且电池恒温管排入储能电柜的蓄电池组之间，并在蓄电池组之间成排管式分布。所述蓄热水箱的出口端与第二换热器的b2侧管线的入口端连通，并设有第二电控连通阀和第六循环泵。所述蓄热水箱的入口端与第二换热器的b2侧管线的出口端连通，并设有第八电控连通阀。

5、所述热泵温控子系统包括：热泵和电控四通换向阀。所述热泵内部的第三换热器的两个对外接口端分别通过四通换向阀与第二换热器的b2侧管线连通，所述第二换热器与热泵换热器连通的两条管线上分别设有第三电控连通阀、第四电控连通阀，并在其中一条管线上设有第五循环泵。所述热泵内部的蒸发器处，沿空气流动方向的内侧设有第四换热器，所述第四换热器的入口端通过第一管线与地埋管换热器的出口端连通，所述第四换热器的出口端通过第二管线与地埋管换热器的入口端连通。

6、所述第一管线和第二管线在靠近热泵的一侧分别设有第五电控连通阀和第六电控连通阀，并在其中一条管线上设有第三循环泵。

7、所述温控模块与上述全部的电控连通阀、上述全部的循环泵、所述热泵、所述电控四通换向阀分别信号连接。所述蓄热水箱内部、地埋管换热器周围、恒温水箱内部、蓄电池组之间均设有温度传感器，上述温度传感器分别与温控模块信号连接。

8、进一步的，所述温控模块包括第一控制模组，用以执行下述控制：

9、首先，获取蓄热水箱内部温度tx和地埋管换热器周围温度td。

10、然后，进行如下判断和控制：

11、当tx＞td时，控制第一电控连通阀开启、控制第一循环泵开启、控制第二循环泵开启。

12、当tx≤td时，控制第一电控连通阀开启、控制第一循环泵开启、控制第二循环泵关闭。

13、进一步的，所述温控模块包括第二控制模组，用以执行下述控制：

14、首先，获取恒温水箱内部温度th、蓄电池组温度tc、恒温水箱目标温度t0。

15、然后，进行如下判断和控制：

16、当t0＞tc时，控制电控四通换向阀转为正向连通状态，使得热泵可以向恒温水箱输入热水，此时：

17、当t0-th≥n1时，控制热泵启动、控制第三电控连通阀连通、控制第四电控连通阀连通、控制第五电控连通阀连通、控制第六电控连通阀连通、控制第三循环泵启动、控制第五循环泵启动，其中n1为小于t0的预设温度值。至t0-th＝n2时，控制热泵关闭、控制第三电控连通阀关闭、控制第四电控连通阀关闭、控制第五电控连通阀关闭、控制第六电控连通阀关闭、控制第三循环泵关闭、控制第五循环泵关闭，其中n2为大于n1的预设温度值。

18、当t0＜tc时，控制电控四通换向阀转为逆向连通状态，使得热泵可以向恒温水箱输入冷水，此时：

19、当th-t0≥n3时，控制热泵启动、控制第三电控连通阀连通、控制第四电控连通阀连通、控制第五循环泵启动，其中n3为大于t0的预设温度值。至th-t0＝n4时，控制热泵关闭、控制第三电控连通阀关闭、控制第四电控连通阀关闭、控制第五循环泵关闭，其中n4为大于n3的预设温度值。

20、进一步的，所述温控模块包括第三控制模组，用以执行下述控制：

21、首先，获取恒温水箱内部温度th、蓄电池组温度tc、恒温水箱目标温度t0、蓄热水箱内部温度tx。

22、然后，进行如下判断和控制：

23、当t0＞tc且th-tc≤n5且tx＞th时，关闭第二控制模组，此时：

24、当t0-th≥n6时，控制第二电控连通阀连通、控制第八电控连通阀连通、控制第六循环泵启动。至t0-th≤n2时，控制第二电控连通阀关闭、控制第八电控连通阀关闭、控制第六循环泵关闭。其中n5是预设温度值，且n1＜n5＜n2。n6是预设温度值，且n1＜n6＜n2。

25、当th-tc＞n5时，启动第二控制模组，并控制第二电控连通阀关闭、控制第八电控连通阀关闭、控制第六循环泵关闭。

26、进一步的，所述第一管线和第二管线之间在第五电控连通阀和第六电控连通阀与热泵之间设有连通第一管线和第二管线的第四管线。所述第四管线上设有第七电控连通阀。所述第一管线在第四管线与热泵之间设有第五管线，所述第五管线与外部换热器的入口端连通，且设有第七循环泵和第十电控连通阀。所述外部换热器的出口端与第二管线在第四管线与热泵之间连通。所述第二管线在外部换热器的出口端与热泵之间设有第九电控连通阀，所述第九电控连通阀为常开阀。所述第七电控连通阀、第九电控连通阀、第七循环泵与温控模块信号连接。

27、进一步的，所述热泵内部，在蒸发器位置处设有温度传感器，该温度传感器与温控模块信号连接。

28、所述温控模块包括第五控制模组，用以执行下述控制：

29、首先，获取蒸发器位置处温度tz、地埋管换热器周围td。

30、然后，进行如下判断和控制：

31、当tz＞td时，控制第五电控连通阀连通、第六电控连通阀连通、控制第七电控连通阀关闭、第十电控连通阀关闭、第九电控连通阀开启、第七循环泵关闭、第三循环泵启动。

32、当tz≤td时，控制第五电控连通阀关闭、第六电控连通阀关闭、第三循环泵关闭。

33、进一步的，所述温控模块包括第四控制模组，用以执行下述控制：

34、首先，获取恒温水箱内部温度th、蓄电池组温度tc、恒温水箱目标温度t0。

35、然后，进行如下判断和控制：

36、当t0＜tc且th-t0≥n3时，第二控制模组启动相应控制，此时如果超过预设时间k仍然未能使得th-t0＝n4，则控制第五电控连通阀关闭、第六电控连通阀关闭、控制第七电控连通阀连通、第十电控连通阀连通、第九电控连通阀关闭，第七循环泵启动。至th-t0＝n4时，执行第二控制模组执行相应控制的同时，第四控制模组控制第五电控连通阀关闭、第六电控连通阀关闭、控制第七电控连通阀关闭、第十电控连通阀关闭、第九电控连通阀连通。

37、优选的，所述地埋管换热器在底下部分的深度为10-100m。

38、优选的，在埋有地埋管换热器的地面设有保温层。

39、在未接收到相应的控制信号时，本发明第九电控连通阀为常开的阀，其余电控连通阀均为常闭的阀。本发明第四循环泵为常开的循环泵，其余循环泵均为常闭的循环泵。

40、本发明至少具有以下优点中的一个：

41、1.本发明通过跨季节土壤储热子系统，可以实现跨季节储热，将非寒冷季节获取的热量储存至寒凉季节以向储能电柜供热，从而极大节约了储能电柜动机供暖所需的能耗。

42、2.本发明跨季节储热时，热源主要来自太阳能集热器，因此储能过程清洁环保。

43、3.本发明既可以实现在冬季对储能电柜进行加热，又可以在高温季节对储能电柜进行冷却，具有良好的控温能力。

44、4.本发明可以实现对蓄电池组的有效控温。