一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋的制作方法
【专利摘要】一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，电源屋的内部设置有大功率移动式低谷电储能应急电源系统，包括用电系统切换与直流电源输出、钒电池低谷电储能系统；主系统电源一路通过用电系统切换与交流分路输出端连接，另一路连接钒电池低谷电储能系统进行储能充电；钒电池低谷电储能系统放电时，电流一路经双向逆变/变频器逆变后与交流分路输出端连接，另一路连接直流输出端。本发明可输出交流、变频交流和直流电源，主系统电源突发停电时，可支撑部分设备继续供电，确保现场某些设备在一定时间内安全工作；钒电池储能装置，功率大，成本低；节能显著、降低费用；本发明可在厂中预装调试好，整体运至工地使用。
【专利说明】—种大功率移动式低谷电储能应急电源屋
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应急电源领域，特别涉及一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋。
【背景技术】
[0002]电气屋是一种安装在户外的变电、配电、用电和传动集成方案的产品，是按照业主或设计方的电气屋方案将高低压开关柜、变压器、中低压传动系统、控制系统、电储能装置、应急供电与保护监视系统等电气设备合理的布置在定制的钢结构房间内。同时基于电气屋内外部的条件及要求，配置空调系统、照明系统、火警及声光报警系统等，使电气可以满足人员日常维护及安防的需要。整个电气屋按客户需求进行设计、建造设备安装，互联接线，整体检验调试，然后整体运输至客户现场，直接通电即可投入使用，也称预装移动式电气屋或移动式电气房。由于，多数在野外，有时工程的工期紧，故要求设备预装好，不必新建厂房，即方便，又节能。可见此类装置需求量越来越大。
[0003]传统预装式电气屋，缺乏湿度、温度等优化调控，特别是不能适用有盐雾、潮湿和风沙大的环境。
[0004]另外，传统预装式电气屋中也备有直流电源，但容量小，且没有低谷钒电池储能装置。当主系统电源突发停止供电时，有些设备不能停止工作，需要有应急预装电源接入，以保证现场安全运行。
[0005]高效大规模储能电池是新能源产业革命的核心。钒电池(VRB)是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效可逆燃料电池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等一系列独特优点，在光伏发电、风力发电、电网调峰、分布电站、通讯基站、UPS或EPS、电动公交、军用蓄电等广阔领域有着极其良好的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，可输出交流、变频交流和直流电源，支撑主系统电源突发停止供电时，采用钒电池储能装置可使部分设备继续供电，确保现场某些设备在一定时间内安全工作；钒电池储能装置，其功率大，成本低；采用钒电池和低谷电储能，可以实现显著节能和降低运行费用；本应急电源是一种预装移动式低谷电储能的应急电源屋，在厂中预先安装、调试好，用大型平板车，运送到使用地，即可使用；适用于矿山、铁路、石油、天燃气和水利等大型工程应急电供电；本应急电源采用空调式内部温度调控方式，屋内外全密封，适用于潮湿、盐雾和风沙等恶劣环境条件下工作。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0008]一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，所述电源屋的外部结构包括支架模块、扶梯扶手、电气屋带保温层的外墙板、电源系统模块空调外部热管交换器、电源系统模块侧门雨搭、电源系统模块侧门、平台扶手；所述电源屋的内部结构包括大功率移动式低谷电储能应急电源系统、照明灯、空调内部热交换器、烟雾监测传感器、湿度监测传感器、电气屋内部地板；所述大功率移动式低谷电储能应急电源系统包括整流电路、三相电检测电路、KM接触器、开关Q、直流输出端、二极管D2、双向逆变/变频器、钒电池低谷电储能系统；当主系统电源正常供电时，主电源开关Q21、开关Q22闭合，主电源开关Q21—路依次经整流电路、双向逆变/变频器、KM4?KMn接触器与交流分路输出端连接；一路经三相电检测电路驱动接触器KM3 ;另一路连接钒电池低谷电储能系统，在低谷电储能控制系统的控制下对钒电池堆储能充电；所述钒电池低谷电储能系统包括钒电池堆、快速充放电单元、钒电池电压及温度检测单元、低谷电储能控制系统；当主系统电源突然断电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q24闭合，三相电检测电路驱动接触器KM3触点接通，电钒电池依次经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接双向逆变/变频器、KM4?KMn接触器与交流分路输出端连接；当需要直流输出时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23随时闭合，电钒电池直接连接直流输出端；所述低谷电储能控制系统同时连接手动/自动控制。
[0009]所述快速充放电单元的功能是将由Q22接入的Q221?Q223三相交流电整流为直流，接点QF11、QF12输出的直流信号变成方波，对钒电池堆充电，开关管T8、T9，电容C4、C5及电感L4构成了快速充电电路，快速充放电单元由充放电控制器进行控制，充放电控制器通过现场总线，接收低谷电储能控制系统控制，在低谷电储能控制系统的控制下，快速充放电单元可实现在主电源系统突然停电时的应急供电，也可定期对钒电池堆进行控制放电，用以改善钒电池堆的特性。
[0010]所述双向逆变/变频器中包括电压变换电路、逆变器、滤波器及双向逆变器控制电路，电压变换电路的输入信号取自接入切换单元的控制接点QF21、QF22的直流输出，接触器K合上时，直流信号经电容Cl、电感LI及开关管T7形成脉动方波，由开关管Tl、T2、T3、T4、T5、T6和电容C2组成的逆变器将直流信号转化成三相交流电，由电感L2、L3和电容C3组成的滤波器滤波后经输出端QF31、QF32、QF33输出至用电切换单元。
[0011]所述钒电池电压及温度检测单元包括MAX132A/D转换器、2.5V基准电压源、DSP电压温度检测控制器、DS18B20电池温度变送器、网络接口和存储器，2.5V基准电源与MAX132A/D转换器连接，MAX132A/D转换器通过数据总线DBl和地址总线ABl与DSP电压温度检测控制器连接；DSP电压温度检测控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；DS18B20电池温度变送器为一线总线数字集成温度变送器，与DSP电压温度检测控制器连接，用于测量钒电池堆温度；MAX132A/D转换器检测钒电池堆的输出电压，由被测电压端输入，MAX132A/D转换器根据规定要求设有高精度、高分辨率的基准电压，2.5V基准电压，供模数转换使用。
[0012]与现有技术相比，本发明有益效果是:
[0013]I)本应急电源是一种预装式低谷电储能的应急电源屋，可输出交流、变频交流和直流电源，支撑主系统电源突发停止供电时，钒电池储能装置可使部分设备继续供电，确保现场某些设备在一定时间内安全工作；
[0014]2)采用钒电池储能装置，其功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等一系列独特优点；
[0015]3)采用钒电池和低谷电储能，可以实现显著节能和降低运行费用；
[0016]4)本应急电源是一种预装移动式低谷电储能的应急电源屋，在工厂中预先安装、调试好，用大型平板车，运送到使用地，接上主系统电源，即可使用。适用于矿山、铁路、石油、天燃气和水利等大型工程应急电供电；
[0017]5)本应急电源采用空调式内部温度调控方式，屋内外全密封，适用于潮湿、盐雾和风沙等恶劣环境条件下工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是大功率移动式低谷电储能应急电源屋的外形结构侧视图。
[0019]图2是大功率移动式低谷电储能应急电源屋的内部结构图。
[0020]图3是大功率移动式低谷电储能应急电源的系统原理图。
[0021]图4是储能快速充放电控制器。
[0022]图5是双向逆变/变频器单元。
[0023]图6是钒电池电压、温度检测单元。
[0024]图7是大功率移动式低谷电储能应急电源的系统框图。
[0025]图8是低谷电储能控制系统框图。
[0026]图1、2中:1_支架模块2-扶梯扶手3-电气屋带保温层的外墙板4_电源系统模块空调外部热管交换器5-电源系统模块侧门雨搭6-电源系统模块侧门7-平台扶手8-钒电池正极电解液储液罐及泵(I) 9-钒电池单元10-钒电池负极电解液储液罐及泵
(2)11-照明灯12-温度检测逆变器13-空调内部热交换器14-烟雾监测传感器15-湿度监测传感器16-充放电控制器17-低谷电储能控制系统18-双向逆变/变频器19-用电系统切换与直流电源输出20-显不屏21-电气屋内部地板
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进一步说明:
[0028]见图1所示，一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，电源屋的外部结构包括支架模1、扶梯扶手2、电气屋带保温层的外墙板3、电源系统模块空调外部热管交换器4、电源系统模块侧门雨搭5、电源系统模块侧门6、平台扶手7 ;见图2所示，电源屋的内部结构包括大功率移动式低谷电储能应急电源系统、照明灯11、空调内部热交换器13、烟雾监测传感器14、湿度监测传感器15、电气屋内部地板21 ;见图3，所述大功率移动式低谷电储能应急电源系统包括整流电路、三相电检测电路、KM接触器、开关Q、直流输出端、二极管D2、双向逆变/变频器、钒电池低谷电储能系统；当主系统电源正常供电时，主电源开关Q21、开关Q22闭合，主电源开关Q21 —路依次经整流电路、双向逆变/变频器、KM4?KMn接触器与交流分路输出端连接；一路经三相电检测电路驱动接触器KM3 ;另一路连接钒电池低谷电储能系统，在低谷电储能控制系统的控制下对钒电池堆储能充电；所述钒电池低谷电储能系统包括钒电池堆、快速充放电单元、钒电池电压及温度检测单元、低谷电储能控制系统；当主系统电源突然断电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q24闭合，三相电检测电路驱动接触器KM3触点接通，电钒电池依次经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接双向逆变/变频器、KM4?KMn接触器与交流分路输出端连接；当需要直流输出时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23随时闭合，电钒电池直接连接直流输出端；所述低谷电储能控制系统冋时连接手动/自动控制。
[0029]见图3，QFl是快速充放电单元的输入端。见图4，所述快速充放电单元的功能是将由Q22接入的Q221?Q223三相交流电整流为直流，接点QF11、QF12输出的直流信号变成方波，对钒电池堆充电，开关管T8、T9，电容C4、C5及电感L4构成了快速充电电路，快速充放电单元由充放电控制器进行控制，充放电控制器通过现场总线，接收低谷电储能控制系统控制，在低谷电储能控制系统的控制下，快速充放电单元可实现在主电源系统突然停电时的应急供电，也可定期对钒电池堆进行控制放电，用以改善钒电池堆的特性。
[0030]见图3，QF2是双向逆变/变频器的输入端，QF3是双向逆变/变频器的输出端。见图5，双向逆变/变频器中包括电压变换电路、逆变器、滤波器及双向逆变器控制电路，电压变换电路的输入信号取自接入切换单元的控制接点QF21、QF22的直流输出，接触器K合上时，直流信号经电容Cl、电感LI及开关管T7形成脉动方波，由开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6和电容C2组成的逆变器将直流信号转化成三相交流电，由电感L2、L3和电容C3组成的滤波器滤波后经输出端QF31、QF32、QF33输出至用电切换单元。
[0031 ] 见图6，钒电池电压及温度检测单元包括MAXl32A/D转换器、2.5V基准电压源、DSP电压温度检测控制器、DS18B20电池温度变送器、网络接口和存储器，2.5V基准电源与MAX132A/D转换器连接，MAX132A/D转换器通过数据总线DBl和地址总线ABl与DSP电压温度检测控制器连接；DSP电压温度检测控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；DS18B20电池温度变送器为一线总线数字集成温度变送器，与DSP电压温度检测控制器连接，用于测量钒电池堆温度；MAX132A/D转换器检测钒电池堆的输出电压，由被测电压端输入，MAX132A/D转换器根据规定要求设有高精度、高分辨率的基准电压，2.5V基准电压，供模数转换使用。DSP电压温度检测控制器同时设有开关量输入输出以及USB接口。
[0032]钒电池堆是由钒电池正极电解液储液罐及泵(1)8、钒电池单元9、钒电池负极电解液储液罐及泵(2) 10组成。
[0033]图2中所示的用电系统切换与直流电源输出19，即为所述的大功率移动式低谷电储能应急电源系统中由开关Q、整流电路、三相电检测电路、KM接触器与直流输出端所构成的连接电路。
[0034]见图3、图7，钒电池低谷电储能应急电源的工作原理为:当主系统电源正常供电时，主系统电源一路依次经主电源开关Q21、整流电流、逆变/变频器、接触器KM4?KMn，最后连接输出端，实现频率变化的交流电供电；一路接通三相电检测电路；另一路经过开关Q22连接钒电池低谷电储能系统，并在低谷电储能控制系统的控制下，对钒电池堆充电。当主系统电源突然停止供电时，三相电检测电路检测到突然停电，在低谷电储能控制系统的控制下，三相电检测电路驱动接触器KM3闭合，同时开关Q24接通，低谷电储能控制系统向快速充放电单元发出指令，由钒电池堆开始供电并输出直流电源，电流一路经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接带有逆变功能的双向逆变/变频器18、接触器KM4?KMn流向交流分路输出端，实现频率变化的交流供电。当需要直流供电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23闭合，钒电池堆直接输出直流电源。
[0035]见图8，低谷电储能控制系统包括系统电脑、显示屏、报警单元、GPRS无线通讯模块，系统电脑分别与显示屏、报警单元、GPRS无线通讯模块连接。系统电脑通过Profibus-DP和Modbus现场总线分别与充放电控制器、逆变/变频器、钒电池电压检测单元、钒电池温度检测单元、手动/自动、钒电池泵控制系统、运行控制连接。控制器可以手动或自动操作，通过现场总线和GPRS实现有线和远程无线控制及监视、也可与消防联动系统等外设系统通τΗ ο
【权利要求】
1.一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，所述电源屋的外部结构包括支架模块、扶梯扶手、电气屋带保温层的外墙板、电源系统模块空调外部热管交换器、电源系统模块侧门雨搭、电源系统模块侧门、平台扶手；其特征在于，所述电源屋的内部结构包括大功率移动式低谷电储能应急电源系统、照明灯、空调内部热交换器、烟雾监测传感器、湿度监测传感器、电气屋内部地板；所述大功率移动式低谷电储能应急电源系统包括整流电路、三相电检测电路、KM接触器、开关Q、直流输出端、二极管D2、双向逆变/变频器、钒电池低谷电储能系统；当主系统电源正常供电时,主电源开关Q21、开关Q22闭合，主电源开关Q21 —路依次经整流电路、双向逆变/变频器、KM4?KMn接触器与交流分路输出端连接；一路经三相电检测电路驱动接触器KM3 ;另一路连接钒电池低谷电储能系统，在低谷电储能控制系统的控制下对钒电池堆储能充电；所述钒电池低谷电储能系统包括钒电池堆、快速充放电单元、钒电池电压及温度检测单元、低谷电储能控制系统；当主系统电源突然断电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q24闭合，三相电检测电路驱动接触器KM3触点接通，电钒电池依次经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接双向逆变/变频器、KM4?KMn接触器与交流分路输出端连接；当需要直流输出时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23随时闭合，电钒电池直接连接直流输出端；所述低谷电储能控制系统同时连接手动/自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，其特征在于，所述快速充放电单元的功能是将由Q22接入的Q221?Q223三相交流电整流为直流，接点QFl1、QF12输出的直流信号变成方波，对钒电池堆充电，开关管T8、T9，电容C4、C5及电感L4构成了快速充电电路，快速充放电单元由充放电控制器进行控制，充放电控制器通过现场总线，接收低谷电储能控制系统控制，在低谷电储能控制系统的控制下，快速充放电单元可实现在主电源系统突然停电时的应急供电，也可定期对钒电池堆进行控制放电，用以改善钒电池堆的特性。
3.根据权利要求1所述的一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，其特征在于，所述双向逆变/变频器中包括电压变换电路、逆变器、滤波器及双向逆变器控制电路，电压变换电路的输入信号取自接入切换单元的控制接点QF21、QF22的直流输出，接触器K合上时，直流信号经电容Cl、电感LI及开关管T7形成脉动方波，由开关管Tl、T2、T3、T4、T5、T6和电容C2组成的逆变器将直流信号转化成三相交流电，由电感L2、L3和电容C3组成的滤波器滤波后经输出端QF31、QF32、QF33输出至用电切换单元。
4.根据权利要求1所述的一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，其特征在于，所述钒电池电压及温度检测单元包括MAX132A/D转换器、2.5V基准电压源、DSP电压温度检测控制器、DS18B20电池温度变送器、网络接口和存储器，2.5V基准电源与MAX132A/D转换器连接，MAX132A/D转换器通过数据总线DBl和地址总线ABl与DSP电压温度检测控制器连接；DSP电压温度检测控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；DS18B20电池温度变送器为一线总线数字集成温度变送器，与DSP电压温度检测控制器连接，用于测量钒电池堆温度；MAX132A/D转换器检测钒电池堆的输出电压，由被测电压端输入，MAX132A/D转换器根据规定要求设有高精度、高分辨率的基准电压，2.5V基准电压，供模数转换使用。
【文档编号】H02M7/797GK104269904SQ201410553413
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】何平, 李峰毅, 王春岩 申请人:鞍山宏源环能科技有限公司