一种电能质量的控制系统的制作方法

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种电能质量的控制系统。

背景技术：

在《中国制造2025》规划的指引下，中国正处在先进制造业转型关键时期。先进制造业有技术密集、工艺复杂、设备精密、自动化程度高的共性，对电源的稳定性要求极高。统计表明，一次0.1秒的电源深度扰动，就会造成汽车装配企业25辆汽车报废；集成电路生产企业300万以上的损失；半导体行业失高达数千万元。现代供电网络日趋庞大，负荷、线路、电源之间的联系非常紧密，这就导致了电网发生短时压扰动的故障数量与波及范围越来大。为了得到相对稳定的电源，先进制造业工厂均投资建设了大量电源稳定设备。

但是企业自建稳定电源的方式在经济性面存着巨大缺陷。首先，设备投资企业巨大，利用率却极低。通常一套稳定电源设备在年里的使次数不超过10次，每次不超过1秒钟。其次，电源稳定设备的能耗极高，以ups为例，国内主流厂为例，国内主流厂家公布的数据是7％-10％的损耗，实际运行中能耗还会更高，能源浪费问题不但不利于节能减排，同时，高额的电费也成为企业一项沉重长期经济负担。第三，企业自建稳定电源的使用寿命较短，最长不超过5年。最后，大量的稳定电源设备在企业内运行，就需要大量的专业人员进日常维护，稳定电源的运维费用也是企业一项不小的经济支出。先进制造业对稳定电源的刚性需求，极大增加了企生产成本，降低了企业在市场上的综合竞争能力，不利于先进制造业的快速发展。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电能质量的控制系统，能够为先进制造业企业提供稳定、优质、低成本的电源。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种电能质量的控制系统，包括能源路由器、太阳能光伏电站、中央控制系统、集装箱式电池储能站、大电网；中央控制系统包括人机交互界面、内部集成算法控制模块、通信控制模块、驱动控制模块；能源路由器包括固态开关、双向换流器、直流母线、ac/dc端口；太阳能光伏电站采用分布式结构，包括多个屋顶太阳能光伏系统；集装箱式电池储能站包括蓄电池、电池管理系统、充电系统，电池管理系统，包括电池堆管理器、电池组管理器、数据采集模块、电池模块控制器；大电网为工业供电，来源于电厂石化能源发电；

集装箱式电池储能站与太阳能光伏电站均通过ac/dc端口接入直流母线；大电网接入能源路由器，负载通过交流母线与能源路由器连接，集装箱式电池储能站、太阳能光伏电站、能源路由器均与中央控制系统相连进行信息交互；

电池管理系统采用分层结构，电池堆管理器位于最上层，电池组管理器位于中间层，电池组管理器的数量g≥1，且为自然数，一个电池组管理器下设有电池模块控制器，电池模块控制器的数量c≥1，且为自然数；每个电池模块控制器下设有一个蓄电池，蓄电池与电池模块之间设有一个数据采集模块，每个蓄电池与充电系统均通过充电电路电连接，每条充电电路上均设有一个继电器；温度报警装置、温度控制信号灯、漏电报警装置与中央控制系统之间电连接；数据采集模块能采集包括蓄电池电压、电流、温度数据；电池模块控制器监视蓄电池的电压、温度、电流、漏电流，将相应信息通过电池组管理器传递给电池堆管理器，电池模块控制器通过电池堆管理器与中央控制系统进行信息交互；

蓄电池，包括电池槽、盖板、电极、板栅、可拆卸散热装置；

电池槽包括侧板、封板，底板，电池槽为中空壳体，两个侧板位于底板的左右两侧，封板位于底板的前后两侧，侧板上设有多个冷却槽，相邻两个冷却槽之间的距离相等，冷却槽截面呈“凸”形，冷却槽包括第一凹槽、第二凹槽，第一凹槽、第二凹槽截面均为长方形，第二凹槽截面尺寸小于第一凹槽截面尺寸，第一凹槽内部沿着纵向方向设有两个第三凹槽，两个第三凹槽关于第二凹槽对称；

封板上设有两个散热柱，散热柱为长方体，散热柱与盖板相平行的两个平面上分别设有一个第一凸台，两个第一凸台关于散热柱对称；散热柱与侧板相平行的两个平面上分别设有一个第一凸台，两个第一凸台关于散热柱对称；

可拆卸散热装置包括散热片、冷却片、冷却装置；

散热片包括散热主体、安装台，散热板呈“凸”形，散热主体包括第一散热板、第二散热板，第一散热板、第二散热板截面均为长方形，第二散热板截面尺寸小于第一散热板，第二散热板上设有两个安装台，两个安装台关于第二散热板对称；

冷却片为长方体，冷却片内充满冷却液；

冷却装置包括冷却壳体、冷却柱、隔离柱，冷却壳体包括槽体、安装板，槽体为长方形空腔，安装板与槽体密封连接成一体结构，安装板上设有两个方形槽，两个方形槽与盖板平行的平面上均设有一个卡槽；槽体与安装板相对的平面上设有安装区、隔离区，安装区的中心与平面几何中心重合，安装区为长方形，隔离区位于安装区外；安装区上设有多个冷却孔，冷却孔在安装区均匀分布成五行三列，相邻两行冷却孔之间的距离相等，相邻两列冷却孔之间的距离相等，每个冷却孔上均设有一个冷却柱；冷却柱为圆柱体，冷却柱一端封堵，另一端不封堵，不封堵端通过冷却孔与冷却壳体相连，连接处密封，隔离柱为两端封堵的空腔长方体结构，隔离柱位于隔离区的四个角上，隔离柱的高度为h1，冷却柱的高度为h2，h1>h2；冷却壳体、冷却柱内均充满冷却液；

冷却片位于第一凹槽内，每个第一凹槽内均设有一个冷却片；散热片通过安装台与第三凹槽的配合固定在电池槽上，每个冷却片旁均有一个散热片；冷却装置通过卡槽与第一凸台的配合固定在电池槽上，每个封板上均设有一个冷却装置；

盖板位于电池槽顶端，盖板与电池槽密封连接，电极包括正电极、负电极，正电极与负电极均置于电池槽容腔内，正电极、负电极的顶端伸出盖板，板栅置于电池槽内部容腔内；

双向换流器，包括换流器壳体、电能输入单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、第三功率转换单元、第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、负载输出端口和电网接口单元，第一功率转换单元、第二功率转换单元及第三功率转换单元均与电能输入单元相连接，第一滤波单元与第一功率转换单元相连接，第二滤波单元与第二功率转换单元相连接，第三滤波单元与第三功率转换单元相连接，第一滤波单元与第一隔离变压器相连，第一隔离变压器与第一输出电容相连，第二滤波单元与第二隔离变压器相连，第二隔离变压器与第二输出电容相连，第三滤波单元与第三隔离变压器相连，第三隔离变压器与第三输出电容相连，第一输出电容、第二输出电容及第三输出电容均与负载输出端口相连，第一输出电容、第二输出电容及第三输出电容均与电网接口单元相连。

所述壳体包括顶板、第一底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板。

所述第一底板为对称结构，底板的四个角为圆弧形，所述圆弧对应的角度为180°，所述圆弧的两边分别连接有第一圆弧形凹槽，圆弧对应的角度为b，b的大小为120～150°，所述第一底板还设有垫片，所述垫片设有四个，分别设置在第一底板的四个角上，第一底板上还设有若干第一通气窗，所述若干第一通气窗按五行四列排列，行与行之间距离相等，列与列之间距离相等。

所述第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板垂直设置于底板之上，第一侧板和第三侧板平行设置，第二侧板和第四侧板平行设置且结构相同，第一侧板和第二侧板垂直设置，第一侧板包括框架以及柜门，所述框架左右各设有一个圆弧形凸起和圆弧形凹槽，所述柜门上设有把手以及若干第二通气窗，所述若干第二通气窗按五行五列排列，行与行之间距离相等，列与列之间距离相等；所述第二侧板左右各设有一个圆弧形凸起和圆弧形凹槽，第二侧板上还设有第一散热装置、第二散热装置以及第三散热装置，第一散热装置与第二散热装置之间距离为d1，第二散热装置与第三散热装置之间距离为d2，d1＝d2，第一散热装置包括两块第三散热板，第二散热装置包括三块第三散热板，第三散热装置包括两块第三散热板；第三侧板左右各设有一个圆弧形凸起和圆弧形凹槽，第三侧板还设有两组第四散热装置，所述第四散热装置包括六块第三散热板，两组散热装置之间设有两个矩形凹槽，两个矩形凹槽之间的板面上设有若干第三通风窗，所述若干第三通风窗按六行四列排列，行与行之间距离相等，列与列之间距离相等。

所述顶板与第一底板平行设置，设置于第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板上方。

所述冷却片的长、宽、高与第一凹槽的长、宽、高均相等。

所述散热片、冷却片、冷却装置表面均覆有耐高温散热涂料。

所述隔离柱未与冷却壳体相连的一端上设有绝缘材料的弹性片。

本发明具有有益效果：

(1)本发明通过整合大电网、蓄电池储能、太阳能光伏发电三种能源，利用能源路由器、中央控制单元保证了电源的稳定性，提供优质安全的电源，保障了自动化设备连续生产的需求；通过在大电网谷段电价时，为每个蓄电池储能，在大电网峰段价时，将蓄电池内储存的电能向用户负载供电，有效利用峰谷电价差，改善用户负荷特性为工业用电大户实现节能用电服务；通过使用屋顶式太阳能光伏电站的建设方法，降低了太阳能发电建设成本；本发明实现了谷时充电储能、峰时放电供能及智慧用能管理，不但能够为客户节约峰谷电费差价，更能够进行负荷与发电预测、能量调度，使用户的用电负荷趋于均衡，实现电能的精细化管理与优化，提高用电可靠性，实现需求侧响应。

(2)本发明通过电池管理系统提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，电池管理系统采用分层结构，用一个电池模块控制器用于一个蓄电池，实现每个蓄电池的独立监测与控制，监视每个蓄电池的电压、温度，以及模块的电流和漏电流；最上层的电池堆管理器用于与中央控制系统交换信息，并向中间层的电池组管理器发布命令；通过电池管理系统实现过压、温度、漏电报警及保护功能。通过蓄电池的可拆卸散热装置与壳体设计，进一步改善了蓄电池的散热性能，避免蓄电池由于温度升高而产生电池鼓胀、开裂等情况的发生，有效提高蓄电池的安全性。

(3)本发明通过双向环流器中三个独立的功率转换模块经过各自的升压变压器输出后的电压串联起来，使得较低的电池电压可以得到较高的电网电压，此种连接控制方式较传统的系统可以提高两倍升压比。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为电池管理系统结构示意图。

图3为蓄电池安装可拆卸散热装置时的立体图。

图4为蓄电池未安装可拆卸散热装置时的立体图。

图5为蓄电池未安装可拆卸散热装置时的左视图。

图6为图5中a部分的放大图。

图7为蓄电池冷却装置结构示意图(1)。

图8为蓄电池冷却装置结构示意图(2)。

图9为蓄电池冷却装置结构示意图(3)。

图10为蓄电池散热片结构示意图。

图11为双向换流器内部元件连接图。

图12为第一底板结构示意图。

图13为第一侧板结构示意图。

图14为第二侧板结构示意图。

图15为第三侧板正视图。

图16为第三侧板俯视图。

图中：1-电池槽，2-盖板，3-正电极，4-负电极，5-阀孔，6-侧板，7-封板，8-底板，9-冷却槽，10-第一凹槽，11-第二凹槽，12-第三凹槽，13-散热柱，14-第一凸台，15-散热片，16-散热主体，17-安装台，18-第一散热板，19-第二散热板，20-冷却片，22-冷却装置，23-冷却壳体，24-冷却柱，25-隔离柱，26-槽体，27-安装板，28-方形槽，29-卡槽，30-冷却孔，100-中央控制系统，101-蓄电池，102-电池堆管理器，103-电池组管理器，104-数据采集模块，105-电池模块控制器，106-充电系统，107-继电器，108-漏电报警装置，109-温度报警装置，110-温度控制信号灯，201-第一底板，202-第一圆弧形凹槽，203-垫片，204-第一通气窗，205-第一侧板，206-第二侧板，207-第三侧板，208-框架，209-柜门，210-圆弧形凸起，211-圆弧形凹槽，212-把手，213-第二通气窗，214-第一散热装置，215-第二散热装置，216-第三散热装置，217-第三散热板，218-第四散热装置，219-矩形凹槽，220-第三通风窗，221-直流输入单元，222-第一功率转换单元，223-第二功率转换单元，224-第三功率转换单元，225-第一滤波单元，226-第二滤波单元，227-第三滤波单元，228-第一隔离变压器，229-第二隔离变压器，230-第三隔离变压器，231-第一输出电容，232-第二输出电容，233-第三输出电容，234-负载输出端口，235-电网接口单元，1000-大电网，1001-固态开关，1002-负载，1003-双向换流器，1004-能源路由器，1005-太阳能光伏电站，1006-集装箱式电池储能站，1007-ac/dc端口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。

一种电能质量的控制系统，包括能源路由器、太阳能光伏电站、中央控制系统、集装箱式电池储能站、大电网；中央控制系统包括人机交互界面、内部集成算法控制模块、通信控制模块、驱动控制模块；能源路由器包括固态开关、双向换流器、直流母线、ac/dc端口；太阳能光伏电站采用分布式结构，包括多个屋顶太阳能光伏系统；集装箱式电池储能站包括蓄电池、电池管理系统、充电系统，电池管理系统，包括电池堆管理器、电池组管理器、数据采集模块、电池模块控制器；大电网为工业供电，来源于电厂石化能源发电；

集装箱式电池储能站与太阳能光伏电站均通过ac/dc端口接入直流母线；大电网接入能源路由器，负载通过交流母线与能源路由器连接，集装箱式电池储能站、太阳能光伏电站、能源路由器均与中央控制系统相连进行信息交互；

电池管理系统采用分层结构，电池堆管理器位于最上层，电池组管理器位于中间层，电池组管理器的数量g≥1，且为自然数，一个电池组管理器下设有电池模块控制器，电池模块控制器的数量c≥1，且为自然数；每个电池模块控制器下设有一个蓄电池，蓄电池与电池模块之间设有一个数据采集模块，每个蓄电池与充电系统均通过充电电路电连接，每条充电电路上均设有一个继电器；温度报警装置、温度控制信号灯、漏电报警装置与中央控制系统之间电连接；数据采集模块能采集包括蓄电池电压、电流、温度数据；电池模块控制器监视蓄电池的电压、温度、电流、漏电流，将相应信息通过电池组管理器传递给电池堆管理器，电池模块控制器通过电池堆管理器与中央控制系统进行信息交互；

蓄电池，包括电池槽、盖板、电极、板栅、可拆卸散热装置；

电池槽包括侧板、封板，底板，电池槽为中空壳体，两个侧板位于底板的左右两侧，封板位于底板的前后两侧，侧板上设有多个冷却槽，相邻两个冷却槽之间的距离相等，冷却槽截面呈“凸”形，冷却槽包括第一凹槽、第二凹槽，第一凹槽、第二凹槽截面均为长方形，第二凹槽截面尺寸小于第一凹槽截面尺寸，第一凹槽内部沿着纵向方向设有两个第三凹槽，两个第三凹槽关于第二凹槽对称；

封板上设有两个散热柱，散热柱为长方体，散热柱与盖板相平行的两个平面上分别设有一个第一凸台，两个第一凸台关于散热柱对称；散热柱与侧板相平行的两个平面上分别设有一个第一凸台，两个第一凸台关于散热柱对称；

可拆卸散热装置包括散热片、冷却片、冷却装置；

散热片包括散热主体、安装台，散热板呈“凸”形，散热主体包括第一散热板、第二散热板，第一散热板、第二散热板截面均为长方形，第二散热板截面尺寸小于第一散热板，第二散热板上设有两个安装台，两个安装台关于第二散热板对称；

冷却片为长方体，冷却片内充满冷却液；

冷却装置包括冷却壳体、冷却柱、隔离柱，冷却壳体包括槽体、安装板，槽体为长方形空腔，安装板与槽体密封连接成一体结构，安装板上设有两个方形槽，两个方形槽与盖板平行的平面上均设有一个卡槽；槽体与安装板相对的平面上设有安装区、隔离区，安装区的中心与平面几何中心重合，安装区为长方形，隔离区位于安装区外；安装区上设有多个冷却孔，冷却孔在安装区均匀分布成五行三列，相邻两行冷却孔之间的距离相等，相邻两列冷却孔之间的距离相等，每个冷却孔上均设有一个冷却柱；冷却柱为圆柱体，冷却柱一端封堵，另一端不封堵，不封堵端通过冷却孔与冷却壳体相连，连接处密封，隔离柱为两端封堵的空腔长方体结构，隔离柱位于隔离区的四个角上，隔离柱的高度为h1，冷却柱的高度为h2，h1>h2；冷却壳体、冷却柱内均充满冷却液；

冷却片位于第一凹槽内，每个第一凹槽内均设有一个冷却片；散热片通过安装台与第三凹槽的配合固定在电池槽上，每个冷却片旁均有一个散热片；冷却装置通过卡槽与第一凸台的配合固定在电池槽上，每个封板上均设有一个冷却装置；

盖板位于电池槽顶端，盖板与电池槽密封连接，电极包括正电极、负电极，正电极与负电极均置于电池槽容腔内，正电极、负电极的顶端伸出盖板，板栅置于电池槽内部容腔内；

双向换流器，包括换流器壳体、电能输入单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、第三功率转换单元、第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、负载输出端口和电网接口单元，第一功率转换单元、第二功率转换单元及第三功率转换单元均与电能输入单元相连接，第一滤波单元与第一功率转换单元相连接，第二滤波单元与第二功率转换单元相连接，第三滤波单元与第三功率转换单元相连接，第一滤波单元与第一隔离变压器相连，第一隔离变压器与第一输出电容相连，第二滤波单元与第二隔离变压器相连，第二隔离变压器与第二输出电容相连，第三滤波单元与第三隔离变压器相连，第三隔离变压器与第三输出电容相连，第一输出电容、第二输出电容及第三输出电容均与负载输出端口相连，第一输出电容、第二输出电容及第三输出电容均与电网接口单元相连。

所述壳体包括顶板、第一底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板。

所述第一底板为对称结构，底板的四个角为圆弧形，所述圆弧对应的角度为180°，所述圆弧的两边分别连接有第一圆弧形凹槽，圆弧对应的角度为b，b的大小为120～150°，所述第一底板还设有垫片，所述垫片设有四个，分别设置在第一底板的四个角上，第一底板上还设有若干第一通气窗，所述若干第一通气窗按五行四列排列，行与行之间距离相等，列与列之间距离相等；

所述第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板垂直设置于底板之上，第一侧板和第三侧板平行设置，第二侧板和第四侧板平行设置且结构相同，第一侧板和第二侧板垂直设置，第一侧板包括框架以及柜门，所述框架左右各设有一个圆弧形凸起和圆弧形凹槽，所述柜门上设有把手以及若干第二通气窗，所述若干第二通气窗按五行五列排列，行与行之间距离相等，列与列之间距离相等；所述第二侧板左右各设有一个圆弧形凸起和圆弧形凹槽，第二侧板上还设有第一散热装置、第二散热装置以及第三散热装置，第一散热装置与第二散热装置之间距离为d1，第二散热装置与第三散热装置之间距离为d2，d1＝d2，第一散热装置包括两块第三散热板，第二散热装置包括三块第三散热板，第三散热装置包括两块第三散热板；第三侧板左右各设有一个圆弧形凸起和圆弧形凹槽，第三侧板还设有两组第四散热装置，所述第四散热装置包括六块第三散热板，两组散热装置之间设有两个矩形凹槽，两个矩形凹槽之间的板面上设有若干第三通风窗，所述若干第三通风窗按六行四列排列，行与行之间距离相等，列与列之间距离相等。

所述顶板与第一底板平行设置，设置于第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板上方。

所述冷却片的长、宽、高与第一凹槽的长、宽、高均相等。

所述散热片、冷却片、冷却装置表面均覆有耐高温散热涂料。

所述隔离柱未与冷却壳体相连的一端上设有绝缘材料的弹性片。

在大电网谷段电价时，双向换流器的可控硅部分工作在整流模式，将大电网的交流电源整至直母线，ac/dc端口采用独立的电磁隔离方案，从直流母线取能，按照接入源的要求分配给每个蓄电池组进行能的存储。

在大电网峰段价时，蓄池内存储的能通过ac/dc端口送至直流母线，同时，光伏发电的电能也通过ac/dc端口在直流母线上汇流，再通过双向换流器变为交流并网，向用户负载供电。

在大电网发生暂态故障，引起供压失稳时，固态开关在2个毫秒内动作，断开能源路由器与大电网的联系，以孤运行方式给用户负载供。

当大电网故障消失，恢复正常后，能源路由器首先检测大网电压的频率、相位、幅值，如果与孤网的参数相同，则指令固态开关导通，将负载交还大电网供电。如果有某项参数与大电网不同，则以电压源的特性，步进改变孤网运行参数，直至与大电网相同后，再导通固态开关。

当一个蓄电池温度高于设定值时，该蓄电池的数据采集模块将此时的温度信号通过电池堆管理器传递给中央控制系统，中央控制系统经过分析后，控制蓄电池的温度控制信号灯发光，此时工作人员为该蓄电池装上可拆卸散热装置；当该蓄电池温度一直高于设定值，持续的时间超过设定时间时，中央控制系统经过分析后，控制温度报警装置发出报警声，提醒工作人员进行检修；

当蓄电池充电过程中，蓄电池发生过充、过压时，数据采集模块将相应的电压、电流信号传递给中央控制系统，中央控制系统经过分析后，断开该蓄电池充电电路上的继电器；

当蓄电池的电压低于设定值时，数据采集模块将此时的电压、电流信号传递给中央控制系统，中央控制系统经过分析后，连接该蓄电池充电电路上的继电器，使充电电路连通，进行充电；当蓄电池充满后，数据采集模块将此时的电压、电流信号传递给中央控制系统，中央控制经过分析后，断开该蓄电池充电电路上的继电器，停止充电；

当蓄电池发生漏电时，数据采集模块将此时的电压、电流信号传递给中央控制系统，中央控制系统经过分析后，控制漏电报警装置发出报警声，提醒此时工作人员进行检修。

本发明实现了谷时充电储能、峰时放电供能及智慧用能管理，不但能够为客户节约峰谷电费差价，更能够进行负荷与发电预测、能量调度，使用户的用电负荷趋于均衡，实现电能的精细化管理与优化，提高用电可靠性，实现需求侧响应。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。