一种应用于发电机的能量回馈系统及发电系统的制作方法

本发明涉及后备电源带假负载测试技术领域，特别是涉及一种应用于发电机的能量回馈系统及发电系统。

背景技术：

随着大数据、云计算、物联网、人工智能的发展，数据中心朝着高密度、大型化、集中化、绿色化方向发展，因此，数据的安全可靠性显得越来越重要。为了降低市电突然断电造成的数据丢失的问题，常用的方式是在大型数据中心配备若干台发电机(常用的是柴油发电机)作为后备电源。

由于发电机或发电机组长期不使用或者低功率欠载运行，很快会造成积碳，严重时会发生机组爆燃事故，严重影响机组寿命。因此，现有技术中，通常使用10kv固定式假负载对新装机组进行验收带载测试和每年定期维护测试。图1为现有技术提供的一种对发电机发电系统结构图。如图1所示，在正常情况下，实际用电负载2由市电供电，但市电掉电后，柴油发电机启动，柴油发电机输出电能至低压配电柜，再输送至实际用电负载2，实现实际用电负载2的电源不间断。当需要对柴油发电机进行验收待载测试或定期维护测试时，将柴油发电机与假负载1连接，使得柴油发电机输出的电能直接提供给假负载1，该过程中通过假负载1上自带的测试工具计算柴油发电机的输出电流，输出电压，输出功率等电参数实现对柴油发电机的测试。由于柴油发电机每次带假负载1测试时需要消耗大量的柴油，其产生的能量最终通过假负载1发热散失，造成了严重的能源浪费。

由此可见，在对发电机进行测试时，如何降低测试成本，提高能源利用率是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应用于发电机的能量回馈系统及发电系统，用于在对发电机进行测试时，降低测试成本，提高能源利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于发电机的能量回馈系统，应用于发电机测试过程，包括用于与发电机的输出端连接的整流单元，用于对所述发电机输出的交流电进行整流以输出预定电压的直流电，所述整流单元用于与储能装置和/或实际用电负载连接。

优选地，所述整流单元与所述实际用电负载连接，还包括：设置在所述整流单元与所述实际用电负载之间的逆变单元，用于对所述整流单元输出的直流电进行逆变以输出预定电压的交流电，所述逆变单元的输出端与低压配电柜连接以为所述实际用电负载供电。

优选地，还包括：设置在所述逆变单元与所述实际用电负载之间的变压器，用于对所述逆变单元输出的交流电进行电压变换以输出预定电压的交流电。

优选地，所述变压器具体为升压变压器，且所述升压变压器的输出端通过高压室油机出线柜与市电并网以为所述实际用电负载供电。

优选地，所述整流单元具体包括两个并联连接的整流器，所述逆变单元具体包括两个并联连接的逆变器，所述变压器为干式双分裂升压变压器。

优选地，所述整流单元通过第一集装箱装载，所述第一集装箱内还设置有低压进线孔、低压隔离柜和直流输出柜，所述低压进线孔用于与所述发电机的输出端连接，所述低压隔离柜设置在所述整流器的前端，所述整流器的输出端通过所述直流输出柜与所述逆变器连接。

优选地，所述逆变单元通过第二集装箱装载，所述第二集装箱内还设置有直流输入柜、高压隔离柜和高压出线孔，所述逆变器通过所述直流输入柜与所述直流输出柜连接，所述高压隔离柜设置在所述干式双分裂升压变压器的后端，并通过所述高压出线孔与高压市电进线柜连接。

优选地，所述第一集装箱还包括：消防装置、检测装置和与所述检测装置连接的通讯电力柜以将检测结果发送至监控平台。

优选地，所述第二集装箱还包括：消防装置、检测装置和与所述检测装置连接的通讯电力柜以将检测结果发送至监控平台。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种发电系统，包括发电机，还包括上述所述的应用于发电机的能量回馈系统。

本发明所提供的应用于发电机的能量回馈系统，包括与发电机的输出端连接的整流单元，用于与储能装置和/或实际用电负载连接，使得在发电机测试时，将发电机输出的交流电进行整流以输出预定电压的直流电以供给储能装置和/或实际用电负载。由此可见，在对发电机测试过程中，应用本发明提供的能量回馈系统，一方面，整流单元为功率模块，可以通过调整功率模块实现对发电机的测试，另一方面，将测试时发电机输出的电能消耗在储能装置或实际用电负载上，实现了能量的回收利用，相比于假负载而言，本系统降低了测试成本，提高了能源的利用率。

此外，本发明所提供的发电系统包括上述能量回馈系统，同样具有上述效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种对发电机发电系统结构图；

图2为本发明实施例提供的一种能量回馈系统与实际用电负载连接的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种包含有储能装置的能量回馈系统的结构图；

图4为本发明实施例提供的一种包含有逆变单元的能量回馈系统的结构图；

图5为本发明实施例提供的另一种包含有逆变单元的能量回馈系统的结构图；

图6为本发明实施例提供的一种包含有变压器的能量回馈系统的结构图；

图7为本发明实施例提供的另一种包含有变压器的能量回馈系统的结构图；

图8为本发明实施例提供的一种能量回馈系统的测试功能和功率调整示意图；

图9为本发明实施例提供的一种能量回馈系统中第一集装箱的平面结构图；

图10为本发明实施例提供的一种能量回馈系统中第二集装箱的平面结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种应用于发电机的能量回馈系统及发电系统，用于在对发电机进行测试时，降低测试成本，提高能源利用率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，本发明提供的能量回馈系统应用于发电机测试过程，本文中的发电机不限定所用能源类型，例如可以是柴油发电机，当然也可以是其它类型的发电机，不影响本发明技术方案的实施。在具体实施中，发电机通常是指低压发电机，例如输出电压为400v。另外，实际用电负载的类型也不作限定，可以是大型服务器等设备，可以应用在石油、化工、矿山、冶炼等行业领域。此外，本文中的发电机可以是一台发电机，也可以是由多台发电机并网发电，即也可以是发电机组，只不过在测试时都是单台发电机测试。并网发电的实施方式中可以是与市电并网，也可以是与其它类型的电源并网，下文中均是以与市电并网进行说明。

实施例一

图2为本发明实施例提供的一种能量回馈系统与实际用电负载连接的结构图。图3为本发明实施例提供的一种包含有储能装置的能量回馈系统的结构图。如图2或3所示，该系统包括用于与发电机3的输出端连接的整流单元4，用于对发电机3输出的交流电进行整流以输出预定电压的直流电，整流单元4用于与储能装置5和/或实际用电负载2连接。

图2和图3的区别在于，图2中整流单元的输出端只与实际用电负载连接，图3中的整流单元的输出端除了与实际用电负载连接外，还与储能装置连接。当然，除了图2和图3的结构外，整流单元还可以只与储能装置连接。可以理解的是，发电机输出的是低压交流电(例如，400v)，经过整流单元整流后得到低压直流电(例如，240v)，则实际用电负载必然也是用低压直流的负载。

整流单元的作用是整流，那么必然包含有整流器，整流器的个数以及连接方式不作限定。整流单元为功率模块，可以通过调整功率模块实现对发电机的测试。

可以理解的是，本申请中的实际用电负载是与假负载中的负载有本质区别的，假负载中的负载仅仅是在发电机测试时才投入使用，而实际用电负载即使不进行发电机测试，也需要与电源(例如，市电)连接，实现特定的功能。对于实际用电负载的类型不作限定，例如使用240v直流电的it负载(常见是服务器)。当实际用电负载与整流单元连接，则可以使用发电机输出的电能，实现能量的回收。可以理解的是，由于实际用电负载通常是与市电连接的，因此，在测试时，可以将市电断开，使得实际用电负载所需要的电能均由发电机提供，还可以是不断开市电，发电机输出的电能与市电并网后共同为实际用电负载供电，上述两种方式本实施例不作限定。

储能装置通常是电池组，若与整流单元连接，则可以对发电机输出的电能储存，实现能量的回收。另外，如果整流单元与储能装置连接，则储能装置还可以与实际用电负载连接，本实施例中将储能装置与实际用电负载连接的目的是为了消耗储能装置上的储存的电能。在一种具体应用场景中，发电机测试需要半小时，储能装置和实际用电负载都与整流单元连接，因此，在这一测试过程中，首先，储能装置和实际用电负载同时消耗发电机的电能。当储能装置充满电后，则实际用电负载单独消耗发电机的电能直至测试结束。当测试完毕后，可以将储能装置储存的电能释放至实际用电负载，从而为下一次储能做准备。需要说明的是，储能装置还可以与市电并网，为实际用电负载供电，此处不再赘述。

发电机的工作方式

1、发电机工作在直供一侧

为了保证实际用电负载的可靠性，通常情况下，为实际用电负载配备两路市电电源，当两路市电电源均断电时，低压直流所带电池组向通信装置及其它设备供电，最长可持续15分钟，发电机作为应急电源需向实际用电负载紧急供电。通常情况下，是由多个发电机构成发电机组，在接收市电停电信号后，发电机工作在直供一侧，发电机启动，首先达到额定电压、频率的发电机通过开关并联到发电机母线，其它发电机自动同步启动并送电，同期后并联于发电机母线，分担系统负载，待市电恢复正常后发电机自动解列，开关断开，市电进线开关闭合。

2、发电机工作在测试一侧

以上过程是发电机作为单纯的备用电源为实际用电负载供电的过程，在使用发电机的过程中，还需要对发电机进行测试，例如验收待载测试或定期维护测试。当对发电机测试时，发电机工作在测试一侧，启动发电机，发电机发出的交流电(例如，可以是400v交流电)经过整流后，供给后端使用。这里供给后端有三种情况，分别为：

1)单独供给储能装置(即整流单元只与储能装置连接)储能装置虽然可以储能，但是通常情况下，储能有限，所以通常需要与实际用电负载一起使用。

2)单独供给实际用电负载(即整流单元只与实际用电负载连接，如图2所示)

3)同时供给储能装置和实际用电负载(即整流单元既与储能装置连接又与实际用电负载连接，如图3所示)。

本实施例提供的应用于发电机的能量回馈系统，包括与发电机的输出端连接的整流单元，用于与储能装置和/或实际用电负载连接，使得在发电机测试时，将发电机输出的交流电进行整流以输出预定电压的直流电以供给储能装置和/或实际用电负载。由此可见，在对发电机测试过程中，应用本发明提供的能量回馈系统，一方面，整流单元为功率模块，可以通过调整功率模块实现对发电机的测试，另一方面，将测试时发电机输出的电能消耗在储能装置或实际用电负载上，实现了能量的回收利用，相比于假负载而言，本系统降低了测试成本，提高了能源的利用率。

实施例二

图4为本发明实施例提供的一种包含有逆变单元的能量回馈系统的结构图。图5为本发明实施例提供的另一种包含有逆变单元的能量回馈系统的结构图。由于实施例一中整流单元只能输出预定电压的直流电，因此的，对应的实际用电负载也只能是使用直流电的负载，局限性较大。当整流单元与实际用电负载连接时(整流单元还可以与储能装置连接，这里不作限定，只要与实际用电负载连接即可)，能量回馈系统除了整流单元4外，还包括：设置在整流单元4与实际用电负载之间的逆变单元6，用于对整流单元4输出的直流电进行逆变以输出预定电压的交流电，逆变单元6的输出端与低压配电柜连接以为实际用电负载供电。

其中，能量回馈系统具体通过转换开关投入测试或切除测试，能量回馈系统的输出端和发电机的另一输出端分别与转换开关的第一触点和第二触点连接，转换开关的公共端通过与低压配电柜连接。

图4和图5的区别在于，图4中整流单元的输出端只与逆变单元连接，图5中的整流单元的输出端除了与逆变单元连接外，还与储能装置连接。可以理解的是，发电机输出的是低压交流电(例如，400v)，经过整流单元整流后得到低压直流电(例如，400v)，可以为储能装置供电，再经过逆变单元后得到低压交流电(例如，400v)，逆变单元通过转换开关和低压配电柜与实际用电负载连接，那么在该种场景下，实际用电负载可以为使用低压交流电的负载。

本实施例，通过增加逆变单元，使得能量回馈系统最终输出低压交流电，以满足使用低压交流电的负载，丰富了能量回馈系统的应用场景。需要说明的是，由于本实施例中能量回馈系统还可以输出低压直流电，因此，直流电一侧除了可以连接储能装置外，还可以连接使用低压直流电的实际用电负载。

实施例三

图6为本发明实施例提供的一种包含有变压器的能量回馈系统的结构图。图7为本发明实施例提供的另一种包含有变压器的能量回馈系统的结构图。在上述实施例的基础上，能量回馈系统还包括：设置在逆变单元6与实际用电负载之间的变压器7，用于对逆变单元6输出的交流电进行电压变换以输出预定电压的交流电。

图6和图7的区别在于，图6中整流单元的输出端只与逆变单元连接，图7中的整流单元的输出端除了与逆变单元连接外，还与储能装置连接。需要说明的是，本实施例中的变压器的作用是电压变换，可以是降压变压器也可以是升压变压器，具体类型需要依据发电机的输出电压和实际用电负载所需要的电压。通过添加变压器，可以使得能量回馈系统适应多种发电机以及实际用电负载的类型，应用范围更广。

与实际用电负载连接时，变压器可以与市电并网供电，也可以单独供电。在一种具体实施中，实际用电负载有可能是使用高压交流电的负载，因此，作为优选地实施方式，变压器具体为升压变压器，且升压变压器的输出端通过高压室油机出线柜与市电并网以为实际用电负载供电。

图6和图7中，发电机工作在测试一侧时，能量回馈系统与市电并网为实际用电负载供电。发电机工作在测试一侧，启动发电机，发电机发出的交流电(例如，可以是400v交流电)先经过整流单元进行整流得到直流电(例如，整流成400v直流电)，再通过逆变单元将直流电进行逆变得到交流电，再通过升压变压器将交流电升压至实际用电负载所需要的交流电(例如，升压为10kv交流电)，最终将电能送入高压室发电机出线柜，高压室发电机出线柜接入高压市电进线柜，即完成并网发电。由于，并网发电技术已经非常成熟，具体并网控制的过程参见现有技术，本实施例不再赘述。

通过上述过程可以看出，在对发电机进行测试时，并不需要额外增加假负载，由假负载消耗的能耗全部加载在实际用电负载上。另外，整流单元和逆变单元均是功率模块，因此，能够通过调节功率模块实现测试时所需要的测试功能，并得到相应的测试结果。在具体实施中，测试功能包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率等。能量回馈系统随发电机功率调整范围为空载、25％、50％、75％、100％。以上调整范围可通过调整整流单元和逆变单元的功率器件的控制角α或占空比来控制整流输出电压，从而调整输出功率，本实施例不再赘述。图8为本发明实施例提供的一种能量回馈系统的测试功能和功率调整示意图。简单来说，市电正常供电在需要对发电机测试时，通过能量回馈系统控制，发电机能够自动跟踪市电检测同期，实现发电机与市电并联运行，并可以数字化设置负载分配率。

相对于实施例二来说，本实施例中加入了变压器，既可以得到低压直流电，也可以得到低压交流电，还可以得到高压交流电。另外，相比于单独给实际用电负载供电而言，通过与市电并网的方式，可以减小切换两种电源的频率，保持供电的稳定性。

由于单个整流器和单个逆变器的功率有限，作为优选地实施方式，整流单元具体包括两个并联连接的整流器(图6或图7所示)，逆变单元具体包括两个并联连接的逆变器(图6或图7所示)，变压器为干式双分裂升压变压器。

本实施例中，整流单元中具体通过两个整流器来实现，逆变单元中具体通过两个逆变器来实现，最大功率可达2000kw，对应的，升压变压器为双绕组变压器，即本实施例提到的干式双分裂升压变压器。干式双分裂升压变压器具有两组绕组，分别与两个逆变器连接。干式双分裂升压变压器具有如下优点：高压绕组用铜线，低压绕组用铜线或铜箔绕制，玻璃纤维毡填充包绕，真空状态下用不加填料的环氧树脂绕注，固化后形成坚固的圆筒形整体，机械强度高，局部放电小，可靠性高；阻燃、防爆、不污染环境，缠绕线圈的玻璃纤维等绝缘材料具有自熄特性，不会因短路产生电弧，高热下树脂不会产生有毒有害气体；线圈不吸潮，铁芯夹件有特殊的防蚀保护层，可在100％相对湿度和其它恶劣环境中运行。可以理解的是，除了干式双分裂式变压器还可以采用其它类型的变压器，本实施例不再赘述。

图9为本发明实施例提供的一种能量回馈系统中第一集装箱的平面结构图。如图9所示，作为优选地实施方式，整流单元通过第一集装箱装载，第一集装箱内还设置有低压进线孔、低压隔离柜和直流输出柜，低压进线孔用于与发电机的输出端连接，低压隔离柜设置在整流器的前端，整流器的输出端通过直流输出柜与逆变器连接。

图10为本发明实施例提供的一种能量回馈系统中第二集装箱的平面结构图。如图10所示，作为优选地实施方式，逆变单元通过第二集装箱装载，第二集装箱内还设置有直流输入柜、高压隔离柜和高压出线孔，逆变器通过直流输入柜与直流输出柜连接，高压隔离柜设置在干式双分裂升压变压器的后端，并通过高压出线孔与高压市电进线柜连接。

如图9或10所示，第一集装箱和第二集装箱均设置有多个柜门，方便安装和拆卸以及分单元运维，其中，每个功能单元都设置有独立单元小门，通过集装箱装载，可以方便运输与安装，缩短施工周期。通过低压进线孔可以方便接线和拆线，设置低压隔离柜和高压隔离柜可以实现电气的隔离，至于低压隔离柜和高压隔离柜的隔离方式本实施例不作限定。

进一步的，第一集装箱还包括：消防装置、检测装置和与检测装置连接的通讯电力柜以将检测结果发送至监控平台。

进一步的，第二集装箱还包括：消防装置、检测装置和与检测装置连接的通讯电力柜以将检测结果发送至监控平台。

由于整流器，逆变器以及干式双分裂升压变压器，在运行过程中会产生大量热量，如果不及时散热，容易导致第一集装箱或第二集装箱内温度过高，轻则影响设备的寿命，重则引起火灾等事故。因此，本实施例中，在第一集装箱和第二集装箱内均设置有消防装置，用于灭火，消防装置可以是瓶装灭火器。另外，为了能够及时散热，降低箱体内的温度，第一集装箱或第二集装箱还可以设置散热装置。可以理解的是，散热装置的类型本实施例不作限定，例如，箱体开有格栅，变压器采用自然风冷；整流器与逆变器采用智能温控风冷(类似挂装空调)。

本实施中提到的检测装置可以包括温度传感器、湿度传感器、短路感应器件、烟雾感应器件、风机联锁检测装置、风机风量检测装置、风机热过载检测装置等。以上这些检测装置能够采集箱体内的信号，产生检测结果，通过通讯电力柜将检测结果发送至监控平台，以便于工作人员统一监控，并且不需要到现场查看。

需要说明的是，为了进一步提高安全性，可以在第一集装箱内设置短路保护器件，例如配有熔断器，短路时自动卸载。风机联锁保护器件：未开启风机电源开关前，负载不能进行加载。风机风量保护器件：当有多台风机时，任一台风机的风量不足时，自动卸载并报警。风机热过载保护器件：任一台风机不能正常运转时，自动卸载并报警。

具体的，通讯电力柜具体通过rs485总线或以太网与监控平台通信连接。其中，rs485总线的通讯方式，抗干扰能力强，保证系统控制的稳定性，以太网传输速度快。当然，除了上述两种通信连接方式还可通过转换器实现各种通信协议的转换，使用usb或rs232端口通讯，本实施例不再赘述。

在上述实施例的基础上，第一集装箱和第二集装箱还可以设置有报警装置，用于在检测结果异常时报警提示。其中，报警装置可以是指示灯，可以安装在第一集装箱和第二集装箱的门上，方便查看。

可以理解的是，第一集装箱和第二集装箱还可以设置有低压电源，用于为箱体内的电子器件供电，这样能够克服外部电源供电时，供电线路较长，且不方便移动的缺点。

实施例四

以上实施例对于能量回馈系统进行了详细说明，本发明实施例还提供一种该能量回馈系统的发电系统。发电系统，具体包括发电机和能量回馈系统。

由于能量回馈系统与发电机的连接和工作方式在上文中进行了详细说明，因此，本实施例暂不赘述。

作为优选地实施方式，还包括用于对发电机输出的电量进行计量的电量计量装置，例如可以为电表等。具体的，可以在高压室发电机出线柜装设电量计量装置。

本实施例提供的发电系统，包括发电机和能量回馈系统，能量回馈系统包括与发电机的输出端连接的整流单元，用于与储能装置和/或实际用电负载连接，使得在发电机测试时，将发电机输出的交流电进行整流以输出预定电压的直流电以供给储能装置和/或实际用电负载。由此可见，在对发电机测试过程中，应用本发明提供的能量回馈系统，一方面，整流单元为功率模块，可以通过调整功率模块实现对发电机的测试，另一方面，将测试时发电机输出的电能消耗在储能装置或实际用电负载上，实现了能量的回收利用，相比于假负载而言，本系统降低了测试成本，提高了能源的利用率。

以上对本发明所提供的应用于发电机的能量回馈系统及发电系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。