UPS储能控制方法和系统与流程

本发明涉及电力系统储能技术领域，尤其涉及一种ups储能控制方法和系统。

背景技术：

不间断电源(ups，uninterruptiblepowersystem)作为传统的安全供电设备，对电压过大和电压过低均提供保护，当市电输入正常时，ups将市电稳压后供应给负载使用，此时的ups就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断或事故停电时，ups立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载不间断地供应220v交流电。

传统的ups中的电池等储能单元的功能单一，并没有考虑利用不同时段电力来优化供电进而参与电网服务功能，在负荷高峰时放电，在负荷低谷时充电，实现对负荷的如削峰填谷、电网支撑及系统扩容等。另外，在多数电网质量较好的地区，储能介质长期得不到放电，不易发现电池的安全性问题，只能依赖电池的自检功能放电，或者定期巡检，导致系统的运维成本较高。如何拓展ups的功能应用，提高设备的利用率，优化电力供给，提高ups系统的安全性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述现有技术中的问题，提供一种ups储能控制方法和系统。

一种ups储能控制方法，包括至少一个储能单元，以及分别连接到市电的电源模块、逆变器，所述ups储能控制方法包括以下步骤：

s1、检测所述储能单元的荷电量和健康状态，预设所述储能单元的放电时间tmax、最大放电深度dmax，并根据最大放电时间tmax及最大放电深度dmax计算放电深度；

s2、在谷时电价时段，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流、向所述负载输出工作电流，并使所述逆变器切换到市电逆变供电模式；

s3、在峰时电价时段，切换到由所述储能单元为所述负载供电的储能逆变供电模式，并在所述储能单元达到所述放电深度时将所述逆变器切换到市电逆变供电模式，且所述放电深度对应的放电时间小于或等于最大放电时间；

s4、在平时电价时段，使储能单元处于不充电也不放电的维持状态，并使所述逆变器切换到市电逆变供电模式。

本发明提供的ups储能控制方法中，所述步骤s1中包括以下：

s11、统计电网的峰时平均负载功率、峰时故障时段、峰时故障平均时长；

s12、根据所述峰时平均负载功率p、峰时故障时段以及峰时故障平均时长t1，计算放电深度d，计算公式为：

其中，k为电网稳定系数，h为所述储能单元的健康度。

本发明提供的ups储能控制方法中，所述步骤s1还包括：

s13、统计当地电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长并调整修正当地电网的电网稳定系数。

本发明提供的ups储能控制方法中，所述步骤s1还包括：

检测所述储能单元的荷电量和健康状态，所述健康状态的检测参数包括所述储能单元的电压、放电电流、内阻；

根据所述储能单元在放电时间内的电压、放电电流确定所述储能单元的健康度，所述健康度包括1至10级；在所述电压大于第一门坎，且放电电流大于第三门坎时，所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流大于第二门坎，所述健康度为10级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为9级；在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第一门坎且大于第二门坎，所述健康度为9级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为8级；在所述储能单元的内阻大于或等于第一安全阈值时，将所述储能单元的健康度设定为1级。

本发明提供的ups储能控制方法中，所述步骤s4还包括：

在所述储能单元的荷电量小于或等于第二安全阈值时，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流。

一种ups储能控制系统，包括至少一个储能单元，以及分别连接到市电的电源模块、逆变器，所述ups储能控制系统还包括开关模块、初始设置模块、监测模块、储能管理模块：

所述开关模块，用于根据用户指令，控制储能控制系统的启动或关闭；

所述初始设置模块，用于预设所述储能单元的最大放电时间tmax、最大放电深度dmax，并根据最大放电时间tmax及最大放电深度dmax计算放电深度；

所述监测模块，用于检测所述储能单元的荷电量和健康状态；

所述储能管理模块，在谷时电价时段时，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流、向所述负载输出工作电流，并使所述逆变器切换到市电逆变供电模式；在峰时电价时段时，切换到由所述储能单元为所述负载供电的储能逆变供电模式，并在所述储能单元达到所述放电深度时将所述逆变器切换到市电逆变供电模式，且所述放电深度对应的放电时间小于或等于最大放电时间；在平时电价时段，使储能单元处于不充电也不放电的维持状态，并使所述逆变器切换到市电逆变供电模式。

本发明提供的一种ups储能控制系统中，所述初始设置模块包括：统计电网的峰时平均负载功率、峰时故障时段、峰时故障平均时长，并根据所述峰时平均负载功率p、峰时故障时段以及峰时故障平均时长t1，计算放电深度d，计算公式为：

其中，k为电网稳定系数，h为所述储能单元的健康度。

本发明提供的一种ups储能控制系统中，所述初始设置模块还包括：统计当地电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长并调整修正当地电网的电网稳定系数。

本发明提供的一种ups储能控制系统中，所述监测模块用于检测所述储能单元的荷电量和健康状态，所述健康状态的检测参数包括所述储能单元的电压、放电电流、内阻；所述监测模块根据所述储能单元在放电时间内的电压、放电电流确定所述储能单元的健康度，所述健康度包括1至10级；在所述电压大于第一门坎，且放电电流大于第三门坎时，所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流大于第二门坎，所述健康度为10级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为9级；在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第一门坎且大于第二门坎，所述健康度为9级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为8级；在所述储能单元的内阻大于或等于第一安全阈值时，所述监测模块将所述储能单元的健康度设定为1级。

本发明提供的一种ups储能控制系统中，所述储能管理模块还用于在所述储能单元的荷电量小于或等于第二安全阈值时，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流。

上述公开的ups储能控制方法及系统在传统ups系统的硬件基础上，将储能技术方案与ups的传统功能结合。该方法及系统根据当地负荷、储能单元的特征参数及当地峰谷电价时段，预设ups储能单元的放电时间及放电深度，且通过统计当地电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，调整修正当地电网的电网稳定系数，实时更新储能单元的放电深度，保障用电安全，优化能源配置，实现削峰填谷功能。

对电网运营方来说，利用ups储能单元削峰填谷能够推迟设备容量升级，提高设备利用率，在ups的储能单元每天多次的充放电过程中，可及时检测储能单元的健康状态，提高了系统的安全性，节省设备更新的费用，降低了使用成本。此外，采用该功能后，ups作为电网的储能单元，接受电网的调度，参与电网的峰谷调整，在传统ups设备的基础上提高了ups设备的智能化、物联化程度。

对数据中心、交通、教育、工矿企业、石油化工等用户来说，采用ups储能单元的削峰填谷功能，在保证储能单元和ups备电安全情况下，利用峰谷平电价的差异，每天进行错峰填谷，有效的进行能源管理，高效率的利用电能，并利用峰谷电价差获得经济效益。

附图说明

图1为本发明一实施例的ups储能控制方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图1所示，一种ups储能控制方法，包括至少一个储能单元，以及分别连接到市电的电源模块、逆变器，ups储能控制方法包括以下步骤：

s11：检测所述储能单元的荷电量和健康状态，预设所述储能单元的最大放电时间tmax、最大放电深度dmax，并根据最大放电时间tmax及最大放电深度dmax计算放电深度。

具体地，实时检测所述储能单元的荷电量和健康状态，其中，所述健康状态的检测参数包括所述储能单元的电压、放电电流、内阻；根据所述储能单元在放电时间内的电压、放电电流确定所述储能单元的健康度，所述健康度包括1至10级；如表1中所示，储能单元的健康度8级、9级、10级与电压和放电电流的逻辑关系，在所述电压大于第一门坎，且放电电流大于第三门坎时，所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流大于第二门坎，所述健康度为10级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为9级；在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第一门坎且大于第二门坎，所述健康度为9级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为8级；

表1

此外，在所述储能单元的内阻大于或等于第一安全阈值时，将所述储能单元的健康度设定为1级。

在充放电管理的过程中，根据充放电时的电压和电流关系，判断储能单元的健康度。如在放电时，在规定的放电检测周期内，当检测到以某一区间的放电电流进行放电时，电压下降得过快，超过了储能单元曲线所规定的下限电压值，则认为储能单元品质存在问题，并告警提示用户，需要对储能单元进行检修或者更换。通过上述方式，可以及早发现储能单元存在的问题，而不必要等市电掉电时储能单元被动放电时，才发现储能单元品质问题，从而避免因储能单元品质问题给用户带来损失。

进一步地，所述步骤s11中通过以下步骤预设放电深度：

统计电网的峰时平均负载功率、峰时故障时段、峰时故障平均时长；

根据所述峰时平均负载功率p、峰时故障时段以及峰时故障平均时长t1，计算放电深度d，计算公式为：

其中，k为电网稳定系数，h为所述储能单元的健康度。

具体地，用户可以根据不同地区和国家的峰谷平定义不同自由设置峰谷平的时段，确保使用的灵活性。在电网故障时，通过统计电网的峰时平均负载功率、峰时故障时段、峰时故障平均时长，根据计算公式可得到放电深度d。从计算公式可以得出，电网稳定系数k越大，对应的放电深度越大；峰时平均负载功率p越小，则对应的放电深度越大，上述公式充分考虑了负载率、故障率、电网稳定性的影响，在保证负载运行可靠性的前提下，尽可能的提高储能单元的储能利用率，最大程度的参与削峰填谷。

进一步地，所述步骤s11中还通过以下步骤：

统计当地电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长并调整修正当地电网的电网稳定系数。

s12：判断是否为峰时电价时段，如果是峰时电价时段，则执行步骤s13：使储能单元处于放电状态，直至达到预设的放电深度，即，使所述逆变器切换到由所述储能单元为所述负载供电的储能逆变供电模式，并在所述储能单元达到预设放电深度时将所述逆变器切换到市电逆变供电模式；如果不是，则执行步骤s14：继续判断是否处于平时电价时段，如果是平时电价时段，则执行步骤s15：使储能单元处于不充电也不放电的维持状态，并使逆变器切换到市电逆变供电模式，如果不是，执行步骤s16：继续判断是否处于谷时电价时段，如果是谷时电价时段，则执行步骤s17：使储能单元处于充电状态，并使逆变器切换到市电逆变供电模式，即，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流、向所述负载输出工作电流；如果不是，返回到执行步骤s11。

在步骤s15中，当所述储能单元的荷电量小于第二安全阈值时，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流。

当用户不选择ups储能控制方法的时候，在电网输入正常时，ups将市电稳压后供应给负载使用，此时的ups就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内储能单元充电；当市电中断或事故停电时，ups立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载不间断地供电，ups原有的功能不受影响，没有变化。

当用户选择ups储能控制方法的时候，ups增加了储能功能，该功能能够提高ups机内储能单元的使用效率，在电网的电价不同时段，根据当地负荷、储能单元的特征参数及当地峰谷电价时段，预设ups储能单元的放电时间及放电深度，且通过统计当地电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，调整修正当地电网的电网稳定系数，实时更新储能单元的放电深度，保障用电安全，优化能源配置，实现削峰填谷功能。一方面提高了储能单元的使用效率；另一方面，ups的储能单元每天根据电网的峰谷平电价的差异进行智能化的控制，必然会每天多次对电池进行充放电管理，进而容易发现储能单元的品质问题，解决了日常电池损坏不能及时发现的问题，提高了ups系统的安全性。

为了便于更好地理解上述ups储能控制方法，下面结合具有上述方法功能的系统进行详细解释说明。

ups储能控制系统包括至少一个储能单元，以及分别连接到市电的电源模块、逆变器，所述ups储能控制系统还包括开关模块、初始设置模块、监测模块、储能管理模块：

所述开关模块，用于根据用户指令，控制储能控制系统的启动或关闭；

所述初始设置模块，用于预设所述储能单元的最大放电时间tmax、最大放电深度dmax，并根据最大放电时间tmax及最大放电深度dmax计算放电深度；

所述监测模块，用于检测所述储能单元的荷电量和健康状态；

所述储能管理模块，在谷时电价时段时，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流、向所述负载输出工作电流，并使所述逆变器切换到市电逆变供电模式；在峰时电价时段时，切换到由所述储能单元为所述负载供电的储能逆变供电模式，并在所述储能单元达到所述放电深度时将所述逆变器切换到市电逆变供电模式，且所述放电深度对应的放电时间小于或等于最大放电时间；在平时电价时段，使储能单元处于不充电也不放电的维持状态，并使所述逆变器切换到市电逆变供电模式。

在上述ups储能控制系统中，所述初始设置模块包括：统计电网的峰时平均负载功率、峰时故障时段、峰时故障平均时长，并根据所述峰时平均负载功率p、峰时故障时段以及峰时故障平均时长t1，计算放电深度d，计算公式为：

其中，k为电网稳定系数，h为所述储能单元的健康度。

ups具有储能功能后，用户可以通过ups人机界面等方式设置使用地区的峰谷平的时段，不同的地区，有不同的峰谷平的时段，峰谷平时段可以根据用户的需求进行设置。客户在选择储能功能应用的时候，预先设定储能单元的放电深度，确保电池应用于储能功能的时候，不会影响电池的寿命和ups关键用电设备的备电时间。灵活的设置也确保不同地区的峰谷平电价政策差异而带来的问题，同时可全面考虑到储能单元特征参数的不同，以及整体的经济效益和ups断电时候的安全性，储能单元的放电寿命等影响因素，优化储能单元主动放电的放电深度。

在上述ups储能控制系统中，所述初始设置模块还包括：统计当地电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长，根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长并调整修正当地电网的电网稳定系数。即，该初始设置模块包括自学习模式，具体是指ups根据所述峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长进行自学习统计，调整修正当地电网的电网稳定系数，并实时更新用户所设定的放电深度。自学习模式还包括根据储能单元放电至eod时的放电时长，自动修正储能单元的放电曲线，以更准确的预测放电时长与容量的关系，从而进一步优化放电深度。

在上述ups储能控制系统中，所述监测模块用于检测所述储能单元的荷电量和健康状态，所述健康状态的检测参数包括所述储能单元的电压、放电电流、内阻；所述监测模块根据所述储能单元在放电时间内的电压、放电电流确定所述储能单元的健康度，所述健康度包括1至10级；在所述储能单元的内阻大于或等于第一安全阈值时，所述监测模块将所述储能单元的健康度设定为1级在所述电压大于第一门坎，且放电电流大于第三门坎时，所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流大于第二门坎，所述健康度为10级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且所述健康度为10级；在所述电压大于第二门坎且小于或等于第一门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为9级；在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第一门坎且大于第二门坎，所述健康度为9级，在所述电压大于第三门坎且小于或等于第二门坎，且放电电流小于或等于第二门坎且大于第三门坎，所述健康度为8级。

在上述ups储能控制系统中，所述储能管理模块还用于在所述储能单元的荷电量小于或等于第二安全阈值时，使所述电源模块向所述储能单元输出充电电流。

上述ups储能控制系统在传统ups系统的硬件基础上，将储能技术方案与ups的传统功能结合。根据当地负荷、储能单元的特征参数及当地峰谷电价时段，预设ups储能单元的放电时间及放电深度，且根据电网的峰时故障时段、峰时故障频次以及峰时故障平均时长实时调整储能单元的放电深度，保障用电安全，优化能源配置，实现削峰填谷功能。解决了目前市场大量的ups的电池利用率不高以及能源均衡利用的问题，具有很好的经济效益和社会效益。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。