一种铝空气电池混合供电系统及其控制方法

1.本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种铝空气电池混合供电系统及其控制方法。


背景技术：

2.电能源是人类社会赖以生存发展的物质基础和各国关注的战略重点。为确保重要负载的供电可靠性，在国防地下工程、民用重点设施中通常都设有应急发电设备，即采用“市电+应急电站”的双电源供电方式，在市电正常时或非重要时机使用市电供电，市电中断时或重要时机则采用应急电站供电。应急电站的种类很多，若采用柴油机+交流同步发电机组合的形式，则称为柴油机电站。它的主要优点是效率高、起动快、耗水量少、设备紧凑、运输方便、土建工程小、建设速度快以及操作维护简单等。在远离电力网的矿山、企业、城镇等，常设有柴油机电站作为应急动力和照明电源；在国防工程、军事基地和一些重要的企事业单位也多采用柴油机电站作为应急战备电源和备用电源。
3.然而，上述“市电+柴油机电站”双电源采用的是“集中式供电”方式，即市电和应急电站集中布设，并通过“主干网”呈辐射状为负载远距离供电。一旦市电和应急电站集中布设区域出现异常或被摧毁，所有负载区将无法进行电力保障，需检修才能恢复，不能实现故障区域的自动隔离和转供。此外，市电与柴油机电站自动切换存在15秒的切换时间，手动切换存在3分钟的切换时间，双电源切换期间除部分配备ups、eps等应急电源的设备外，多数负载将处于无电力保障的状态。
4.随着电化学、材料科学等技术的发展，继核能、太阳能、风能等新型能源之后，以铝空气电池为代表的新型高效化学能源已得到普遍关注与应用，铝空气电池不仅能量密度大、工作温度低、启动速度快、贮存寿命长，而且使用灵活、可分区布设，基于此，如何有效、合理地利用铝空气电池的上述特点，克服传统“市电+柴油机电站”双电源采用的“集中式供电”方式的缺陷，是目前新能源领域需要解决的一个关键难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：旨在提供一种铝空气电池混合供电系统及其控制方法，通过在局部区域分区布设多组铝空气电池，构建多个供电“局域网”，从而在主干线路或局部区域故障时，利用分区布设铝空电池之间的能量调度，确保不影响单区域设备供电；通过合理设计供电系统的拓扑结构和控制方法，形成“集中式+分布式”有机结合的混合供电模式，有效增强供电可靠性，提高能源利用效率。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种铝空气电池混合供电系统，包括集中供电单元与分布供电单元和综合管理平台，所述集中供电单元包括柴油机电站、市电供电模块、ups控制器和铅酸蓄电池组，所述ups控制器与柴油机电站、市电供电模块和铅酸蓄电池组之间电连接，所述分布供电单元包括若干铝空气电源、若干dc-dc变换器、若干铝空气电源检测模块、一个磷酸铁锂电池组和
一个dc-ac变换组，若干所述铝空气电源分别与若干dc-dc变换器电连接，若干所述dc-dc变换器均与dc-ac变换组电连接，所述dc-ac变换组和ups控制器共同电连接有负载单元，所述磷酸铁锂电池组与dc-ac变换组、负载单元和ups控制器电连接；所述综合管理平台与ups控制器和dc-ac变换组之间控制连接，所述综合管理平台可对铅酸蓄电池组和磷酸铁锂电池组的电量进行监测，所述铝空气电源检测模块可对铝空气电源状况进行监测，所述铝空气电源检测模块与综合管理平台信号连接，所述综合管理平台能够对多个铝空气电源共同输出的功率进行检测，还能对负载单元的负载功率进行检测；所述ups控制器可在综合管理平台控制下连通或断开与柴油机电站、市电供电模块、铅酸蓄电池组和负载单元之间的电连接；所述dc-ac变换组可在综合管理平台控制下连通或断开与磷酸铁锂电池组和负载单元的电连接。
8.所述ups控制器内置有转换开关，所述转换开关与柴油机电站和市电供电模块电连接。ups控制器可通过转换开关切换与柴油机电站和市电供电模块的连接。
9.所述ups控制器电连接有变压器柜，所述变压器柜与负载单元电连接。
10.所述磷酸铁锂电池组电连接有双向变流器，所述双向变流器和dc-ac变换组和负载单元电连接。
11.工作人员可通过综合管理平台对整个系统进行控制，柴油机电站3可进行发电工作用于负载使用，市电供电模块为本系统连接市电，市电对整个系统进行供电，用于供负载使用，ups控制器可在综合管理平台的控制下转换连接，铝空气电源检测模块用于对铝空气电源进行实时监测，本发明设计合理，能够在市电和柴油机切换时，通过铅酸蓄电池组临时进行供电，保障正常的电力供应，且在市电与柴油机发生故障时能够通过分布式供电对电力进行保障，且根据输出的电力和负载单元所需要的负载功率对输出电力进行分布调节，提高能源利用率。
12.当集中供电单元处于正常工作状态时，工作人员可操作综合管理平台控制分布供电单元待机，控制集中供电单元开始工作，给负载单元进行供电，当集中供电单元中市电供电模块处于正常工作状态时，综合管理平台控制ups控制器连接市电供电模块，通过市电供电模块直接给ups控制器供电，通过ups控制器给负载单元供电；
13.当市电供电模块发生故障需要切换为柴油机电站进行供电时，ups控制器切断与市电供电模块的连接，并与柴油机电站进行连接，在切换工程中，ups控制器建立与铅酸蓄电池组的连接，通过铅酸蓄电池组放电给ups控制器，再传输给负载单元供电，当市电供电模块能够正常工作时，ups控制器切断与柴油机电站的电连接，与市电供电模块进行连接，通过市电供电模块给负载单元进行供电，在切换过程中与上同理，通过铅酸蓄电池组临时对负载单元进行供电；
14.当市电供电模块进行供电或柴油机电站进行供电时，综合管理平台可对铅酸蓄电池组和磷酸铁锂电池组的电量进行监测，当检测到铅酸蓄电池组和磷酸铁锂电池组的电量不处于最大值时，控制给ups控制器给铅酸蓄电池组和磷酸铁锂电池组供电，从而对铅酸蓄电池组和磷酸铁锂电池组进行充电；
15.当市电供电模块进行供电或柴油机电站均不能正常进行供电工作时，工作人员可通过综合管理平台控制集中供电单元处于待机状态，ups控制器断开市电供电模块与柴油机电站的连接，分布供电单元开始工作，使多个铝空气电源同时开始供电，将电力分别传输
给dc-dc变换器进行升压，且多个dc-dc变换器将电力传输给dc-ac变换组，将直流电变为交流电流，然后通过dc-ac变换组将电力传输给负载单元；
16.综合管理平台对多个铝空气电源共同输出的功率进行检测，能对负载单元的负载功率进行检测，多个铝空气电源共同输出的功率标记为p1，负载单元的负载功率标记为p2，将若干铝空气电源的数量为n，综合管理平台检测到p1时，将功率平均分给每个铝空气电源进行输出，控制单个dc-dc变换器以p1/n的功率对单个铝空气电源进行输出；
17.当p1＞p2时，综合管理平台控制若干铝空气电源的共同输出功率以p2为标准进行输出，且单个铝空气电源的输出功率为p2/n，此时当综合管理平台检测到磷酸铁锂电池组的电量储存没有达到最大值时，则dc-ac变换组以p1-p2的功率，将多个铝空气电源的电力传输给磷酸铁锂电池组进行充电；
18.当p1＜p2时，且综合管理平台检测到磷酸铁锂电池组的剩余电量大于最小值时，则单个铝空气电源的以输出功率p1/n的功率进行输出，磷酸铁锂电池组以p2-p1的功率进行放电，此时若干铝空气电源和磷酸铁锂电池组共同作为负载电源进行对负载单元进行供电；
19.当p1＜p2时，且综合管理平台检测到磷酸铁锂电池组的剩余电量小于最小值，而综合管理平台检测到铅酸蓄电池组电量的大于最小值时，则单个铝空气电源的以输出功率p1/n的功率进行输出，铅酸蓄电池组以p2-p1的功率进行放电，此时若干铝空气电源和铅酸蓄电池组共同作为负载电源进行对负载单元进行供电；
20.当p1＜p2时，铅酸蓄电池组和磷酸铁锂电池组的剩余电量均小于最小值时，综合管理平台控制集中供电单元与分布供电单元均停止工作，停止给负载单元供电。
附图说明
21.本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
22.图1为本发明一种铝空气电池混合供电系统及其控制方法实施例的系统流程示意图一；
23.图2为本发明一种铝空气电池混合供电系统及其控制方法实施例的系统流程示意图二；
24.图3为本发明一种铝空气电池混合供电系统及其控制方法实施例的系统流程示意图三；
25.主要元件符号说明如下：
26.综合管理平台1、柴油机电站3、市电供电模块31、ups控制器32、转换开关321、变压器柜322、铅酸蓄电池组33、铝空气电源4、dc-dc变换器41、铝空气电源检测模块42、磷酸铁锂电池组43、双向变流器431、dc-ac变换组44、负载单元45。
具体实施方式
27.为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
28.如图1-3所示，本发明的一种铝空气电池混合供电系统，包括集中供电单元与分布供电单元和综合管理平台1，所述集中供电单元包括柴油机电站3、市电供电模块31、ups控
制器32和铅酸蓄电池组33，所述ups控制器32与柴油机电站3、市电供电模块31和铅酸蓄电池组33之间电连接，所述分布供电单元包括若干铝空气电源4、若干dc-dc变换器41、若干铝空气电源检测模块42、一个磷酸铁锂电池组43和一个dc-ac变换组44，若干所述铝空气电源4分别与若干dc-dc变换器41电连接，若干所述dc-dc变换器41均与dc-ac变换组44电连接，所述dc-ac变换组44和ups控制器32共同电连接有负载单元45，所述磷酸铁锂电池组43与dc-ac变换组44、负载单元45和ups控制器32电连接；所述综合管理平台1与ups控制器32和dc-ac变换组44之间控制连接，所述综合管理平台1可对铅酸蓄电池组33和磷酸铁锂电池组43的电量进行监测，所述铝空气电源检测模块42可对铝空气电源4状况进行监测，所述铝空气电源检测模块42与综合管理平台1信号连接，所述综合管理平台1能够对多个铝空气电源4共同输出的功率进行检测，还能对负载单元45的负载功率进行检测；所述ups控制器32可在综合管理平台1控制下连通或断开与柴油机电站3、市电供电模块31、铅酸蓄电池组33和负载单元45之间的电连接；所述dc-ac变换组44可在综合管理平台1控制下连通或断开与磷酸铁锂电池组43和负载单元45的电连接。所述ups控制器32内置有转换开关321，所述转换开关321与柴油机电站3和市电供电模块31电连接。ups控制器32可通过转换开关321切换与柴油机电站3和市电供电模块31的连接。所述ups控制器32电连接有变压器柜322，所述变压器柜322与负载单元45电连接。所述磷酸铁锂电池组43电连接有双向变流器431，所述双向变流器431和dc-ac变换组44和负载单元45电连接。
29.当集中供电单元处于正常工作状态时，工作人员可操作综合管理平台1控制分布供电单元待机，控制集中供电单元开始工作，给负载单元45进行供电，当集中供电单元中市电供电模块31处于正常工作状态时，综合管理平台1控制ups控制器32连接市电供电模块31，通过市电供电模块31直接给ups控制器32供电，通过ups控制器32给负载单元45供电；当市电供电模块31发生故障需要切换为柴油机电站3进行供电时，ups控制器32切断与市电供电模块31的连接，并与柴油机电站3进行连接，在切换工程中，ups控制器32建立与铅酸蓄电池组33的连接，通过铅酸蓄电池组33放电给ups控制器32，再传输给负载单元45供电，当市电供电模块31能够正常工作时，ups控制器32切断与柴油机电站3的电连接，与市电供电模块31进行连接，通过市电供电模块31给负载单元45进行供电，在切换过程中与上同理，通过铅酸蓄电池组33临时对负载单元45进行供电；当市电供电模块31进行供电或柴油机电站3进行供电时，综合管理平台1可对铅酸蓄电池组33和磷酸铁锂电池组43的电量进行监测，当检测到铅酸蓄电池组33和磷酸铁锂电池组43的电量不处于最大值时，控制给ups控制器32给铅酸蓄电池组33和磷酸铁锂电池组43供电，从而对铅酸蓄电池组33和磷酸铁锂电池组43进行充电；当市电供电模块31进行供电或柴油机电站3均不能正常进行供电工作时，工作人员可通过综合管理平台1控制集中供电单元处于待机状态，ups控制器32断开市电供电模块31与柴油机电站3的连接，分布供电单元开始工作，使多个铝空气电源4同时开始供电，将电力分别传输给dc-dc变换器41进行升压，且多个dc-dc变换器41将电力传输给dc-ac变换组44，将直流电变为交流电流，然后通过dc-ac变换组44将电力传输给负载单元45；综合管理平台1对多个铝空气电源4共同输出的功率进行检测，能对负载单元45的负载功率进行检测，多个铝空气电源4共同输出的功率标记为p1，负载单元45的负载功率标记为p2，将若干铝空气电源4的数量为n，综合管理平台1检测到p1时，将功率平均分给每个铝空气电源4进行输出，控制单个dc-dc变换器41以p1/n的功率对单个铝空气电源4进行输出；当p1＞p2时，
综合管理平台1控制若干铝空气电源4的共同输出功率以p2为标准进行输出，且单个铝空气电源4的输出功率为p2/n，此时当综合管理平台1检测到磷酸铁锂电池组43的电量储存没有达到最大值时，则dc-ac变换组44以p1-p2的功率，将多个铝空气电源4的电力传输给磷酸铁锂电池组43进行充电；当p1＜p2时，且综合管理平台1检测到磷酸铁锂电池组43的剩余电量大于最小值时，则单个铝空气电源4的以输出功率p1/n的功率进行输出，磷酸铁锂电池组43以p2-p1的功率进行放电，此时若干铝空气电源4和磷酸铁锂电池组43共同作为负载电源进行对负载单元45进行供电；当p1＜p2时，且综合管理平台1检测到磷酸铁锂电池组43的剩余电量小于最小值，而综合管理平台1检测到铅酸蓄电池组33电量的大于最小值时，则单个铝空气电源4的以输出功率p1/n的功率进行输出，铅酸蓄电池组33以p2-p1的功率进行放电，此时若干铝空气电源4和铅酸蓄电池组33共同作为负载电源进行对负载单元45进行供电；当p1＜p2时，铅酸蓄电池组33和磷酸铁锂电池组43的剩余电量均小于最小值时，综合管理平台1控制集中供电单元与分布供电单元均停止工作，停止给负载单元45供电。
30.本发明设计合理，能够在市电和柴油机切换时，通过铅酸蓄电池组33临时进行供电，保障正常的电力供应，且在市电与柴油机发生故障时能够通过分布式供电对电力进行保障，且根据输出的电力和负载单元所需要的负载功率对输出电力进行分布调节，提高能源利用率。
31.上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。