一种储能备电系统的制作方法

本发明涉及终端储能，具体涉及一种储能备电系统。

背景技术：

1、终端储能备电系统需要和电网相互配合给用电负载供电，以在出现电网中断的情况下按照要求迅速地切换为储能电池供电。

2、常规的切换技术是使用双电源转换开关4(ats)切换，具体如图1所示，储能电池1经过变流器2接入双电源转换开关4的输入侧，电网3同样接入双电源转换开关4的输入侧，双电源转换开关4的输出侧再与输电母线5相连，各个用电负载6分别连接所述输电母线5，如此，当电网3中断时，双电源转换开关4自动的切换到储能电池1进行供电，储能电池1通过变流器2实现变流后供电，但是由于双电源转换开关4的响应时间和动作时间都是秒级的，无法做到快速切换。另外，对于一些电力不稳定的地区，频繁停电、欠电压或者过电压，双电源转换开关4更是无法胜任。

3、为了能够保证电网3在任何异常状况(中断或者欠压等)下与储能电池供电的无缝切换，出现了采用基于在线式ups的备电系统方案，如图2所示，该方案中，电网3不再直接接入到用电负载供电的输电母线5上，而是通过一变流器2整流，然后再通过第二变流器7逆变回交流电后给用电负载6供电，储能电池1通过第二变流器7实现变流后送至输电母线5为用电负载6供电。在本方案中，因为在背靠背的两变流器中间的直流侧有储能电池1，所以当电网6中断后，储能电池1仍能通过第二变流器7给用电负载6不间断供电。如果电网3仍能供电，但电能质量严重下降(如欠压)，也因为有储能电池1的供电参与，直流侧电压仍能维持，第二变流器7工作不受电网3的影响。但是，该方案仍然存在如下的缺点：一是增加了第二变流器，成本大幅增加，二是电网3给用电负载6供电的能力被变流器2所局限，缺乏供电的灵活性和延展性。

4、因此，如何调整储能备电系统以保证供电的灵活性与稳定性，同时优化系统成本，是本申请所针对解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的一个主要目的在于克服上述的至少一种缺陷，是要提供一种储能备电系统，其能够在控制系统成本的同时，确保可靠、稳定地为负载供电。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种储能备电系统，包括储能电池、用电负载以及电网，所述储能电池与所述电网通过输电母线连接所述用电负载，通过所述储能电池和/或电网为所述用电负载供电，其还包括变流器，所述储能电池通过第一输电线与所述变流器的输入侧相连，所述变流器的输出侧通过第二输电线与所述输电母线相连，所述电网通过第三输电线与所述输电母线相连，其中，所述变流器在储能备电系统正常工作时保持在线工作状态。

4、根据本发明的其中一个实施方式，所述变流器包括采样控制单元和功率控制单元，所述采样控制单元的采样端位于所述输电母线，所述采样控制单元的输出端与所述功率控制单元相连。

5、根据本发明的其中一个实施方式，所述采样控制单元包括电压传感器、电流传感器以及采样电路，所述电压传感器、电流传感器经所述采样电路与所述输电母线相连，用于采集所述输电母线上的电压和电流并反馈至变流器。

6、根据本发明的其中一个实施方式，所述采样控制单元包括旋转变换电路、差分电路、比较控制器，所述电压传感器、电流传感器的信号输出端连接所述旋转变换电路，所述旋转变换电路再与所述差分电路的一个输入侧相连作为内环输入，所述差分电路的另一个输入侧与所述变流器的外环输入相连，所述差分电路的输出侧与所述比较控制器及功率控制单元分别相连，所述比较控制器的控制输出端用于控制所述第二输电线的通断。

7、根据本发明的其中一个实施方式，在所述第二输电线上设置有开关，所述比较控制器的控制输出端与所述开关电连接。

8、根据本发明的其中一个实施方式，所述开关串联设置于所述第二输电线上，所述开关为接触器或者断路器。

9、根据本发明的其中一个实施方式，所述电压传感器采集输电母线的实时电压va,b,c，所述电流传感器采集输电母线的实时电流ia,b,c；

10、所述旋转变换电路将所述实时电压va,b,c和实时电流ia,b,c转换成旋转坐标下的状态值iq和id，并通过所述差分电路将所述状态值iq和id与变流器的外环计算得到的指令值和求差，所得到的差值δiq和δid作为所述功率控制单元的控制指令，所述比较控制器根据所述差值δiq和δid控制所述第二输电线上的开关的接入或断开，用于切换储能备电系统的离并网模式。

11、根据本发明的其中一个实施方式，当所述差值δiq和δid在一定时间内维持超出设定阈值的状态时，所述比较控制器向所述第二输电线的开关发出断开指令，用于断开所述电网与所述输电母线间的连接。

12、根据本发明的其中一个实施方式，所述功率控制单元包括pwm发生器和功率半导体，所述pwm发生器的输入端与所述采样控制单元的输出端相连，所述pwm发生器的输出端与所述功率半导体相连，所述功率半导体用于控制所述第一输电线的通断。

13、根据本发明的其中一个实施方式，储能备电系统包括直流变换器，所述直流变换器连接在所述第一输电线上并位于所述储能电池与所述变流器之间。

14、根据本发明的其中一个实施方式，储能备电系统包括光伏组件，所述光伏组件的输出端与所述变流器的输入侧相连。

15、与现有技术相比较，本发明专利申请的储能备电系统的优点及有益效果在于：

16、本申请的储能备电系统，其优化了系统拓扑，变流器的输入侧只有与储能电池相连，变流器的输出侧与电网汇总后与输电母线相连，进而为与输电母线相连的负载供电，电网供电不受变流器容量限制，保证供电的灵活性和延展性，而变流器处于热备状态，当电网出现异常时可以无缝切换至储能电池的供电，确保在电网的电能质量频繁下降时用电负载正常得电工作。

17、本申请中仅需要一个变流器，且复用了变流器的电压、电流采样结果，不但能够优化储能备电系统的整体成本，还能够在系统工作过程中利用变流器中的网侧电压、电流采样值判断输电母线上的电能质量，一旦检测到输电母线处的供电异常后即可立即断开电网的供电，切换至储能电池供电，确保维持输电母线处供电稳定。

技术特征：

1.一种储能备电系统，包括储能电池、用电负载以及电网，所述储能电池与所述电网通过输电母线连接所述用电负载，通过所述储能电池和/或电网为所述用电负载供电，其特征在于，包括变流器，所述储能电池通过第一输电线与所述变流器的输入侧相连，所述变流器的输出侧通过第二输电线与所述输电母线相连，所述电网通过第三输电线与所述输电母线相连，其中，所述变流器在储能备电系统正常工作时保持在线工作状态。

2.根据权利要求1所述的储能备电系统，其特征在于，所述变流器包括采样控制单元和功率控制单元，所述采样控制单元的采样端位于所述输电母线，所述采样控制单元的输出端与所述功率控制单元相连。

3.根据权利要求2所述的储能备电系统，其特征在于，所述采样控制单元包括电压传感器、电流传感器以及采样电路，所述电压传感器、电流传感器经所述采样电路与所述输电母线相连，用于采集所述输电母线上的电压和电流并反馈至变流器。

4.根据权利要求3所述的储能备电系统，其特征在于，所述采样控制单元包括旋转变换电路、差分电路、比较控制器，所述电压传感器、电流传感器的信号输出端连接所述旋转变换电路，所述旋转变换电路再与所述差分电路的一个输入侧相连作为内环输入，所述差分电路的另一个输入侧与所述变流器的外环输入相连，所述差分电路的输出侧与所述比较控制器及功率控制单元分别相连，所述比较控制器的控制输出端用于控制所述第二输电线的通断。

5.根据权利要求4所述的储能备电系统，其特征在于，在所述第二输电线上设置有开关，所述比较控制器的控制输出端与所述开关电连接。

6.根据权利要求5所述的储能备电系统，其特征在于，所述开关串联设置于所述第二输电线上，所述开关为接触器或者断路器。

7.根据权利要求4所述的储能备电系统，其特征在于，所述电压传感器采集输电母线的实时电压va，b，c，所述电流传感器采集输电母线的实时电流ia，b，c；

8.根据权利要求7所述的储能备电系统，其特征在于，当所述差值δiq和δid在一定时间内维持超出设定阈值的状态时，所述比较控制器向所述第二输电线的开关发出断开指令，用于断开所述电网与所述输电母线间的连接。

9.根据权利要求2所述的储能备电系统，其特征在于，所述功率控制单元包括pwm发生器和功率半导体，所述pwm发生器的输入端与所述采样控制单元的输出端相连，所述pwm发生器的输出端与所述功率半导体相连，所述功率半导体用于控制所述第一输电线的通断。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的储能备电系统，其特征在于，储能备电系统包括直流变换器，所述直流变换器连接在所述第一输电线上并位于所述储能电池与所述变流器之间。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的储能备电系统，其特征在于，储能备电系统包括光伏组件，所述光伏组件的输出端与所述变流器的输入侧相连。

技术总结
本发明涉及一种储能备电系统，包括储能电池、用电负载以及电网，储能电池与电网通过输电母线连接用电负载，通过储能电池和/或电网为用电负载供电，其还包括变流器，储能电池通过第一输电线与变流器的输入侧相连，变流器的输出侧通过第二输电线与输电母线相连，电网通过第三输电线与输电母线相连，变流器在储能备电系统正常工作时保持在线工作状态。本申请优化了系统拓扑，变流器的输入侧只有与储能电池相连，变流器的输出侧与电网汇总后与输电母线相连，进而为与输电母线相连的负载供电，电网供电不受变流器容量限制，保证供电的灵活性和延展性，当电网出现异常时可无缝切换至储能电池供电，确保在电网电能质量频繁下降时负载正常得电工作。

技术研发人员：陈镜潇,翁正军,黄圣峰
受保护的技术使用者：上海思格源智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5