光储应急电源及其控制方法

技术领域

本发明涉及应急电源技术和储能应用技术领域，尤其涉及一种光储应急电源及其控制方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

应急电源广泛意义是指电网供电异常时，可以向用户暂时供应电力的独立装置。柴油发电机作为一种应急电源，存在污染空气、噪音扰民的缺点，而且在对关键负荷应急供电时，响应速度慢，不能进行不间断供电；而以铅酸电池、锂电池作为应急作为储能的系统存在电池日历寿命短的缺点，且锂电池存在安全隐患，难以在特定场所安装布置。另外，单一依靠市电提供电力的应急电源，供电形式单一，可靠性低、供电质量差且难以适用于长时间停电的场合。

发明内容

本发明实施例提供一种光储应急电源，用以提高应急电源的供电可靠性、安全性，延长供电时间，该光储应急电源包括：

全钒液流电池系统、第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关、旁路开关、光伏系统；

第一双向储能变流器的交流侧连接市电，第一双向储能变流器的直流侧与全钒液流储能电池系统的电堆连接，并与第二双向储能变流器的直流侧连接；静态开关的一路与第二双向储能变流器的交流侧连接，另一路经旁路开关与市电连接；静态开关输出端与交流负载连接；光伏系统包括光伏逆变器和光伏组件，光伏组件通过光伏逆变器与静态开关输出端连接。

本发明实施例还提供一种光储应急电源的控制方法，应用于上述实施例中的光储应急电源，用以提高应急电源的供电可靠性、安全性，延长供电时间，该方法包括：

在市电输入每相电压波动处于预定范围时，光储应急电源工作在市电模式：市电通过第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关对交流负载提供电能，同时为全钒液流电池系统充电；

在市电异常时，光储应急电源工作在电池供电模式：第一双向储能变流器关闭，全钒液流电池系统所储存的能量经第二双向储能变流器、静态开关对交流负载放电；

在光储应急电源输出过载和/或光伏逆变器出现故障时，光储应急电源工作在旁路模式：市电经旁路开关、静态开关对负载供电；故障消失后，光储应急电源切换到市电模式。

本发明实施例的光储应急电源，包括全钒液流电池系统、第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关、旁路开关、光伏系统；第一双向储能变流器的交流侧连接市电，第一双向储能变流器的直流侧与全钒液流储能电池系统的电堆连接，并与第二双向储能变流器的直流侧连接；静态开关的一路与第二双向储能变流器的交流侧连接，另一路经旁路开关与市电连接；静态开关输出端与交流负载连接；光伏系统包括光伏逆变器和光伏组件，光伏组件通过光伏逆变器与静态开关输出端连接。应用全钒液流电池储能和光伏系统提升了供电安全性，还提供了多种供电形式，避免单一依靠市电提供电力；可以灵活切换供电模式，避免断电情况发生，提升了供电可靠性，延长了供电时间。

本发明实施例的光储应急电源的的控制方法中，在市电输入每相电压波动处于预定范围时，光储应急电源工作在市电模式：市电通过第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关对交流负载提供电能，同时为全钒液流电池系统充电；在市电异常时，光储应急电源工作在电池供电模式：第一双向储能变流器关闭，全钒液流电池系统所储存的能量经第二双向储能变流器、静态开关对交流负载放电；在光储应急电源输出过载和/或光伏逆变器出现故障时，光储应急电源工作在旁路模式：市电经旁路开关、静态开关对负载供电；故障消失后，光储应急电源切换到市电模式。这样，采用全钒液流电池储能和光伏系统提高了供电安全性，还提供了多种供电形式，避免单一依靠市电提供电力，在市电异常时，光储应急电源可以灵活切换至电池供电模式，在光储应急电源输出过载和/或光伏逆变器出现故障时，光储应急电源可以切换至旁路模式，避免断电情况发生，提升了供电可靠性，延长了供电时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的组成框图；

图2为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的具体实例的组成框图；

图3为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的工作模式示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的工作模式的具体实例的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。

本文中术语“和/或”，仅仅是描述一种关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

经研究发现，相关学者对应急电源技术已经开展了大量的研究，主要包括其电源结构、控制方法等，但是当应急电源在市电长时间不可用的情况下如何提供可靠性更高的电力且如何延长供电时间方面研究较少，相关人员对应急电源容量扩展情况进行了分析，但是还是具有供电形式单一、可靠性、安全性差的缺陷，在市电长时间不可用情况下如何尽可能提升应急电源供电可靠性、安全性且供电形式多样的方面仍未见相关研究。

图1为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的组成框图。针对上述研究，如图1所示，本发明实施例提供的一种光储应急电源，可以包括：全钒液流电池系统、第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关、旁路开关(如图1中的旁路开关K3)、光伏系统；

第一双向储能变流器的交流侧连接市电，第一双向储能变流器的直流侧与全钒液流储能电池系统的电堆连接，并与第二双向储能变流器的直流侧连接；静态开关的一路与第二双向储能变流器的交流侧连接，另一路经旁路开关与市电连接；静态开关输出端与交流负载连接；光伏系统包括光伏逆变器和光伏组件，光伏组件通过光伏逆变器与静态开关输出端连接。

在一个实施例中，全钒液流储能电池系统中至少可以包括电堆和电解液。

在一个实施例中，光储应急电源还可以包括：

进线开关，第一双向储能变流器的交流侧通过进线开关连接电网。

在一个实施例中，光储应急电源还可以包括：

输出开关，静态开关输出端经输出开关与交流负载连接。

在一个实施例中，光储应急电源还可以包括：

电池开关，第一双向储能变流器的直流侧通过电池开关与全钒液流储能电池系统的电堆连接。

图2为本发明实施例中提供的一种光储应急电源的具体实例的组成框图。为了使光储应急电源可以灵活地切换工作模式，如图2所示，本发明实施例提供的一种光储应急电源，还可以包括：进线开关、输出开关、电池开关；

具体的，光储应急电源还可以包括：进线开关(如图2中的进线开关K1)，第一双向储能变流器的交流侧通过进线开关连接电网；输出开关(如图2中的输出开关K4)，静态开关输出端经输出开关与交流负载连接，输出开关可以控制光储应急电源与交流负载之间的连接；电池开关(如图2中的电池开关K2)，第一双向储能变流器的直流侧通过电池开关与全钒液流储能电池系统的电堆连接。

图3为本发明实施例中提供的光储应急电源的控制方法的流程图，如图3所示，本发明实施例中光储应急电源的控制方法可以包括：

步骤301、在市电输入每相电压波动处于预定范围时，光储应急电源工作在市电模式：市电通过第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关对交流负载提供电能，同时为全钒液流电池系统充电；

步骤302、在市电异常时，光储应急电源工作在电池供电模式：第一双向储能变流器关闭，全钒液流电池系统所储存的能量经第二双向储能变流器、静态开关对交流负载放电；

步骤303、在光储应急电源输出过载和/或光伏逆变器出现故障时，光储应急电源工作在旁路模式：市电经旁路开关、静态开关对负载供电；故障消失后，光储应急电源切换到市电模式。

在一个实施例中，步骤303可以在步骤301和/或步骤302之前执行。

在一个实施例中，市电模式可以是光储应急电源的常用工作模式。在市电输入每相电压波动处于预定范围时，光储应急电源工作在市电模式：市电通过第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关对交流负载提供电能，同时为全钒液流电池系统充电。举一例，市电输入每相电压波动≤±25％时，市电通过第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关对负载提供电能，同时为全钒液流电池系统进行充电。

在一个实施例中，光储应急电源工作在市电模式时，第二双向储能变流器工作在V/f模式，功率为交流负载用电功率与光伏系统发电功率的差值。

在一个实施例中，光储应急电源工作在市电模式时，若全钒液流电池系统的电量小于第一阈值，第一双向储能变流器工作在直流侧定功率模式，第二双向储能变流器的功率与第一双向储能变流器的功率的差值为全钒液流电池系统的充电功率。举一例，设定第一阈值为全钒液流电池系统的电荷容量的10％，全钒液流电池系统SOC(State of Charge，电池荷电状态)≤±10％时，第一双向储能变流器工作于直流侧定功率模式，第二双向储能变流器功率与第一双向储能变流器的差值就是全钒液流电池系统的充电功率。

在一个实施例中，光储应急电源工作在市电模式时，若全钒液流电池系统的电量大于第二阈值，第一双向储能变流器工作在直流侧定压模式，第一双向储能变流器的功率跟踪第二双向储能变流器的功率。举一例，设定第二阈值为全钒液流电池系统的电荷容量的95％，全钒液流电池系统SOC>＝±95％时，第一双向储能变流器工作于直流侧定压模式，第一双向储能变流器功率跟踪第二双向储能变流器功率。

在一个实施例中，光储应急电源工作在旁路模式时，若市电异常，光储应急电源切换到电池供电模式。

在一个实施例中，光储应急电源工作在市电模式时，若光伏系统发电量高于交流负载用电量，光伏系统发的电经静态开关、第二双向储能变流器反向传递给全钒液流电池系统；当全钒液流电池系统电池充满，光伏系统发的电经第一双向储能变流器回馈给市电。

在一个实施例中，光储应急电源工作在电池供电模式时，若光伏系统发电量高于交流负载用电量，光伏系统发的电经静态开关、第二双向储能变流器反向传递给全钒液流电池系统；当全钒液流电池系统电池充满，例如，当全钒液流电池系统SOC>＝±98％时，光伏系统限电。

在一个实施例中，光储应急电源工作在旁路模式时，光伏系统发的电被交流负载使用后的余电，经静态开关回馈给市电。

图4为本发明实施例中光储应急电源的工作模式示意图。如图4所示，本发明实施例中光储应急电源的工作模式可以包括：市电模式401、电池供电模式402、旁路模式403。

图5为本发明实施例中光储应急电源的工作模式的具体实例的示意图，如图5所示，本发明实施例中光储应急电源的工作模式还可以包括：静置模式501。

在一个实施例中，光储应急电源还可以处于静置模式501，当光储应急电源处于非工作状态静置储存时，内部所有电气开关均处于断开位置，内部所有电子电气设备处于停机状态，整个光储应急电源是零功耗存放。

本发明实施例的光储应急电源，包括全钒液流电池系统、第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关、旁路开关、光伏系统；第一双向储能变流器的交流侧连接市电，第一双向储能变流器的直流侧与全钒液流储能电池系统的电堆连接，并与第二双向储能变流器的直流侧连接；静态开关的一路与第二双向储能变流器的交流侧连接，另一路经旁路开关与市电连接；静态开关输出端与交流负载连接；光伏系统包括光伏逆变器和光伏组件，光伏组件通过光伏逆变器与静态开关输出端连接。应用全钒液流电池储能和光伏系统提升了供电安全性，还提供了多种供电形式，避免单一依靠市电提供电力；可以灵活切换供电模式，避免断电情况发生，提升了供电可靠性，延长了供电时间。

本发明实施例的光储应急电源的的控制方法中，在市电输入每相电压波动处于预定范围时，光储应急电源工作在市电模式：市电通过第一双向储能变流器、第二双向储能变流器、静态开关对交流负载提供电能，同时为全钒液流电池系统充电；在市电异常时，光储应急电源工作在电池供电模式：第一双向储能变流器关闭，全钒液流电池系统所储存的能量经第二双向储能变流器、静态开关对交流负载放电；在光储应急电源输出过载和/或光伏逆变器出现故障时，光储应急电源工作在旁路模式：市电经旁路开关、静态开关对负载供电；故障消失后，光储应急电源切换到市电模式。这样，采用全钒液流电池储能和光伏系统提高了供电安全性，还提供了多种供电形式，避免单一依靠市电提供电力，在市电异常时，光储应急电源可以灵活切换至电池供电模式，在光储应急电源输出过载和/或光伏逆变器出现故障时，光储应急电源可以切换至旁路模式，避免断电情况发生，提升了供电可靠性，延长了供电时间。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。