一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统。

背景技术：

由于低压并网储能电站和分布式低压并网光伏电站的电费结算政策互相冲突，上了低压并网储能电站，就要放弃分布式低压并网光伏电站的卖电资格，把光伏低压上网的电白白送给供电公司，而且并网储能电站还要由国家电网组织验收，既耗费时间又耗费成本，否则辛苦建设的电站就无法及时并网。

同时，有部分使用较特殊场合，不允许电源有晃动、断电状况出现，即使使用双路国网电源也无法彻底解决；有时在自然灾害发生时，多路电源都会受影响，并网储能电站并不能解决这些问题。虽然目前并网储能电站有自动转为离网电站工作的功能，但由于受到供电公司10kv/20kv电源开关操作权限限制和电网安全规程限制，并网电站转成离网运行模式受到国网很大限制，无法及时切换。因此，市场对相对独立的离网储能电站有很大的需求。

同时，由于目前太阳能发电并网审批必须由用户提供相关手续报审，若无土地证和房产证，很多房屋及土地上不能被批准建设电站，建了也不能并网。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能把太阳能储能系统作为主供电源进行工作，并在储能电能量不足情况下把国网电源作为备用电源切换，且不受国网对并网储能电站操作规程限制的一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统，它将国网的10kv/20kv交流电源通过变压器降压到400v接到用户配电系统，配电系统中设有储能电站用电负荷备用开关kb、储能电站充电开关ka，其中储能电站用电负荷备用开关kb通过双电源开关前置开关的v11～v1s与双电源切换开关备用电源端联结，再从双电源切换开关的出线端与储能系统用电负荷连接，储能电站充电开关ka与充电机连接，充电机充电后通过直流柜接到储能电池组中，可在夜间利用国网电源的谷电对储能电池组进行储能；

而太阳能离网储能电站中装有离网太阳能发电电池组，多个太阳能电池组件经串并联构成离网太阳能发电电池组通过汇流箱汇流后与直流柜连通，将太阳能发的电对储能电池组进行储能或和电池组一起对逆变器供电，电流大则多余部分存进电池，电流小则由电池组放电，所述直流柜上还连有一条支路，该支路上通过逆变器、双电源开关前置开关的k11～k1s与双电源切换开关的主用电源一端相接，再通过双电源切换开关的出线端与储能系统用电负荷连通，从而将太阳能离网储能系统的直流电逆变成交流电后经双电源开关前置开关之k11～k1s与双电源切换开关的主用电源端相连，再通过双电源切换开关出线端与储能系统用电负荷联接，从而把储能系统的电送到储能系统用电负荷使用；

太阳能并网柜，配电系统进线开关k、储能电站充电开关ka、储能电站用电负荷备用开关kb及双电源开关的出线x21～x2s都设有功率电度表，也都带有通讯接口，所有双电源开关前置开关k11～k1s，v11～v1s、充电机、直流柜、汇流箱、逆变器、电池管理系统、能量管理系统都带有通讯接口，通过通信电缆联接，以方便能量管理系统采集各个设备的电参数，并对所有设备通过通讯接口进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

这一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统能在太阳能离网储能电站和国网电源之间根据系统运行状况进行切换，太阳能离网储能电站和国网电源完全隔离互相独立，离网储能电站可以根据国家相关标准自行设计自行采购自行生产，而不需受国网验收条条框框限制，可以降低成本，快速建设，造福于民。建了储能离网系统后，没有土地证和房产证的事实建筑也能加装太阳能并直接把发的直流电并在电池系统上了。另外可以用离网储能电站作为一路独立电源，提高有些特殊工作场合的供电可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统的示意图。

其中：国网10kv/20kv交流电源1、配电系统2、配电系统进线开关k、并网柜3、储能电站用电负荷备用开关kb、储能系统用电负荷4、储能电站充电开关ka、充电机5、直流柜6、储能电池组7、离网太阳能发电电池组8、汇流箱9、逆变器10、双电源开关前置开关11、电池管理系统12、能量管理系统13、国网系统固定用电负荷14。

具体实施方式

参见图1，本实用新型涉及一种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统，它将国网的10kv/20kv交流电源1通过变压器降压到400v接到用户配电系统2，配电系统2中设有储能电站用电负荷备用开关kb、储能电站充电开关ka，其中储能电站用电负荷备用开关kb通过双电源开关前置开关11的v11～v1s与双电源切换开关备用电源端联结，再从双电源切换开关的出线端与储能系统用电负荷4连接，储能电站充电开关ka与充电机5连接，充电机5充电后通过直流柜6接到储能电池组7中，可在夜间利用国网电源的谷电对储能电池组7进行储能；

而太阳能离网储能电站中装有离网太阳能发电电池组8，多个太阳能电池组件经串并联构成离网太阳能发电电池组8通过汇流箱9汇流后与直流柜6连通，将太阳能发的电对储能电池组7进行储能或和电池组一起对逆变器供电，电流大则多余部分存进电池，电流小则由电池组放电，所述直流柜6上还连有一条支路，该支路上通过逆变器10、双电源开关前置开关11的k11～k1s与双电源切换开关的主用电源一端相接，再通过双电源切换开关的出线端与储能系统用电负荷4连通，从而将太阳能离网储能系统的直流电逆变成交流电后经双电源开关前置开关11之k11～k1s与双电源切换开关的主用电源端相连，再通过双电源切换开关出线端与用电负荷4联接，从而把储能系统的电送到储能系统用电负荷4使用。

太阳能并网柜，配电系统进线开关k、储能电站充电开关ka、储能电站用电负荷备用开关kb及双电源开关的出线x21～x2s都设有功率电度表，也都带有通讯接口，所有双电源开关前置开关(或开关控制箱)k11～k1s，v11～v1s、充电机5、直流柜6、汇流箱9、逆变器10、电池管理系统12、能量管理系统13都带有通讯接口，通过通信电缆联接，以方便能量管理系统13采集各个设备的电参数，并对所有设备通过通讯接口进行控制。

其中能量管理系统13中带有无线接收功能，可以接收天气情况，并且还存有以往太阳能在各种环境下的发电数据，同时还具有比对功能，可以预估太阳能在某个时段的发电数据。

这种太阳能离网储能电站和国网电源混合供电系统具有两路供电电源，一路国网电源、一路储能电站且互相独立，可以根据实际状况对太阳能离网储能电站电源和国网电源进行切换，这样一来，太阳能原先并网系统就不需要放弃光伏上网卖电资格了，有多余电可以卖给国网，储能电站可以根据有关国标自行设计自行采购自行生产，也不需要国家电网并网验收，可以降低成本，快速建设。还可以为用户提供一路不受自然灾害影响的备用电源。

本系统有包括但不限于下列多种运行模式，在说明中先假设峰谷平时段：8:00～12:00峰

12:00～17:00平

17:00～21:00峰

21:00～24:00平

0:00～8:00谷

不同省份有不同的峰谷平时段划分，也有不同的峰谷平电价，可以自行调整。

一、赚差价

如果国网系统固定用电负荷和储能系统用电负荷之和小于变压器额定功率，则离网储能电站可工作于赚差价状态。

如果∑所有负荷≤主变额定功率，则运行模式为赚取差价，在峰电时段尽可能使用储能向尽可能多的负荷供电，直到电池放到剩余10％左右电为止。待电池放到余10％左右电为止时，在峰电时段则把部分负荷切换到国网上，留部分负荷与太阳能电池发电功率相当或相近，使太阳能发的电在峰电时段直接消耗。(也可以按

计算出上午工作的平均功率，然后整个上午切换与其相当数值的负荷到储能电站让储能电站以稳定功率运行)。在下午平电时段可以把所有负荷切换到国网上，让电池组利用太阳能充电，如果太阳能装机较多且晚上开晚班，则下午发电待基本充满电池后再将多余功率带若干路负荷，以保护电池。下午12:00-17:00为平电时段，平电时段运行也可以按下列方式确定大致运行功率：

如果上述数值＜0，则表明电池充不满95％，可以根据系统实际情况是否要赚平一峰差价，确定关闭负荷后是否启动充电机。晚上峰电时再把所有负荷都带上将所有储存电量全部以峰电放出，也可按计算功率带上稳定相近负荷工作，峰电如放不完，再在晚21:00-24:00平电时段放电，放完后关机，把所有负荷切换回主变上。到夜12点再进行充电。如果不开晚班，则平电时段下午12:00-17:00直接按大致功率带负荷运行。到下班后通过能量管理系统控制k11～k1s断开，通过双电源自动切换开关自动把负荷切换到国网上，逆变器1～c再关闭。

二、补偿容量模式

如果∑所有负荷＞主变容量，即：储能电站在用电高峰应提供容量分担任务。

系统开始工作，按下列计算值接入全部或部分用电负荷1～m，用电负荷功率

b为从上午八点上班开始确定的储能系统必须工作的时间，一般为8～16小时，先由系统选择k11～k1s中若干负荷满足z功率值，运行一小时，即早8:00-9:00，记录或检测8:00-9:00中平均功率，光伏发电量，电池剩余电量；如果：

则增加一路用电负荷，在满足切除后主变不向网内送电前提下，从变压器负荷中切换一路过来，使

如果：

则应计算出切除功率，主变现在功率加上切除功率后不超主变额定功率，则从目前正在使用的储能电站负荷中减少一路相近的用电负荷，切除功率r按下列公式计算：

以上数值计算出后，从储能电站的储能系统用电负荷中找出一个与r值相近的负载切除。如无相近合适负载，则跳掉一路最小负载(或不切除，按后续四方式运行)。从储能电站负荷切换一路到主变上，使

切换前后都要保证不超变压器负荷，也不向网内送电，如果从主变上切除一路负载到储能电站上引起向网内输电或从储能电站上切除一路负载到主变上引起主变过负荷，则延迟15分钟后再进行上述计算并根据结果进行切换。

如果主变变压器功率允许，则当电池存电量低于5％，全部切换到主变变压器上，离网逆变器停止工作。如果主变变压器功率不允许，则按工作模式四进行。

能量管理系统13时刻监控各回路参数并每小时进行一次运算，并根据运算结果调整储能电站工作负荷增减。

三、主变超额定功率切换保护模式

无论工作于上述二个模式哪个模式，当系统检测到主变功率p超出主变额定功率，则能量管理系统从储能系统用电负荷中选择一个大于并尽可能接近p-主变额定功率的负载，从主变负荷中切除到储能电站上，确保主变功率低于变压器额定功率。切换后如果：

则系统作出下列处置：

1、检测主变实时功率，计算出变压器额定功率-主变实时功率，从储能电站中找一路与之相当，并略小于它的负荷从储能电站上切除变压器上，使

2、储能电站无相当于变压器额定功率-主变实时功率并略小的负荷，或即使切换后也无法保证

则启动充电机，充电机在能量管理系统控制下控制充电功率增加值追踪主变额定功率与主变实时负载差值，使变压器工作在不超额定功率状态下，直到

则充电机停止充电。

如果主变可用功率太小，而储能系统负荷太重，致使储能电池容量下降至5％以下，例4％，则系统发出警报并在延时一段时间让用户作出反应后，启动保护，对储能电站负荷逐步断开。例：通过能量管理系统控制k11、v11同时分开，则可断开负荷一；通过能量管理系统控制k12、v12同时分开，则可断开负荷二；通过能量管理系统控制k1s、v1s同时断开，则可断开负荷s。直到余下负荷能确保储能系统正常工作。四、储能电站容量不足工作模式

如果而系统又不支持切换部分功率到变压器上(无合适负荷，切换到主变上使主变超负荷)或重要负荷不能频繁切换，则启用充电机模式，由能量管理系统控制充电机增加功率追踪主变额定功率-主变目前实时功率。这个数值进行充电，直到

启动充电机后如果主变可用功率太小，而储能系统负荷太重，致使储能电池容量下降至5％以下，例4％，则系统发出警报并在延时一段时间让用户作出反应后，启动保护，对储能电站负荷逐步断开。例：通过能量管理系统控制k11、v11同时分开，则可断开负荷一；通过能量管理系统控制k12、v12同时分开，则可断开负荷二；通过能量管理系统控制k1s、v1s同时断开，则可断开负荷s。直到余下负荷能确保储能系统正常工作。

五、非假日模式下并网太阳能系统向网内送电保护模式

一旦检测到变压器p＜0，属向网内卖电，则检测储能电站状态，从储能电站负荷中切换若干负荷到主变上，使p≥0。如储能电站全部负荷都已切换到主变上还是p＜0，则控制充电机向储能电池充电，充电功率为如

y＜0，则表明太阳能发的电电池充不下，则必须确保储能系统带负荷：

在储能电站带了一定负荷情况下，并网太阳能电池组发的电太多，只能允许并网系统向网内送电一定功率。

六、假日模式

假日模式下，储能系统用电负荷、国网系统固定用电负荷的实际功率都大幅减少，在这种情况下，只能允许系统通过主变向网内送功率，同时由于储能电站不并网，储能电站上的太阳能必须通过储能系统用电负荷消耗掉。因此，储能系统用电负荷的所有负荷都挂在储能电站上。运行管理人员应该向系统输入一个假日模式下储能系统用电负荷的白天用电预估值。同时，能量管理系统根据天气预报和当前日期计算出一个假日太阳能发电量，根据上述数据计算出夜间0:00～8:00储能电站应该充电到什么程度。

电池0:00～8:00允许充电电量＝电池太阳落山时最终电量存量-太阳能假日预计发电量+负载白天用电量；

电池太阳落山时允许95％容量，这样就可以计算出电池允许夜间最大充电到什么程度，同时，系统一直向全部储能系统用电负荷供电，直到夜间12点时或电池全部用完。如果电池系统设置时因成本原因导致电池容量太小，而太阳能装机容量太大，假日模式用电量太小，则电池夜间应该充电到一半或更少，使电池能在早上8:00过后如果是阴雨天太阳能发电量较小的时候能支持负载4的运行。同时，当电池白天被太阳能充满后，如果负载功率小于离网太阳能发电电池组8的发电功率时，能量管理系统应能控制直流柜中部分或全部汇流箱太阳能输入开关进行自动或人工控制下的分闸，用弃光模式保护电池组，使余下的离网太阳能发电功率和储能负载基本相当，并随时间变化相应调整(切除或合上)汇流箱太阳能输入开关，确保电池不过充。

七、电池保护运行模式

在特殊情况下，太阳能发电功率较大，而储能系统用电负荷因为检修原因或其他原因功率太小，致使储能电池组充满，则系统告警并启动电池组保护模式，由能量管理系统发出指令，自动或人工完成直流柜汇流开关部分或全部断开，进行弃光，直到离网太阳能发电电量与负荷基本相当为止，并随着下午时间太阳能逐步减小而逐步把部分或全部断开的直流柜太阳能汇流开关再一个一个合上，保持储能电池组、太阳能输入和逆变输出三者之间平衡。

八、多个逆变器并联运行模式

在储能功率和太阳能输入允许条件下，系统支持1～c个并联运行，除第一台为离网电压源外，其余均为并网电流源。假设单个逆变器功率为d1、d2……ds，可以多台功率相等，也可功率不等。假设用电负荷1，用电负荷2……用电负荷m功率为p1、p2……ps。为了方便逆变器互换维护及控制，系统一般采用功率相等的同一型号逆变器，功率为d。则：如果则系统启用一台逆变器；则系统启用两台逆变器，同理则系统启用s台逆变器，并随着负荷功率变化逐步减少或增加逆变器，直到只剩下一台或全部启动为止，在全部启动后，如果则能量管理系统把超出s*d的负荷切换到国网系统上。

九、国网失电下的运行模式

一旦发生雷击、暴雨、台风等自然灾害或战争或其他供电发电传输事故，使外电源10kv/20kv无法供电，则能量管理系统13通过与w/p的通讯可以发现10kv/20kv系统失电，系统进入国网失电下的运行模式。

由于离网储能电站储能有限，因此，一旦发生国网失电状态，运维人员应确认国网失电时间是短期的还是较长时间的。正常情况下，自然灾害、战争造成的国网失电属中长期的，而检修供电发电传输事故引起的停电属短时的。

如果引发国网停电的事故判断为长期的，超过24小时，则系统马上根据下列功率计算确定白天和夜间负荷，如果电池容量＜50％太阳能当前季节正常每天发电量，则：

第一天白天负荷：

夜间负荷：

第二天开始白天负荷：

x可根据夜间用电量确定合适数值。

当电池容量＞50％太阳能当前季节正常每天发电量白天夜间均匀负荷如白天夜间负荷不均匀，可根据实际情况调整。

在运行期间，由能量管理系统13测量或计算并显示出下列参数：

电池目前存电量、允许运行功率、目前运行功率、当天已消耗电量、当天太阳能实际已发电量、按目前状态系统可运行小时等，由运维人员选择显示。

由于太阳能发电带有很大的不确定性，同时没有备用电源或补充电源。因此，建议由运维人员根据天气情况来决定开启多少负载；并根据天气情况人工调整负载。

能量管理系统13在下列情况下发出警告，由运维人员进行相应减负荷或其他处理。

当则发出储能电站运行不足x分钟告警。

x可以从：15分钟、30分钟、60分钟、90分钟、120分钟等参数中取。

(注一：如果确认停电是长期的，则应把太阳能并网发电系统的并网柜电源出线接至逆变器1、2……c的输出端。把充电机接入端接至逆变器1、2……c的出线端。逆变器1提供离网电压源，由ems通过通讯获得并网太阳能系统的实时发电功率和负载实时消耗功率。在并网太阳能输出功率＞实际负荷时，启动充电机，把原太阳能并网系统发的多余的电，由ems控制充电机变为直流后存进储能电池组。当太阳能并网功率少于实际负载时，由储能电池放电。如果选用的逆变器2～c中有一台是充电逆变一体机，则仅改接太阳能并网柜出线至逆变器出口，不需要把充电机5交流电源输入端接至逆变器输出端，由能量管理系统13根据运行情况直接控制一体机的运行模式。把并网系统太阳能线路改造接至离网系统后计算公式中太阳能发的电包括离网和并网二个系统太阳能所发的电。)

如果国网停电的事故判断为短期的(指小于24小时)，则可以根据下列功率计算确定合适负载，

超出负载一律停掉。并在期间由能量管理系统13或运维人员控制，根据太阳能电池实际发电量和实际负荷功率，对负荷作出调整。太阳能并网系统可以不改变接线。