储能系统的制作方法

本发明涉及能够不间断地供电，且无需额外的同步工作就能够与应急发电机连接的储能系统。

背景技术：

储能系统(energystoragesystem)是通过将产生的电力存储到包括发电厂、变电站以及输电线等的每个连接系统之后，在需要电力时选择性地且有效地使用，来提高能效的系统。

在储能系统中，若通过对在时间段和季节上具有较大变化的电力负载进行平均来提高整体负载率，则能够降低发电成本，并降低扩建电力设备所需的成本和运营成本等，从而能够降低电费并节约能量。

这种储能系统安装并应用于电力系统中的发电、输电和配电、电力用户，并且用作频率调整(frequencyregulation)、稳定使用可再生能源的发电机输出、降低峰值负载(peakshaving：调峰)、使负载平均(loadleveling)、应急电源等功能。

另外，储能系统根据存储方式主要分为物理储能和化学储能。作为物理储能有利用扬水发电、压缩空气存储、飞轮等的方法，作为化学储能有使用锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等的方法。

此外，储能系统具备ups(uninterruptiblepowersupply：不间断电源)结构和发挥应急发电功能的柴油发电机，由此在电网断电时也能够实现不间断供电。

在此，参照图1，对现有的储能系统进行说明。

图1是用于说明现有的储能系统的概略图。

如图1所示，现有的储能系统包括通过高价的切换开关40来连接的应急发电机30，以应对电网10断电。

作为参考，例如，切换开关40可以是ats(automatictransferswitch：自动转换开关)或sts(statictransferswitch：静态转换开关)，例如，应急发电机30可以是柴油发电机。

在现有的储能系统中，应急发电机30通过切换开关40连接到电网10，即交流(ac：alternatingcurrent)端，因此存在如下问题，不仅需要高价的切换开关40以在电网10断电时进行应急发电机30的切换动作，而且还需要与电网10或储能系统(即，ups结构)的同步装置和算法等。

此外，还存在如下的问题，在用于应急发电机30的切换的算法和断电时间长的情况下，需要大容量的电池180，以负载230、280的稳定运转。

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种能够不间断供电，并在电网断电时无需额外的同步工作就能够与应急发电机连接的储能系统。

解决问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的储能系统，对电网和连接到直流(directcurrent)配电网的电力进行管理，其中，包括：第一转换器，连接在电网和直流配电网之间，控制直流配电网的电压；第二转换器，连接到直流配电网；电池，与第二转换器连接，通过第二转换器来控制电池的充电和放电；第三转换器，连接到直流配电网；应急发电机，与第三转换器连接，通过第三转换器来控制该应急发电机的电力；第四转换器，连接到直流配电网；以及第一负载，与第四转换器连接，通过第四转换器来控制第一负载的电压。

所述第一转换器以直流电压控制模式驱动，以控制直流配电网的电压，第二转换器以电力控制模式驱动，以控制电池的电力，第三转换器以电力控制模式驱动，以控制应急发电机的电力，第四转换器以cvcf(constantvoltageconstantfrequency：恒压恒频)模式驱动，以控制第一负载的电压。

当在所述电网发生故障时，第一转换器检测电网的故障，并将检测结果提供给第二转换器，并且中断驱动，第二转换器基于从第一转换器接收到的检测结果，控制直流配电网的电压。

还包括：第一断路器，选择性地通断直流配电网和第三转换器的连接；以及第二断路器，选择性地通断第三转换器和应急发电机的连接。

当在所述电网发生故障时，第一转换器检测电网的故障发生，并将检测结果提供给第二转换器和第一断路器、第二断路器，并且中断驱动，第二转换器基于从第一转换器接收到的检测结果，以不间断状态向第一负载供给电池的电力，第一断路器基于从第一转换器接收到的检测结果，连接直流配电网和第三转换器，第二断路器基于从第一转换器接收到的检测结果，连接第三转换器和应急发电机，通过第一断路器连接到直流配电网的第三转换器，驱动通过第二断路器而连接到第三转换器的应急发电机。

在应急发电机驱动的情况下，所述第三转换器确认应急发电机的额定状态，并在应急发电机以额定状态驱动情况下，通过以电力控制模式驱动来向第一负载供给应急发电机的电力。

所述应急发电机在没有与电网或直流配电网的同步工作的情况下，通过以cvcf模式驱动来向第一负载供给电力。

当在所述电网发生故障时，第一转换器的驱动中断，第二转换器基于直流配电网的直流电压变化率，检测电网的故障发生，并将检测结果提供给第一断路器和第二断路器，并且基于检测结果，以不间断状态向第一负载供给电池的电力，第一断路器基于从第二转换器接收到的检测结果，连接直流配电网和第三转换器，第二断路器基于从第二转换器接收到的检测结果，连接第三转换器和应急发电机，通过第一断路器连接到直流配电网的第三转换器，驱动通过第二断路器连接到第三转换器的应急发电机。

在应急发电机驱动的情况下，所述第三转换器确认应急发电机的额定状态，并在应急发电机以额定状态驱动的情况下，通过以电力控制模式驱动来向第一负载供给应急发电机的电力。

当在所述电网未发生故障时，第一断路器断开直流配电网和第三转换器的连接，第二断路器断开第三转换器和应急发电机的连接。

所述第一转换器将从电网接收到的交流(alternatingcurrent)电压转换为直流电压，并提供给直流配电网，或者将从直流配电网接收到的直流电压转换为交流电压，并提供给电网，第二转换器将从直流配电网接收到的直流电压转换为直流电压，并提供给电池，或者将从电池接收到的直流电压转换为直流电压并提供给直流配电网，第三转换器将从应急发电机接收到的交流电压转换为直流电压，并提供给直流配电网，第四转换器将从直流配电网接收到的直流电压转换为交流电压，并提供给第一负载。

还包括：第五转换器，连接到所述直流配电网；以及第二负载，与第五转换器连接，第二负载的电压通过第五转换器来控制。

所述第五转换器驱动为cvcf模式以控制第二负载的电压，并且将从直流配电网接收到的直流电压转换为直流电压并提供给第二负载

发明效果

如上所述，根据本发明，在电网断电时实现不间断供电，无需额外的同步工作就能够与应急发电机连接，由此具有无需高价的应急切换开关和与电网的同步算法等的优点。此外，无需准备大容量电池，从而还具有能够降低成本的优点。

在以下说明具体实施方式时，与上述效果一起说明本发明的具体效果。

附图说明

图1是用于说明现有的储能系统的概略图。

图2是用于说明本发明实施例的储能系统的概略图。

图3是用于说明当电网处于正常运转状态时，基于图2的储能系统的供电流的概略图。

图4是用于说明当在电网发生故障时，基于图2的储能系统的供电流的概略图。

图5是用于说明当在电网发生故障时，驱动图2示出的储能系统的方法的一例的流程图。

图6是用于说明当在电网发生故障时，驱动图2示出的储能系统的方法的另一例子的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明前述的目的、特征以及优点，由此，本领域普通技术人员能够容易实施本发明的技术思想。在说明本发明的过程中，当判断为对于与本发明相关的公知技术的具体说明使本发明的要旨不清楚时，省略对其的详细说明。下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。在附图中，相同的附图标记表示同一或相似的构成要素。

下面，参照图2至图6对本发明实施例的储能系统进行说明。

图2是说明本发明实施例的储能系统的概略图。图3是用于说明当电网处于正常运转状态时，基于图2的储能系统的供电流的概略图。图4是用于说明当在电网发生故障时，基于图2的储能系统的供电流的概略图。图5是用于说明当在电网发生故障时，驱动图2示出的储能系统的方法的一例的流程图。图6是用于说明当在电网发生故障时，驱动图2示出的储能系统的方法的另一例的流程图。

首先，参照图2，本发明实施例的储能系统可以管理电网10和连接到电网10的直流配电网20(即，直流电网)的电力。

具体地说，本发明实施例的储能系统可包括第一转换器(converter)100、第二转换器150、电池180、第三转换器190、应急发电机30、第四转换器200、第一负载230、第五转换器250以及第二负载280。

作为参考，储能系统除了电网10和直流配电网20还可以包括分布式电源系统(未图示)，并且除了第一负载230和第二负载280之外还可以包括负载，或者仅包括第一负载230或第二负载280中的任意一个负载。

在此，电网10可包括例如，发电厂、变电所、输电线等，第一负载230和第二负载280可包括例如，住宅、大型建筑物、工厂等。另外，分布式电源系统可作为利用能源来产生电力的系统，利用化石燃料、核燃料、新可再生能源(太阳光、风力、潮力等)中的一种以上来产生电力。

需要说明的是，本发明以储能系统包括第一转换器100、第二转换器150、电池180、第三转换器190、应急发电机30、第四转换器200、第一负载230、第五转换器250以及第二负载280的情形为例进行说明，以便于说明。

第一转换器100可连接在电网10与直流配电网20之间，并控制直流配电网20的电压。

具体地说，第一转换器100可以将从电网10接收到的交流电压转换为直流电压并提供给直流配电网20，或者可以将从直流配电网20接收到的直流电压转换为交流电压并提供给电网10。

由此，第一转换器100可以是交流-直流转换器。

另外，当电网10正常运转时，第一转换器100可以以直流电压控制模式驱动，以控制直流配电网20的电压。

作为参考，当在电网10发生故障时(即，电网10断电或断开的情形)，第一转换器100可通过关断(turn-off)门信号来中断驱动。

另外，第一转换器100可以检测电网10的故障发生，并将检测结果提供给第二转换器150和第一断路器192、第二断路器194。

对此的详细内容将在后面进行描述。

第二转换器150可以连接到直流配电网20，并控制电池180的充电和放电。

具体地说，第二转换器150可将从直流配电网20接收到的直流电压转换为直流电压并提供给电池180，或者可将从电池180接收到的直流电压转换为直流电压并提供给直流配电网20。

由此，第二转换器150可以是直流-直流转换器。

在此，将直流电压转换为直流电压可以是将直流电压升压或减压到其他级别的直流电压的意思。

另外，当电网10正常运转时，第二转换器150可以以电力控制模式驱动，以控制电池180的电力。

作为参考，当在电网10发生故障时，第一转换器100的驱动被中断，第二转换器150可以控制直流配电网20的电压。

具体地说，当在电网10发生故障时，第二转换器150可通过从第一转换器100接收电网故障检测结果或检测直流配电网20的电压变化率(即，随时间变化的直流电压变化率)，来分析是否在电网10发生故障。

另外，第二转换器150可基于电网故障检测结果来控制直流配电网20的电压。

即，当在电网10发生故障时，第二转换器150控制直流配电网20的电压，由此可以不停地(即，以不间断状态)将电池180的电力提供给第一负载230和第二负载280中的至少一方。

第三转换器190可以连接到直流配电网20，并控制应急发电机30的电力。

具体地说，第三转换器190可将从应急发电机30接收到的交流电压转换为直流电压并提供给直流配电网20。

由此，第三转换器100可以是交流-直流转换器。

当然，在应急发电机30提供直流电压的情况下，第三转换器190可以是直流-直流转换器。但是，本发明以第三转换器190为交流-直流转换器的情形为例进行说明，以便于说明。

另外，当电网10正常运转时，第三转换器190可以是待机状态或驱动停止状态。

相反，当在电网10发生故障时，第三转换器190可以以电力控制模式驱动，以控制应急发电机30的电力。

更具体地说，当在电网10发生故障时，第三转换器190可以确认应急发电机30的额定状态，若确认到应急发电机30以额定状态驱动，则第三转换器190以电力控制模式驱动并向第一负载230和第二负载280中的至少一方供给应急发电机30的电力。

另外，在第三转换器190的两端可设置有第一断路器192和第二断路器194。

在此，第一断路器192可以选择性地通断直流配电网20和第三转换器190的连接，第二断路器194可以选择性的通断第三转换器190和应急发电机30的连接。

具体地说，当电网10正常运转时，即，在电网10未发生故障的情况下，第一断路器192可以断开直流配电网20和第三转换器190的连接，第二断路器194可以断开第三转换器190和应急发电机30的连接。

相反，当在电网10发生故障时，第一断路器192可从第一转换器100或第二转换器150接收电网故障检测结果，并基于接收到的检测结果连接直流配电网20和第三转换器190。当然，第二断路器194也可以从第一转换器100或第二转换器150接收电网故障检测结果，并基于接收到的检测结果连接第三转换器190和应急发电机30。

另外，第一断路器192和第二断路器194的通断动作可以同时进行，也可以间隔规定时间进行。

作为参考，本发明实施例的储能系统除了第一断路器192和第二断路器194之外还可以包括断路器。

即，在转换器与负载之间、转换器与直流配电网之间、转换器与电网之间等还可以设置有断路器，但是本发明以第一断路器192和第二断路器194为例子进行说明，以便于说明。

第四转换器200可以连接到直流配电网20，并控制第一负载230的电压。

具体地说，第四转换器200可将从直流配电网20接收到的直流电压转换为交流电压并提供给第一负载230。另外，第四转换器200可以以cvcf模式驱动，以控制第一负载230的电压。

由此，第四转换器200可以是直流-交流转换器，第一负载230可以是交流负载。

第五转换器250可以连接到直流配电网20，并控制第二负载280的电压。

具体地说，第五转换器200可将从直流配电网20接收到的直流电压转换为直流电压并提供给第二负载280。另外，第五转换器250可以以cvcf模式驱动，以控制第二负载280的电压。

由此，第五转换器200可以是直流-直流转换器，第二负载280可以是直流负载。

电池180可以与第二转换器150连接，可通过第二转换器150来控制该电池180的充电和放电。

另外，电池180可由至少一个电池单元构成，各个电池单元可包括多个裸电池。

应急发电机30可以与第三转换器190连接，可通过第三转换器190来控制该应急发电机30的电力。

另外，应急发电机30例如，可包括柴油发电机，并且当电网10断电时，无需与电网10或直流配电网20的同步工作，可通过以cvcf模式驱动来向第一负载230和第二负载280中的至少一方提供电力。

第一负载230可以与第四转换器200连接，可通过第四转换器200来控制该第一负载230的电压(即，电力)。

另外，第一负载230例如，可以是交流负载。

第二负载280可以与第五转换器250连接，可通过第五转换器250来控制该第二负载280的电压(即，电力)。

另外，第二负载280例如，可以是直流负载。

作为参考，虽然没有图示，本发明实施例的储能系统还可以包括通信部(未图示)和上位控制器(未图示)。

通信部可以从第一转换器100接收电网10信息(例如，电网故障发生与否等)、从第二转换器150接收电池180的soc(stateofcharge：充电状态)信息或直流配电网20的电压变化率信息，从第三转换器190接收应急发电机30信息(例如，应急发电机30驱动与否、应急发电机30是否处于额定状态等)，从第四转换器200和第五转换器250接收第一负载230和第二负载280的消耗电力信息等。

另外，通信部也可以根据状况，向上位控制器(未图示)、第一转换器至第五转换器100、150、190、200、250、第一断路器192和第二断路器194中的至少一方，发送从第一转换器至第五转换器100、150、190、200、250接收到的信息。

这种通信部可基于高速通信(例如，can：controllerareanetwork(控制器局域网络))来实现，第一转换器至第五转换器100、150、190、200、250、上位控制器、第一断路器192以及第二断路器194可以以有线或无线方式进行通信。

当然，本发明实施例的储能系统也可以不包括通信部。即，第一转换器至第五转换器100、150、190、200、250、第一断路器192和第二断路器194、上位控制器可以在没有额外的通信部的情况下彼此直接通信。

另外，上位控制器可以是例如，plc(programmablelogiccontroller：可编程逻辑控制器)或ems(energymanagementsystem：能量管理系统)，所述上位控制器可以管控储能系统的所有顺序动作，并通过根据各个状况向各个构成要素下达指令，来使其进行动作。

接着，参照图3，对在电网10正常驱动时基于本发明实施例的储能系统的供电的流动进行说明。

具体地说，在本发明实施例的储能系统中，当电网10正常驱动时，第二转换器150可基于电池180的soc和电网10的电力供应状况来进行电池180的充电或放电。

即，第二转换器150可通过例如在最大负载时间(负载的耗电量最大时)使电池180放电，而在最小负载时间(负载的耗电量最小时)对电池180充电，来发挥峰值降低功能。

从电池180放电的电力可提供给电网10或第一负载230、第二负载280。

另外，第一转换器100可以控制随着第一负载230和第二负载280的耗电量而变化的直流配电网20的电压的同时，通过直流配电网20向第一负载230和第二负载280供给电网10的电力。

当然，电网10的电力也可以向电池180供给。

另外，第四转换器200可基于第一负载230的耗电量，从电网10或电池180接收电力，并以cvcf模式控制第一负载230的电压。

此外，第五转换器250可基于第二负载280的耗电量，从电网10或电池180接收电力，并以cvcf模式控制第二负载280的电压。

接着，参照图4和图5，对在电网10发生故障时，基于本发明实施例的储能系统的供电流的一例进行说明。

首先，当在电网10发生故障时，第一转换器100检测电网10的故障(s100)。

具体地说，第一转换器100可通过检测电网10的电压或功率变化(例如，随时间变化的电网10的电压变化率等)，来检测电网10的故障。

在检测到电网10发生故障的情况下(s100)，第一转换器100将检测结果提供给第二转换器150和第一断路器192、第二断路器194(s200)。

具体地说，第一转换器100可将检测结果提供给第二转换器150和第一断路器192、第二断路器194。当然，第一转换器100也可以将检测结果提供给第三转换器至第五转换器190、200、250和上位控制器(未图示)。

若检测结果提供到第二转换器150和第一断路器192、第二断路器194(s200)，则第一转换器100的驱动中断(s300)。

具体地说，第一转换器100可通过关断(turn-off)门信号来中断驱动。

另外，第二转换器150以不间断状态将电池180的电力提供给第一负载230和第二负载280(s400)。

具体地说，第二转换器150可基于从第一转换器100接收到的检测结果，以不间断状态将电池180的电力提供给第一负载230和第二负载280中的至少一方。

即，即便电网10和直流配电网20因电网10故障而断开(即，分开)的情况下，由于第二转换器150控制直流配电网20的电压，从而可以不停地(即，以不间断状态)向第一负载230和第二负载280中的至少一方供给电池180的电力。

若以不间断状态向第一负载230和第二负载280供给电池180的电力，则会接通断路器192、194(s500)。

具体地说，第一断路器192可基于从第一转换器100接收到的检测结果，连接直流配电网20和第三转换器190，第二断路器194可基于从第一转换器100接收到的检测结果，连接第三转换器190和应急发电机30。

在此，可以同时驱动第一断路器192和第二断路器194，但是也可以隔着时间差驱动。

作为参考，s300、s400、s500可以同时进行，也可以隔着时间差交换彼此顺序进行。

若第一断路器192和第二断路器194接通(s500)，则会驱动应急发电机30(s600)。

具体地说，通过第一断路器192连接到直流配电网20的第三转换器190可以驱动通过第二断路器194连接到第三转换器190的应急发电机30。

在此，第三转换器190可以在应急发电机30驱动的情况下，先确认应急发电机30的额定状态。

若驱动应急发电机30(s600)，则向第一负载230和第二负载280供给(s700)应急发电机30的电力。

具体地说，若第三转换器190判断为应急发电机30以额定状态驱动，则第三转换器190可以以电力控制模式向第一负载230和第二负载280中的至少一方供给应急发电机30的电力。

通过上述过程，在电网10断电之后的初期规定时间(例如，初始10分钟程度)期间，会以不间断状态向第一负载230和第二负载280供给电池180的电力，之后，若驱动应急发电机30，则无需额外的同步工作就可以向第一负载230和第二负载280供给应急发电机30的电力。

作为参考，电池180可通过放电直至soc成为最小状态，来向第一负载230和第二负载280供给电力。

另一方面，参照图4和图6，对在电网10发生故障时基于本发明实施例的储能系统的供电流的另一例子进行说明，具体如下。

首先，当在电网10发生故障时，第一转换器100检测电网10的故障，并中断驱动(s1000)。

具体地说，第一转换器100可通过检测电网10的电压变化或功率变化(例如，随时间变化的电网10的电压变化率等)来检测电网10的故障，若检测到电网10的故障，则可以通过关断(turn-off)门信号来中断驱动。

第二转换器150检测电网10的故障发生(s1100)。

具体地说，第二转换器150可基于直流配电网20的直流电压变化率，检测电网10的故障发生。

在此，第二转换器150总是检测直流配电网20的随时间变化的直流电压变化率，若随时间变化的直流电压变化率为预先设定的基准值以上，则可以分析到在电网10发生了故障。

作为参考，在s1000中的电网故障检测动作和s1100可以同时进行，也可以隔着时间差进行。

若由第二转换器150检测到电网10发生故障(s1100)，则将检测结果提供给第一断路器192和第二断路器194(s1200)

具体地说，第二转换器150可将检测结果提供给第一断路器192和第二断路器194。当然，第二转换器150也可以将检测结果提供给第三转换器至第五转换器190、200、250和上位控制器(未图示)。

若检测结果提供到第一断路器192和第二断路器194(s1200)，则第二转换器150以不间的断状态向第一负载230和第二负载280供给电池180的电力(s1300)。

具体地说，第二转换器150可基于检测结果，以不间断状态向第一负载230和第二负载280中的至少一方供给电池180的电力。

即，即便在电网10和直流配电网20因电网10故障而断开(即，分离)的情况下，由于第二转换器150控制直流配电网20的电压，从而能够不停地(即，以不间断状态)向第一负载230和第二负载280中的至少一方供给电池180的电力。

若以不间断状态向第一负载230和第二负载280供给电池180的电力，则会接通断路器192、194(s1400)。

具体地说，第一断路器192可基于从第二转换器150接收到的检测结果，连接直流配电网20和第三转换器190，第二断路器194可基于从第二转换器150接收到的检测结果连接第三转换器190和应急发电机30。

在此，可以同时驱动第一断路器192和第二断路器194，也可以隔着时间差驱动。

作为参考，s1000的第一转换器100的驱动中断和s1300、s1400可以同时进行，也可以隔着时间差彼此交换顺序进行。

若第一断路器192和第二断路器194接通(s1400)，则会驱动应急发电机30(s1500)。

具体地说，通过第一断路器192连接到直流配电网20的第三转换器190，可以驱动通过第二断路器194而连接到第三转换器190的应急发电机30。

在此，在应急发电机30被驱动的情况下，第三转换器190可以先确认应急发电机30的额定状态。

若应急发电机30驱动(s1500)，则向第一负载230和第二负载280供给应急发电机30的电力(s1600)。

具体地说，若第三转换器190判断为应急发电机30以额定状态驱动，则第三转换器190可通过以电力控制模式驱动，来向第一负载230和第二负载280中的至少一方供给应急发电机30的电力。

通过上述过程，也可以在电网10断电后的初期规定时间(例如，初期10分程度)期间，以不间断状态向第一负载230和第二负载280供给电池180的电力，之后若应急发电机30被驱动，则无需额外的同步工作就可以向第一负载230和第二负载280供给应急发电机30的电力。

如上所述，根据本发明，能够在电网断电时实现不间断供电，并且无需额外的同步工作，就能够通过第三转换器190来与应急发电机30连接，因此，具有不需要高价的应急切换开关和与电网的同步算法等的优点。此外，由于不需要准备大容量电池，从而还具有降低成本的优点。

对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明技术思想的范围内，能够进行各种置换、变形以及变更，因此本发明不限于上述实施例和附图。