一种电源系统及控制方法与流程

1.本技术涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种电源系统及控制方法。


背景技术：

2.目前，光储一体系统的应用越来越广泛，光储一体系统中包括光伏阵列，也包括储能集装箱，储能集装箱内包括电池簇。
3.由于储能集装箱内部包括很多负载，例如空调设备，控制电路等。因此，储能集装箱需要具有不间断供电的功能，目前储能集装箱中一般安装独立的不间断电源(ups，uninterruptible power supply)为应急负载供电，ups配置独立的电池，正常工作时，ups与电网连接，电网通过ups给电池进行充电，当需要ups供电时，电池通过ups为储能集装箱内部的负载供电。
4.但是，ups进行并离网切换时需要一定的中断切换时间，这将影响ups为一些应急负载的供电，另外，ups设置独立的电池将增加系统的成本。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种电源系统及控制方法，能够在电网断电时为应急负载供电，降低系统成本，而且供电不中断。
6.为解决上述问题，本技术提供的技术方案如下：
7.本技术提供一种电源系统，包括：控制器、储能电池、直流母线、dcdc变换器和dcac变换器；
8.所述储能电池连接所述直流母线；
9.所述dcdc变换器的输出端连接所述直流母线，所述dcdc变换器的输入端用于连接光伏阵列；
10.所述dcac变换器的第一端连接所述直流母线，所述dcac变换器的第二端用于连接所述电网；
11.所述控制器，用于电网断电时，控制所述光伏阵列为应急负载供电或控制所述储能电池给所述应急负载供电；所述应急负载连接所述直流母线。
12.优选地，所述控制器，具体用于优先利用所述光伏阵列为所述应急负载供电，当所述光伏阵列单位时间内的发电量低于所述应急负载单位时间内的需求电量时，控制所述储能电池为所述应急负载供电。
13.优选地，所述电源系统还包括：总开关和多个第一开关；每个所述电池簇对应一个所述第一开关；
14.每个所述电池簇通过对应的所述第一开关并联在一起后通过所述总开关连接所述直流母线；
15.所述控制器，具体用于根据所述应急负载的需求电量控制所有所述第一开关和所述总开关均闭合。
16.优选地，所述电源系统还包括：多个第二开关；每个所述电池簇对应一个所述第二开关；
17.每个所述电池簇通过对应的所述第二开关连接所述直流母线；
18.所述控制器，具体用于根据所述应急负载的需求电量控制所述电池簇对应的所述第二开关闭合为所述应急负载供电，控制所述总开关和所有所述第一开关断开。
19.优选地，所述控制器，具体用于获得所述应急负载的需求电量，获得所述光伏阵列在预设时间段内的发电量，根据所述需求电量和所述光伏阵列的发电量确定所述储能电池需要供电的电量。
20.优选地，所述控制器，还用于电网断电后，将应急负载按照时间段划分应急等级，随着断电时间的延长，为所述时间段对应的应急等级的负载供电。
21.本技术还提供一种电源系统的控制方法，电源系统包括：控制器、储能电池、直流母线、dcdc变换器和dcac变换器；所述储能电池连接所述直流母线；所述dcdc变换器的输出端连接所述直流母线，所述dcdc变换器的输入端用于连接光伏阵列；所述dcac变换器的第一端连接所述直流母线，所述dcac变换器的第二端用于连接所述电网；
22.该方法包括：
23.判断电网是否断电；
24.电网断电时，控制所述光伏阵列为应急负载供电或控制所述储能电池给所述应急负载供电；所述应急负载连接所述直流母线。
25.优选地，所述控制所述光伏阵列为应急负载供电或控制所述储能电池给所述应急负载供电，具体包括：
26.优先利用所述光伏阵列为所述应急负载供电，当所述光伏阵列单位时间内的发电量低于所述应急负载单位时间内的需求电量时，控制所述储能电池为所述应急负载供电。
27.优选地，所述电源系统还包括：多个第二开关；每个所述电池簇对应一个所述第二开关；
28.每个所述电池簇通过对应的所述第二开关连接所述直流母线；
29.所述控制器，具体用于根据所述应急负载的需求电量控制所述电池簇对应的所述第二开关闭合为所述应急负载供电。
30.优选地，还包括：电网断电后，将应急负载按照时间段划分应急等级，随着断电时间的延长，为所述时间段对应的应急等级的负载供电。
31.由此可见，本技术具有如下有益效果：
32.本技术提供的电源系统，为了在电网断电时继续为负载供电，可以直接利用直流母线上的能量为负载供电，而不再专门设置ups系统和电池，只利用电源系统的储能电池和光伏阵列来为应急负载供电，硬件架构简单，成本低。由于直流母线上一直存在能量，因此，可以保证负载供电的可持续性，不会出现供电中断。为了更好地利用光伏发电的能量，可以优先使用光伏能量，当光伏能量不足以支撑应急负载时，在利用储能电池中的电池簇来为应急负载供电。
附图说明
33.图1为本技术实施例提供的一种电源系统的示意图；
34.图2为本技术实施例提供的又一种电源系统的示意图；
35.图3为本技术实施例提供的一种储能电池的示意图；
36.图4为本技术实施例提供的一种应急负载的功率曲线示意图；
37.图5为本技术实施例提供的一种光伏阵列的功率曲线图；
38.图6为本技术实施例提供的一种电源系统的控制方法流程图。
具体实施方式
39.下面先介绍本技术实施例提供的电源系统的具体架构。
40.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种电源系统的示意图。
41.本实施例提供的电源系统包括：储能集装箱1000、dcdc变换器、dcac变换器、隔离变压器、光伏阵列pv等。
42.其中，储能集装箱1000包括储能电池bat，储能电池bat包括多个电池簇。
43.该电源系统包括直流母线，光伏阵列pv通过dcdc变换器连接直流母线，直流负载rdc通过dcdc变换器连接直流母线，交流负载rac通过dcac变换器连接直流母线。
44.直流母线上的能量可以通过dcdc变换器和dcac变换器以及隔离变压器反馈到交流电网，另外电网也可以实现对储能电池的充电，即实现能量的双向流动。
45.由于有些负载属于应急负载，在电网断电时，需要继续供电，本技术为了在电网断电时继续为负载供电，可以直接利用直流母线上的能量为负载供电，而不再专门设置ups系统和电池，只利用电源系统现有的储能电池和光伏阵列来为应急负载供电，硬件架构简单，成本低。由于直流母线上一直存在能量，因此，可以保证负载供电的可持续性，不会出现中断。为了更好地利用光伏发电的能量，优先使用光伏能量，当光伏能量不足以支撑应急负载时，利用电池簇来为应急负载供电。
46.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
47.参见图2，该图为本技术实施例提供的又一种电源系统的示意图。
48.本实施例提供的电源系统，包括：控制器(图中未示出)、储能电池bat、直流母线(bus+和bus-)、dcdc变换器和dcac变换器；
49.储能电池bat连接所述直流母线；其中储能电池bat可以位于储能集装箱1000内部。储能电池bat包括多个电池簇。
50.其中，第一dcdc变换器100的输出端连接直流母线，第一dcdc变换器100的输入端用于连接光伏阵列pv；
51.第二dcdc变换器200的输出端连接直流母线，第二dcdc变换器200的输入端用于连接应急负载rdc，rdc为直流应急负载。
52.dcac变换器300的第一端连接直流母线，dcac变换器300的第二端用于连接应急负载rac，rac为交流应急负载。
53.控制器，用于电网断电时，控制所述光伏阵列为应急负载供电或控制所述储能电池给所述应急负载供电；所述应急负载连接所述直流母线。
54.当光伏阵列pv的能量足以支撑应急负载时，优先使用光伏阵列pv为应急负载供电，当光伏阵列pv的能量不足以支撑应急负载供电时，可以储能电池bat与光伏阵列pv联合
为应急负载供电，也可以将光伏阵列pv供电切换至储能电池bat为应急负载供电。本技术实施例不具体限定应急负载的具体类型，可以为直流应急负载，也可以为交流应急负载。
55.一种具体的实现方式，控制器，具体用于优先利用光伏阵列为应急负载供电，当光伏阵列单位时间内的发电量低于应急负载单位时间内的需求电量时，控制储能电池为应急负载供电。
56.下面介绍当利用储能电池为应急负载供电时的一种具体实现方式，控制器可以根据应急负载的用电量来控制储能电池的供电量，由于储能电池包括多个电池簇，因此，可以选择电池簇供电的数量来控制储能电池整体的供电量。
57.参见图3，该图为本技术实施例提供的一种储能电池的示意图。
58.本实施例提供的电源系统，电源系统还包括：总开关ksum和多个第一开关；如图所示，储能电池共包括i个电池簇，i为大于等于2的整数。每个电池簇对应一个第一开关；即k11-k1i；
59.每个电池簇通过对应的第一开关并联在一起后通过总开关连接直流母线；电池簇1至电池簇i分别通过第一开关k11-k1i并联在一起，然后通过ksum连接直流母线。
60.控制器，具体用于根据应急负载的需求电量控制所有第一开关和总开关均闭合。例如，需要储能电池中的所有电池簇均给应急负载供电时，控制器控制k11-k1i以及ksum均闭合。
61.另外，当应急负载需要电量较少时，可以利用部分电池簇为应急负载供电即可，因此，可以控制部分电池簇与直流母线断开。
62.一种具体的实现方式，电源系统还包括：多个第二开关；每个电池簇对应一个第二开关；继续参见图3，电池簇1-电池簇i分别对应第二开关k21-k2i。
63.每个电池簇通过对应的第二开关连接直流母线；即电池簇1通过第二开关k21连接直流母线，电池簇i通过第二开关k2i连接直流母线。
64.控制器，具体用于根据应急负载的需求电量控制电池簇对应的第二开关闭合为应急负载供电，控制总开关和所有第一开关断开。
65.控制器，具体用于获得应急负载的需求电量，获得光伏阵列在预设时间段内的发电量，根据需求电量和光伏阵列的发电量确定储能电池需要供电的电量。
66.参见图4，该图为本技术实施例提供的一种应急负载的功率曲线示意图。
67.本实施例提供的功率曲线以四个阶段为例进行说明。
68.控制器，还用于电网断电后，将应急负载按照时间段划分应急等级，随着断电时间的延长，为时间段对应的应急等级的负载供电。
69.在电网正常未断电状态下，储能集装箱内的负载基本都在运行中如图4中的时段1阶段即功率p1；
70.当出现电网断电的开始时段2时，部分不必要负载被关停，保障应急负载和控制系统运行一段时间即功率p2；
71.再经过时段3时，保留储能系统操作记录系统和消防系统运行即功率p3；
72.在时段4时必须保障消防系统的供电即功率p4。
73.为了在电网断电时，可以满足应急负载的正常运行，下面介绍电网未断电时，如何协调光伏发电与储能电池储能的工作。
74.第一步：预测未来预设时间段内光伏阵列的发电功率。
75.在不同时段储能系统响应对应的充放动作，将光伏预测的功率曲线(如图5所示)和不同时段的充放动作对应，则可以判断出不同时段光伏发电的走向，如电池在放电阶段时，光伏系统优先给储能系统负载供电，降低负载使用储能电池或电网的电；如电池处于充电阶段，光伏优先充电再供储能系统负载供电。
76.第二步：滚动预设小时光伏发电量、负载用电量、电池可充电量。光伏发电量可以根据功率曲线获得；例如预设小时为未来4小时。负载用电量可以根据应急负载来确定；电池可充电量可以根据未来4小时时段的充放动作(该充放动作基于峰平谷而确定)，可以计算得到(充放功率和时长乘积是充放电量)，电池容量减去可充电量就是电池的剩余可用电量。
77.第三步：计算电网断电，应急负载所需要的最小电量，负载最小所需电量是从图4的时段2开始，将时段2、时段3、时段4对应的功率和其对应的时长乘积即为所需电量。基于未来时长光伏发电功率曲线情况(时长：时段2到时段4的时长和)，将负载保底需求电量减去光伏发电电量后就是对电池所需的最小电量要求；由于考虑到光伏发电的波动性问题，电池所需的最小可用电量有个范围。该计算得到的电池电量是保障储能系统应急负载的供电最小需求量。从而让储能系统的电池放电率最大化，提供工作效率。
78.第四步：利用以上获得的发电功率、负载用电量、电池最小可用量，以及不同时段时储能系统的充放动作，计算出储能系统的充放功率和光伏发电为应急负载供电的优先级，实时计算储能电池的充放电功率。
79.基于以上实施例提供的一种电源系统，本技术实施例还提供一种电源系统的控制方法。下面结合附图进行详细介绍。
80.参见图6，该图为本技术实施例提供的一种电源系统的控制方法流程图。
81.本实施例提供的电源系统的控制方法，电源系统包括：控制器、储能电池、直流母线、dcdc变换器和dcac变换器；储能电池连接直流母线；dcdc变换器的输出端连接直流母线，dcdc变换器的输入端用于连接光伏阵列；dcac变换器的第一端连接直流母线，dcac变换器的第二端用于连接电网；
82.该方法包括：
83.s601：判断电网是否断电；
84.s602：电网断电时，控制光伏阵列为应急负载供电或控制储能电池给应急负载供电；应急负载连接直流母线。
85.其中，控制光伏阵列为应急负载供电或控制储能电池给应急负载供电，具体包括：
86.优先利用光伏阵列为应急负载供电，当光伏阵列单位时间内的发电量低于应急负载单位时间内的需求电量时，控制储能电池为应急负载供电。
87.另外，电源系统还包括：多个第二开关；每个电池簇对应一个第二开关；
88.每个电池簇通过对应的第二开关连接直流母线；
89.控制器，具体用于根据应急负载的需求电量控制电池簇对应的第二开关闭合为应急负载供电。
90.本实施例提供的控制方法，还包括：电网断电后，将应急负载按照时间段划分应急等级，随着断电时间的延长，为时间段对应的应急等级的负载供电。
91.本技术提供的电源系统的控制方法，为了在电网断电时继续为负载供电，可以直接利用直流母线上的能量为负载供电，而不再专门设置ups系统和电池，只利用电源系统的储能电池和光伏阵列来为应急负载供电，硬件架构简单，成本低。由于直流母线上一直存在能量，因此，可以保证负载供电的可持续性，不会出现供电中断。为了更好地利用光伏发电的能量，可以优先使用光伏能量，当光伏能量不足以支撑应急负载时，在利用储能电池中的电池簇来为应急负载供电。
92.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。