一种储能保电UPS系统及控制方法与流程

本发明涉及储能保电，具体涉及一种储能保电ups系统及控制方法。

背景技术：

1、ups，即不间断电源，是将蓄电池(大多为免维护铅酸蓄电池)与设备主机连接起来，经过逆变器等模块电路系统把直流电转换为市电的设备。它主要用于给医院、数据中心等场地的重要敏感负荷提供稳定、不间断的电力供应。

2、ups作用是保电，即保障用电的可靠性。根据ieee，可靠性的定义为“在一定的时间窗口内(设备的使用寿命)，在一定的外界环境下(设备的使用条件)，满足规定的功能”。因此，ups保电的可靠性由三个因素决定：使用寿命，使用条件，规定的功能。ups在正常的使用期内，正常的使用环境下，满足用户的要求即可，与其它的因素无关，包括断电后ups的放电时长。如果用户要求放电时长在5分钟，配置100分钟的电池并不能一定提高保电可靠性，过多的电池带来了大量的浪费。

3、由于各种原因，当前许多用户为ups配置了过多的电池，这些电池并不能带来额外的好处，并增加了维护和使用成本。

4、在不削弱ups供电的可靠性的前提下，如果能够利用这些电池，对现有的ups系统进行改造，使其能够进行削峰填谷，将会带来较大的经济效益和社会效益。

5、另外，飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。它具有极高的可靠性，以飞轮储能装置为核心设备的飞轮储能电源车广泛应用于最高等级的保电活动。飞轮储能装置虽然具有极高的保电可靠性，但是其放电时间短，并不适合需要长时间放电的削峰填谷。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种兼有储能和保电两种用途的ups系统及控制方法。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种储能保电ups系统，包括连接在市电侧和负载侧之间的ups设备，所述ups设备包括与市电侧连接的整流器、与负载侧连接的逆变器、以及并联在整流器与逆变器之间的储能控制器，所述储能控制器连接混合储能系统；所述混合储能系统包括可择一供电的飞轮储能装置和电池储能装置，所述飞轮储能装置与市电侧连接。

4、作为一种优选方案，还包括控制器、设置在整流器与市电侧之间的市电投切开关以及设置在飞轮储能装置与储能控制器之间的飞轮投切开关；所述市电投切开关与市电侧之间设置有市电侧电压互感器，所述飞轮储能装置与飞轮投切开关之间设置有飞轮储能侧电压互感器，所述储能控制器与混合储能系统之间设置有电池侧电压互感器，所述市电投切开关、飞轮投切开关、市电侧电压互感器、飞轮储能侧电压互感器、电池侧电压互感器和飞轮储能装置均与控制器相连。

5、作为一种优选方案，所述飞轮储能装置与市电侧连接。

6、作为一种优选方案，所述电池储能装置与储能控制器之间设置有电池投切开关。

7、一种储能保电ups系统的控制方法，包括市电正常时的控制方法和市电异常时的控制方法；

8、市电正常时的控制方法为：

9、设定峰谷时间段和电池储能装置的电压下限值；

10、在峰时间段中，控制器控制市电投切开关断开，电池储能装置开始放电，ups设备通过电池储能装置给负载侧供电，电池储能装置放电最多可持续到电压下限值，以保证电池储能装置有足够的电量维持ups设备所要求的保电时长；

11、在谷时间段中，控制器控制市电投切开关闭合，通过市电供给ups设备，ups设备一方面通过市电给负载侧供电，另一方面给电池储能装置充电；

12、控制器控制飞轮储能装置充满电并进入浮充状态，并闭合飞轮投切开关。飞轮投切开关一但闭合，除非在以下情况断开：

13、1)ups给电池储能装置充电时；

14、2)电池储能装置放电给ups时。

15、市电异常时的控制方法为：

16、控制器通过市电侧电压互感器监测到市电的电压跌落一定水平后，立即闭合飞轮投切开关，投切飞轮储能装置大功率放电，满足ups在断电瞬间的大功率需求；由于电池储能装置一直保有足够的电量，能够保障ups有足够时长的稳态放电，ups保电的可靠性不会降低。

17、作为一种优选方案，混合储能型ups装置的控制方法中还包括市电恢复正常后的控制方法，控制器监测到市电的电压恢复到一定水平后，断开飞轮投切开关，飞轮储能装置开始充电；控制器控制市电投切开关处于闭合状态，市电供给ups设备和负载侧，并给电池储能装置充电，尽快使电池储能装置的电量恢复到电压的下限值。

18、作为一种优选方案，市电正常时的控制方法还包括，控制器通过飞轮储能侧电压互感器监测飞轮储能装置的能量状态，并控制市电直接充满飞轮储能装置，并维持飞轮储能装置的浮充状态。

19、作为一种优选方案，在市电正常时的控制方法中，在电池储能装置放电到电压下限值后并依然处于市电正常状态时，控制器控制市电投切开关闭合，通过市电供给ups设备，ups设备一方面通过市电给负载侧供电，另一方面给电池储能装置充电。

20、作为一种优选方案，所述峰谷时间段根据市电价格或用电高低峰时间制定。

21、本发明的有益效果是：本发明的一种储能保电ups系统，ups设备采用混合储能系统，其中包括了可切换供电的飞轮储能装置和电池储能装置；利用飞轮储能装置的高可靠性保电功能，和化学电池放电时间长、能够进行削峰填谷的用途，把二者组合起来，再通过设计的控制方法，使混合储能型ups装置在峰时间段中尽可能的用电池储能装置供电，在谷时间段中通过市电供电的同时给电池储能装置充电，有效利用峰谷电的价格差减低用电成本，同时也缓解了用电高峰期的供电压力，使混合储能型ups装置成为兼具保电高可靠性和储能经济性的新型储能保电性ups。

技术特征：

1.一种储能保电ups系统，其特征在于：包括连接在市电侧和负载侧之间的ups设备(2)，所述ups设备(2)包括与市电侧连接的整流器(21)、与负载侧连接的逆变器(22)、以及并联在整流器(21)与逆变器(22)之间的储能控制器(5)，所述储能控制器(5)连接混合储能系统(3)；所述混合储能系统(3)包括可择一供电的飞轮储能装置(31)和电池储能装置(32)。

2.根据权利要求1所述的储能保电ups系统，其特征在于：还包括控制器(1)、设置在整流器(21)与市电侧之间的市电投切开关(41)以及设置在飞轮储能装置(31)与储能控制器(5)之间的飞轮投切开关(42)；所述市电投切开关(41)与市电侧之间设置有市电侧电压互感器(61)，所述飞轮储能装置(31)与飞轮投切开关(42)之间设置有飞轮储能侧电压互感器(62)，所述储能控制器(5)与混合储能系统(3)之间设置有电池侧电压互感器(63)，所述市电投切开关(41)、飞轮投切开关(42)、市电侧电压互感器(61)、飞轮储能侧电压互感器(62)、电池侧电压互感器(63)和飞轮储能装置(31)均与控制器(1)相连。

3.根据权利要求1或2所述的储能保电ups系统，其特征在于：所述飞轮储能装置(31)与市电侧连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的储能保电ups系统，其特征在于：所述电池储能装置(32)与储能控制器(5)之间设置有电池投切开关(43)。

5.一种储能保电ups系统的控制方法，其特征在于：包括市电正常时的控制方法和市电异常时的控制方法；

6.根据权利要求5所述的储能保电ups系统的控制方法，其特征在于：还包括市电恢复正常后的控制方法，控制器(1)监测到市电的电压恢复到一定水平后，断开飞轮投切开关(42)，飞轮储能装置(31)开始充电；控制器(1)控制市电投切开关(41)处于闭合状态，市电供给ups设备(2)和负载侧，并给电池储能装置(32)充电，尽快使电池储能装置(32)的电量恢复到电压的下限值。

7.根据权利要求5所述的储能保电ups系统的控制方法，其特征在于：市电正常时的控制方法还包括，控制器(1)通过飞轮储能侧电压互感器(62)监测飞轮储能装置(31)的能量状态，并控制市电直接充满飞轮储能装置(31)，并维持飞轮储能装置(31)的浮充状态。

8.根据权利要求5所述的储能保电ups系统的控制方法，其特征在于：在市电正常时的控制方法中，在电池储能装置(32)放电到电压下限值后并依然处于市电正常状态时，控制器(1)控制市电投切开关(41)闭合，通过市电供给ups设备(2)，ups设备(2)一方面通过市电给负载侧供电，另一方面给电池储能装置(32)充电。

9.根据权利要求5所述的储能保电ups系统的控制方法，其特征在于：所述峰谷时间段根据市电价格或用电高低峰时间制定。

技术总结
本发明公开了一种储能保电UPS系统及控制方法，UPS设备采用混合储能系统，其中包括了可切换供电的飞轮储能装置和电池储能装置；利用飞轮储能装置的高可靠性保电功能，和化学电池放电时间长、能够进行削峰填谷的用途，把二者组合起来，再通过设计的控制方法，使混合储能型UPS装置在峰时间段中尽可能的用电池储能装置供电，在谷时间段中通过市电供电的同时给电池储能装置充电，有效利用峰谷电的价格差减低用电成本，同时也缓解了用电高峰期的供电压力，使混合储能型UPS装置成为兼具保电高可靠性和储能经济性的新型储能保电性UPS。

技术研发人员：周晓健,张汉杰,吴琪南
受保护的技术使用者：浙江万乘智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21