一种不间断供电装置、供电设备及应急供电系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及供电技术领域，尤其涉及一种不间断供电装置、供电设备及应急供电系统。


背景技术：

2.随着当今社会各行各业投入高敏感电力电子设备不断增加，越来越多的用户对供电可靠性要求不断提高，为了保障重点负荷的不间断供电，减少相关损失，开展智能型不间断供电装置的研究具有重要的意义。
3.图1是现有技术中提供的一种不间断供电装置的结构示意图，参考图1，目前不间断供电装置包括储能电池单元10、储能变流器(power conversion system，pcs)50和发电机20。系统的工作逻辑按如下步骤：在放电时，控制开关k1断开，储能变流器pcs作为电源，将储能电池单元10的直流电转变成交流电，通过交流母线l供外部负载30使用，此时储能变流器50工作在电压源模式。当储能电池单元10电量用尽后，发电机20启动，控制开关k1闭合，将其接入系统，此时储能变流器50由电压源模式转变成电流源模式，在电压，频率和相位等参数上与发电机20同步，但停止放电，由发电机20放电支持外部负载30继续工作。发电机20可为柴油机。
4.在上述过程中，当控制开关k1闭合且储能变流器50转为电流源的瞬间，储能变流器50应将其输出电流调整为0，让发电机20输出支持外部负载30。但因采样元器件误差以及控制误差，会导致储能变流器50难以稳定的将电流调整为0，可能会输出小电流，此时，如果外部负载30较小甚至没有负载时，此电流会流入发电机20，触发发电机20的逆功率保护，导致发电机20停机，外部负载30断电，影响了外部负载30正常工作。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了一种不间断供电装置、供电设备及应急供电系统，以解决电池储能单元与发电机并网时出现发电机停机导致负载断电的问题，保证负载能正常工作。
6.根据本实用新型的一方面，提供了一种不间断供电装置，包括：
7.储能电池单元；
8.储能变流器，所述储能变流器与所述储能电池单元连接；
9.交流母线，所述交流母线与所述储能变流器连接；所述储能变流器的工作模式包括电压源模式和电流源模式；所述储能变流器处于电压源模式时，用于将储能电池单元放出的直流电转换为交流电提供给交流母线；所述储能变流器处于电流源模式时，用于将所述交流母线上的交流电转换为直流电提供给所述储能电池单元进行充电；所述交流母线还用于与外部负载连接，以向外部负载供电；
10.发电机，所述发电机与所述交流母线连接；所述发电机用于在所述储能电池单元停止放电时向所述交流母线提供交流电，以对所述外部负载不间断的供电；
11.并网稳定控制单元，分别与所述交流母线、所述储能电池单元连接，所述并网稳定控制单元用于根据所述储能电池单元的放电量低于预设电量信号，消耗所述储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。
12.可选的，所述并网稳定控制单元包括可调电阻负载、智能电表和控制器；所述可调电阻负载与所述交流母线连接；所述智能电表串联在所述交流母线与所述外部负载之间；所述控制器分别与所述储能电池单元、所述可调电阻负载以及所述智能电表连接；
13.所述控制器用于在接收到所述储能电池单元发送的放电量低于预设电量信号后，采集智能电表检测到的外部负载功率，并在外部负载功率低于预设功率时向可调电阻负载发送启动信号；所述可调电阻负载用于接收到所述控制器发送的启动信号后启动工作，以消耗所述储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。
14.可选的，所述控制器还与所述储能变流器连接，所述控制器用于在接收到所述可调电阻负载反馈的启动成功信号后，向所述储能变流器发送电流源模式切换信号，以触发所述储能变流器向电流源模式切换；
15.所述储能变流器还与所述发电机连接，所述储能变流器还用于接收到电流源模式切换信号后向所述发电机发送启动信号，以控制所述发电机启动。
16.可选的，所述控制器还与所述储能变流器连接，所述控制器用于在接收到所述可调电阻负载反馈的启动成功信号后，向所述储能变流器发送电流源模式切换信号，以触发所述储能变流器向电流源模式切换；
17.所述控制器还与所述发电机连接，所述控制器还用于在接收到所述可调电阻负载反馈的启动成功信号后，向所述发电机发送启动信号，以控制所述发电机启动。
18.可选的，所述控制器还用于在接收到所述储能变流器反馈的模式切换成功信号后，向所述可调电阻负载发送停止工作信号，以控制所述可调电阻负载停止工作。
19.可选的，所述储能电池单元包括：
20.锂电池组和电池管理系统单元，所述锂电池组与所述电池管理系统单元连接，所述控制器与所述电池管理系统单元连接；
21.所述电池管理系统单元用于采集所述锂电池组的放电量，并在锂电池组的放电量低于预设电量时，向所述控制器发送所述放电量低于预设电量信号。
22.可选的，所述不间断供电装置，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关的第一端与所述交流母线连接，所述控制开关的第二端与所述发电机连接。
23.可选的，所述发电机包括柴油发电机。
24.根据本实用新型的另一方面，提供了一种供电设备，包括外部负载以及本实用新型任一实施例所述的不间断供电装置，所述交流母线与所述外部负载连接，以向外部负载供电。
25.根据本实用新型的另一方面，提供了一种应急供电系统，包括外部负载以及本实用新型任一实施例所述的不间断供电装置，所述不间断供电装置用于在紧急情况下向所述外部负载供电。
26.本实用新型实施例提供的技术方案，在不间断供电装置中增设了并网稳定控制单元，分别与交流母线、储能电池单元连接，并网稳定控制单元用于根据储能电池单元的放电量低于预设电量信号，消耗所述储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。
使得发电机启动向交流母线供电且储能变流器转为电流源的瞬间，即使储能变流器不受控的输出小电流，也可以保证此电流不会流入发电机，避免触发发电机逆功率保护功能，保证负载不会断电，从而解决了电池储能单元与发电机并网时出现发电机停机导致负载断电的问题，保证负载能正常工作。
27.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。
29.图1是现有技术中提供的一种不间断供电装置的结构示意图；
30.图2是本实用新型实施例提供的一种间断供电装置的结构示意图；
31.图3是本实用新型实施例提供的另一种间断供电装置的结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
33.本实用新型实施例提供了一种不间断供电装置，图2是本实用新型实施例提供的一种不间断供电装置的结构示意图，参考图2，不间断供电装置包括：
34.储能电池单元10；
35.储能变流器50，储能变流器50与储能电池单元10连接；
36.交流母线l，交流母线l与储能变流器50连接；储能变流器50处于电压源模式时，用于将储能电池单元10放出的直流电转换为交流电提供给交流母线l；储能变流器50处于电流源模式时，用于将交流母线l上的交流电转换为直流电提供给储能电池进行充电；交流母线l还与外部负载30连接，用于向外部负载30供电；
37.发电机20，发电机20与交流母线l连接；发电机20用于在储能电池单元10停止放电时向交流母线l提供交流电，以对外部负载30不间断的供电；
38.并网稳定控制单元40，分别与交流母线l、储能电池单元10连接，并网稳定控制单元40用于根据储能电池单元10的放电量低于预设电量信号，消耗储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。
39.具体的，不间断供电装置包括储能电池单元10、储能变流器50、交流母线l、发电机20和并网稳定控制单元。其中，储能电池单元10可以包括锂电池组和电池管理系统(battery management system，bms)单元，即储能电池单元10中的电池可以为锂电池。储能
变流器50可控制锂电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。在发电机20未启动情况下，储能电池单元10通过交流母线l为负荷(外部负载30)供电。储能变流器50由dc/ac双向变流器、内部控制单元等组件构成。控制单元通过通讯接收控制指令，根据功率指令中功率的符号及大小控制dc/ac双向变流器对电池进行充电或放电。控制单元通过can接口与bms电池管理系统通讯，获取电池组状态信息，实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。
40.储能变流器50包括电压源模式和电流源模式两种工作模式。当储能电池单元10电量够用时，储能电池单元10处于放电状态，储能变流器50处于电压源模式。储能变流器50将储能电池单元10放出的直流电转换为交流电提供给交流母线l，以通过交流母线l向外部负载30供电。当储能电池单元10电量用尽后，发电机20启动，此时储能变流器50由电压源模式转变成电流源模式，在电压，频率和相位等参数上与发电机20同步，但停止放电，由发电机20放电支持外部负载30继续工作。进一步的，在发电机20工作时，储能变流器50可以实时检测外部负载30的功率，当外部负载功率小于发电机20的最优效率功率时，可向储能电池单元10充电，让发电机20始终保持在最优效率，当储能电池单元10充满后，可停用发电机20以降低能源消耗。例如发电机20为柴油发电机20，当储能电池单元10充满后，可停用柴油发电机20以降低柴油消耗。
41.在此基础上，不间断供电装置还包括并网稳定控制单元40。并网稳定控制单元40分别与交流母线l、储能电池单元10连接，并网稳定控制单元40用于根据储能电池单元10的放电量低于预设电量信号，消耗储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。
42.也就是说，若外部负载30功率大于预设功率时，外部负载30可以消耗掉储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的不受控电流，则此时正常并网。若外部负载30功率小于预设功率时，外部负载30不能消耗掉储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的不受控电流，则网稳定控制单元40消耗储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。使得发电机20启动向交流母线l供电且储能变流器50转为电流源的瞬间，即使储能变流器50不受控的输出小电流，也可以保证此电流不会流入发电机20，避免触发发电机20逆功率保护功能，从而解决了电池储能单元与发电机20并网时出现发电机20停机导致负载断电的问题，使外部负载30不会断电，保证了外部负载30的正常工作。
43.本实用新型实施例提供的不间断供电装置增设了并网稳定控制单元，并网稳定控制单元分别与交流母线、储能电池单元连接，并网稳定控制单元用于根据储能电池单元的放电量低于预设电量信号，消耗所述储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。使得发电机启动向交流母线供电且储能变流器转为电流源的瞬间，即使储能变流器不受控的输出小电流，也可以保证此电流不会流入发电机，避免触发发电机逆功率保护功能，保证负载不会断电，从而解决了电池储能单元与发电机并网时出现发电机停机导致负载断电的问题，保证负载能正常工作。
44.在本实用新型的一个实施例中，参考图3，并网稳定控制单元包括可调电阻负载r、智能电表z和控制器41；可调电阻负载r与交流母线l连接；智能电表z串联在交流母线l与外部负载30之间；控制器41分别与储能电池单元10、可调电阻负载r以及智能电表z连接；控制器41用于在接收到储能电池单元10发送的放电量低于预设电量信号后，采集智能电表z检测到的外部负载功率，并在外部负载功率低于预设功率时向可调电阻负载r发送启动信号；
可调电阻负载r接收到控制器41发送的启动信号后启动工作，以消耗储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。
45.可以理解为，储能电池单元10的放电量低于预设电量时，向控制器41发送放电量低于预设电量信号。控制器41用于在接收到储能电池单元10发送的放电量低于预设电量信号后，通过智能电表z检测到的外部负载30功率。若外部负载30功率大于预设功率时，外部负载30可以消耗掉储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的不受控电流，则此时正常并网。若外部负载30功率小于预设功率时，外部负载30不能消耗掉储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的不受控电流，则控制器41向可调电阻负载r发送启动信号，可调电阻负载r接收到控制器41发送的启动信号后启动，消耗储能变流器50切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。使得发电机20启动向交流母线l供电且储能变流器50转为电流源的瞬间，即使储能变流器50不受控的输出小电流，也可以保证此电流不会流入发电机20，避免触发发电机20逆功率保护功能，从而解决了电池储能单元与发电机20并网时出现发电机20停机导致负载断电的问题，使外部负载30不会断电，保证了外部负载30的正常工作。
46.本实用新型实施例提供的不间断供电装置中，并网稳定控制单元包括可调电阻负载、智能电表和控制器；可调电阻负载与交流母线连接；智能电表串联在交流母线与外部负载之间；控制器分别与储能电池单元、可调电阻负载以及智能电表连接；控制器用于在接收到储能电池单元发送的放电量低于预设电量信号后，采集智能电表检测到的外部负载功率，并在外部负载功率低于预设功率时向可调电阻负载发送启动信号；可调电阻负载接收到控制器发送的启动信号后启动，以消耗储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。使得发电机启动向交流母线供电且储能变流器转为电流源的瞬间，即使储能变流器不受控的输出小电流，也可以保证此电流不会流入发电机，避免触发其逆功率保护功能，使外部负载不会断电，从而解决了电池储能单元与发电机并网时出现发电机停机导致负载断电的问题，保证负载能正常工作。
47.在本实用新型的一个实施例中，参考图3，控制器41还与储能变流器50连接，控制器41用于在接收到可调电阻负载r反馈的启动成功信号后，向储能变流器50发送电流源模式切换信号，以触发储能变流器50向电流源模式切换；
48.储能变流器50还与发电机20连接(未画出)，储能变流器50还用于接收到电流源模式切换信号后向发电机20发送启动信号，以控制发电机20启动。
49.可以理解为，储能电池单元10放电过程中，在电量即将耗尽前，储能电池单元10提前将放电量低于预设电量信号发送给控制器41。控制器41接收到信号后，采集智能电表z的功率数值以确定外部负载30的功率。若采集到智能电表z的功率数值小于预设阈值，则说明此时外部负载30功率偏小。此时控制器41向可调电阻负载r发出启动信号，控制可调电阻负载r启动。其中可调电阻负载r的功率设定成大于储能变流器50输出的不受控电流产生的功率。
50.控制器41控制可调电阻负载r启动后，向储能变流器50发出电流源模式切换信号，储能变流器50按正常流程将系统转为发电机20供电。其中储能变流器50可以与发电机20连接，储能变流器50按正常流程将系统转为发电机20供电过程中，储能变流器50可以在接收到电流源模式切换信号后向发电机20发送启动信号，控制发电机20启动。此时，储能变流器50如果输出不受控电流，会被可调电阻负载r消耗掉，不会流入发电机20，避免触发其逆功
率保护功能，保证外部负载30不会断电。
51.另外，储能变流器50完成切换动作进入稳定的充电工作状态后，可以向控制器41发送模式切换成功信号；控制器41还用于在接收到储能变流器50反馈的模式切换成功信号后，向可调电阻负载r发送停止工作信号，以控制可调电阻负载r停止工作。可以理解为，储能变流器50完成切换动作后，开始向储能电池单元10充电，进入稳定的工作状态，不再产生不受控电流，此时控制器41关闭可调电阻负载r以节约电能，整个切换过程结束。本实用新型提供的系统是自动控制的，对任何型号的储能变流器50和发电机20均可以使用，不会改变系统原有的架构和参数。
52.在本实用新型的另一个实施例中，控制器41与储能变流器50连接，控制器41用于在接收到可调电阻负载r反馈的启动成功信号后，向储能变流器50发送电流源模式切换信号，以触发储能变流器50向电流源模式切换；控制器41还与发电机20连接，控制器41还用于在接收到可调电阻负载r反馈的启动成功信号后，向发电机20发送启动信号，以控制发电机20启动。可以理解为，控制器41可以与发电机20连接，在控制发电机20启动时，可以由控制器41按正常流程将系统转为发电机20供电。
53.可选的，参考图2和3，储能电池单元10包括：
54.锂电池组和电池管理系统单元，锂电池组与电池管理系统单元连接，控制器41与电池管理系统单元连接；电池管理系统单元用于采集锂电池组的放电信息，并在锂电池组的放电量低于预设电量时，向控制器41发送放电量低于预设电量信号。
55.可选的，参考图2和图3，不间断供电装置还包括控制开关k1，控制开关k1的第一端与交流母线l连接，控制开关的第二端与发电机20连接。控制开关k1的控制端可以与控制器41连接，或者与储能变流器50连接，或者是与其它的控制部件连接。
56.具体的，储能电池单元10在放电时，控制开关k1断开，储能变流器50作为电源，将锂电池的直流电转变成交流电，供外部负载30使用。在储能电池单元10电量即将耗尽前，储能电池单元10提前将放电量低于预设电量信号发送给控制器41。控制器41接收到信号后，采集智能电表z的功率数值以确定外部负载30的功率。若采集到智能电表z的功率数值小于预设阈值，此时控制器41向可调电阻负载r发出启动信号，控制可调电阻负载r启动。
57.控制器41控制可调电阻负载r启动后，向储能变流器50发出电流源模式切换信号，以触发储能变流器50向电流源模式切换。控制开关k1采用软开关器件可在储能变流器50的控制下进行闭合，将发电机20接入系统，整个过程可做到无缝切换，不会导致负荷的工作出现中断。此时，储能变流器50如果输出不受控电流，会被可调电阻负载r消耗掉，不会流入发电机20，避免触发其逆功率保护功能，保证外部负载30不会断电。储能变流器50完成切换动作后，开始向储能电池单元10充电，进入稳定的工作状态，不再产生不受控电流，此时控制器41关闭可调电阻负载r以节约电能，整个切换过程结束。
58.本实用新型实施例还提供了一种供电设备，包括外部负载以及本实用新型任一实施例所述的不间断供电装置，交流母线与外部负载连接，以向外部负载供电。具有相同的技术效果，这里不再赘述。
59.本实用新型实施例还提供了一种应急供电系统，包括外部负载以及本实用新型任一实施例所述的不间断供电装置，不间断供电装置用于在紧急情况下向外部负载供电。具有相同的技术效果，这里不再赘述。
60.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种不间断供电装置，其特征在于，包括：储能电池单元；储能变流器，所述储能变流器与所述储能电池单元连接；交流母线，所述交流母线与所述储能变流器连接；所述储能变流器的工作模式包括电压源模式和电流源模式；所述储能变流器处于电压源模式时，用于将储能电池单元放出的直流电转换为交流电提供给交流母线；所述储能变流器处于电流源模式时，用于将所述交流母线上的交流电转换为直流电提供给所述储能电池单元进行充电；所述交流母线还用于与外部负载连接，以向外部负载供电；发电机，所述发电机与所述交流母线连接，所述发电机用于在所述储能电池单元停止放电时向所述交流母线提供交流电，以对所述外部负载不间断的供电；并网稳定控制单元，分别与所述交流母线、所述储能电池单元连接，所述并网稳定控制单元用于根据所述储能电池单元的放电量低于预设电量信号，消耗所述储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。2.根据权利要求1所述的不间断供电装置，其特征在于，所述并网稳定控制单元包括可调电阻负载、智能电表和控制器；所述可调电阻负载与所述交流母线连接；所述智能电表串联在所述交流母线与所述外部负载之间；所述控制器分别与所述储能电池单元、所述可调电阻负载以及所述智能电表连接；所述控制器用于在接收到所述储能电池单元发送的放电量低于预设电量信号后，采集智能电表检测到的外部负载功率，并在外部负载功率低于预设功率时向可调电阻负载发送启动信号；所述可调电阻负载用于接收到所述控制器发送的启动信号后启动工作，以消耗所述储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。3.根据权利要求2所述的不间断供电装置，其特征在于，所述控制器还与所述储能变流器连接，所述控制器用于在接收到所述可调电阻负载反馈的启动成功信号后，向所述储能变流器发送电流源模式切换信号，以触发所述储能变流器向电流源模式切换；所述储能变流器还与所述发电机连接，所述储能变流器还用于接收到电流源模式切换信号后向所述发电机发送启动信号，以控制所述发电机启动。4.根据权利要求2所述的不间断供电装置，其特征在于，所述控制器还与所述储能变流器连接，所述控制器用于在接收到所述可调电阻负载反馈的启动成功信号后，向所述储能变流器发送电流源模式切换信号，以触发所述储能变流器向电流源模式切换；所述控制器还与所述发电机连接，所述控制器还用于在接收到所述可调电阻负载反馈的启动成功信号后，向所述发电机发送启动信号，以控制所述发电机启动。5.根据权利要求3或4所述的不间断供电装置，其特征在于，所述控制器还用于在接收到所述储能变流器反馈的模式切换成功信号后，向所述可调电阻负载发送停止工作信号，以控制所述可调电阻负载停止工作。6.根据权利要求2所述的不间断供电装置，其特征在于，所述储能电池单元包括：锂电池组和电池管理系统单元，所述锂电池组与所述电池管理系统单元连接，所述控制器与所述电池管理系统单元连接；
所述电池管理系统单元用于采集所述锂电池组的放电量，并在锂电池组的放电量低于预设电量时，向所述控制器发送所述放电量低于预设电量信号。7.根据权利要求1所述的不间断供电装置，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关的第一端与所述交流母线连接，所述控制开关的第二端与所述发电机连接。8.根据权利要求1所述的不间断供电装置，其特征在于，所述发电机包括柴油发电机。9.一种供电设备，其特征在于，包括外部负载以及权利要求1～8任一所述的不间断供电装置，所述交流母线与所述外部负载连接，以向外部负载供电。10.一种应急供电系统，其特征在于，包括外部负载以及权利要求1～8任一所述的不间断供电装置，所述不间断供电装置用于在紧急情况下向所述外部负载供电。

技术总结
本实用新型公开了一种不间断供电装置、供电设备及应急供电系统，供电装置包括：储能电池单元；与储能电池单元连接的储能变流器；与储能变流器连接的交流母线；与交流母线连接的发电机；还包括并网稳定控制单元，分别与交流母线、储能电池单元连接，并网稳定控制单元用于根据储能电池单元的放电量低于预设电量信号，消耗储能变流器切换为电流源模式过程中输出的多余交流电。解决了电池储能单元与发电机并网时出现发电机停机导致负载断电的问题，保证负载能正常工作。证负载能正常工作。证负载能正常工作。


技术研发人员：尹博 蒙玉宝 陈翔
受保护的技术使用者：武汉亿纬储能有限公司
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2023/2/9