一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法与流程

1.本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法。


背景技术：

2.随着储能技术的快速发展，储能技术越来越广泛的应用于备电领域中。传统的柴油发电机，排出的烟雾中含大量二氧化硫污染环境，故障率高，日常维护繁琐，维护成本高。现有技术中将储能技术和先进的电能技术相结合，采用先进的储能电池取代柴油发电机，具有安全、节能、无污染等特性。
3.现有的储能站系统，除了并网充放电功能外，还具备离网备电功能。在相应的系统中，增加一路交流输出作为负载接入的端口，在电网断电时，系统切至离网模式，保证负载正常供电。
4.现有的可实现并网转离网切换方法中，储能变流器的无缝并离网切换，当负载功率等于pcs额定充放电功率时，电池放电末端出现限功率无法满足负载需求时，无法控制负载的及时切除，造成储能系统带载切断，损伤部件；且无法实时监控当前电池的剩余电量信息。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法，实现储能系统的自动并离网切换，并且当电池处于放电末端及储能系统出现故障不足以支持负载时，自动控制负载切除。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种放电方法，包括步骤：
8.s1、获取储能单元的电性数据；
9.s2、当检测到所述电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电；
10.所述最小用电阈值为储能单元放电末端的限定值。
11.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
12.一种储能单元的并离网切换系统，包括交流母线、储能单元、应急负载开关、应急负载单元和终端；
13.所述应急负载单元包括双电源切换开关、多级负载和多组负载开关；
14.所述双电源切换开关的主开关的输入端连接所述交流母线，所述双电源切换开关的备电开关的输入端与应急负载开关的一端进行连接，所述应急负载开关的另一端与所述储能单元进行连接；
15.所述负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述负载；
16.所述终端用于控制整个系统的运行，执行以上一种储能单元的并离网切换方法中的步骤。
17.本发明的有益效果在于：提供一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法，通过双电流开关的输入端分别连接交流母线和储能单元，当并离网切换时，保证负载供电的及时性；同时，在离网模式下，当储能单元中的电池处于放电末端及储能单元出现故障不足以支持负载时，控制储能单元自动停止供电，防止储能单元损伤，并实时传输系统状况，实现智能化控制。
附图说明
18.图1为本发明某一实施例的一种储能单元的并离网切换系统的拓扑图；
19.图2为本发明某一实施例的一种储能单元的并离网切换系统的并离网切换流程图；
20.图3为本发明某一实施例的一种储能单元的并离网切换系统的终端的示意图；
21.图4为本发明某一实施例的一种放电方法的整体流程图；
22.图5为本发明某一实施例的一种放电方法的具体流程图；
23.标号说明：
24.qf1、并网开关；
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qf2、储能单元开关；
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qf3、应急负载开关；
25.qf4、一级负载开关；
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qf5、次级负载开关；
26.ct、电流互感器；
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pcs、储能变流器；
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ats、双电源切换开关。
具体实施方式
27.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
28.现有技术中，重要负载都会配有备用电源，当市电故障或其他情况导致断电时，备用电源启动，根据需求为应急负载提供充足的备电时间，以保证在市电断电时重要负载的正常运行，其中应急负载所属系统包括但不限于以下几种：消防系统、医疗系统、信息系统和安防系统等；但备用电源(储能单元)运行过程中会出现电量不足或供电故障的情形，针对此类情况，亟需一种能调整供电输出及保护储能单元，智能化控制的系统及方案。
29.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
30.请参照图1至图5，一种放电方法，包括步骤：
31.s1、获取储能单元的电性数据；
32.s2、当检测到所述电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电；
33.所述最小用电阈值为储能单元放电末端的限定值。
34.本发明的工作原理在于：获取储能单元中的电性数据，当处于离网状态时，若检测到储能单元的电性数据小于最小用电阈值(储能单元放电末端的限定值)，出于保护储能单元中电芯的考虑，控制储能单元停止供电。
35.进一步地，所述步骤s2具体如下：
36.s21、当检测到所述电性数据小于第一预设用电阈值时，断开次级负载，并上传数据给终端；
37.s22、当检测到所述电性数据小于第二预设用电阈值时，上传数据给终端，并发出停机预警；
38.s23、当检测到所述电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电，并上传数据给终端。
39.由上述描述可知，储能单元给应急负载供电，出现电性数据小于第一预设用电阈值的情形下，为了保证应急负载中一级负载的备电时间充足，即在固定时间段内保证一级负载的运行，控制次级负载与储能单元断开，并将数据上传给终端，此处对应步骤s21；当检测到电性数据小于第二预设用电阈值时，上传数据给终端，并发出停机预警，给客户端以提示，避免突然断电，此处对应步骤s22；当检测到储能单元的电性数据小于最小用电阈值，即低于储能单元放电末端的限定值，控制储能单元停止供电，此处对应步骤s23。
40.进一步地，所述电性数据包括所述储能单元中单体电芯的工作电压值，所述最小用电阈值为储能单元中单体电芯的放电末端的限定电压值。
41.由上述描述可知，为了方便检测，从日常运行及装置特性总结规律，从而采用储能单元中单体电芯的工作电压值作为电性数据进行判断，同时最小用电阈值也采用单体电芯的放电末端的限定电压值。
42.进一步地，所述电性数据还包括所述储能单元的电量值；
43.所述步骤s1和所述步骤s2之间还包括以下步骤，具体如下：
44.当检测到所述电量值低于预设电量阈值，则断开次级负载，并上传数据给终端。
45.进一步地，所述步骤s21具体如下：
46.s211、当检测到所述次级负载已断开，则进入步骤s22；否则，进入步骤s212；
47.s212、当检测到所述工作电压值小于第一预设用电阈值时，断开次级负载，并上传数据给终端。
48.由上述描述可知，除了检测单个电芯的工作电压值作为执行依据，储能单元的剩余电量同时也作为是否进行分级调控应急负载的依据，具体原理在于，预设电量阈值，其根据应急负载中一级负载的备电时间内的用电量进行设置，当检测到储能单元的电量值低于预设电量阈值时，断开次级负载，将储能单元的剩余电量仅供一级负载使用；同时，若已经检测到次级负载断开，则直接进入步骤s22进行后续调控。
49.请参照图1至图3，一种储能单元的并离网切换系统，包括交流母线、储能单元、应急负载开关qf3、应急负载单元和终端；
50.所述应急负载单元包括双电源切换开关ats、多级负载和多组负载开关；
51.所述双电源切换开关ats的主开关的输入端连接所述交流母线，所述双电源切换开关ats的备电开关的输入端与应急负载开关qf3的一端进行连接，所述应急负载开关qf3的另一端与所述储能单元进行连接；
52.所述负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述负载；
53.所述终端用于控制整个系统的运行，执行以上一种储能单元的并离网切换方法中的步骤。
54.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供一种储能单元的并离网切换系统，通过双电流开关的输入端分别连接交流母线和储能单元，当并离网切换时，保证负载供电的及时性；同时，在离网模式下，当储能单元中的电池处于放电末端及储能单元出现故障不足以支持负载时，控制储能单元自动停止供电，防止储能单元损伤，并实时传输系统状况，实现智能化控制。
55.进一步地，所述储能单元包括依次串联的电流互感器ct、储能单元开关qf2、储能变流器pcs和由电芯构成的电池模组；所述电流互感器ct与所述交流母线进行连接，所述应急负载开关qf3的另一端与所述储能变流器pcs进行连接。
56.由上述描述可知，电流互感器ctct两端分别连接交流母线和储能单元开关qf2，在本发明的某一实施例中，当并网时，交流母线同时给储能单元和应急负载单元供电；当离网时，由储能单元给应急负载单元供电。
57.进一步地，还包括并网开关qf1，所述并网开关qf1的两端分别连接所述交流母线和所述电流互感器ct。
58.由上述描述可知，为了保证交流母线和储能单元通断的及时性，在交流母线和电流互感器ct之间设置并网开关qf1。
59.进一步地，所述储能单元开关qf2和所述负载开关为塑壳式断路器，所述并网开关qf1为万能断路器，所述万能断路器设有失压脱扣装置；所述负载开关为外部接触器。
60.由上述描述可知，在本发明的某一实施例中，储能单元开关qf2采用塑壳式断路器，提供过流及保护功能，设置在储能单元系统内部，提供安全性保障；并网开关qf1设置在客户侧低压配电柜中，并采用具有失压脱扣功能的万能断路器，当市电故障时，自动将市电和储能单元切断；除此之外，负载开关采用外部接触器，支持多次接通和断开，耐用性强。
61.进一步地，所述负载包括一级负载和次级负载，所述负载开关包括一级负载开关和次级负载开关；所述一级负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述一级负载；所述次级负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述次级负载。
62.由上述描述可知，在本发明的某一实施例中，负载级数取2级，分为一级负载和次级负载，其中一级负载对应一级负载开关qf4，次级负载对应次级负载开关qf5。
63.具体的，本发明的某一实施例中，并离网切换流程如下：应急负载开关qf3处于合闸状态，当终端通过判断交流电表的电压、电流、频率等数据，并和pcs的电压、电流、频率等采样数据进行核对，确定市电断电，，在判断时间3s内，开始自动切换离网过程，控制过程如下：并网开关qf1失压自动断开，双电源切换开关ats转至备电开关处，此时，储能单元和应急负载单元接通。
64.优选的，终端包括能量管理系统、控制模块，功率采集模块、监控平台和监控中心，其中能量管理系统协同pcs和电池模组，在控制模块的调整下对整个系统的所有开关进行控制，并将功率采集模块的输出信息实时传送至监控平台，监控平台与监控中心联动，提示当前储能单元的剩余电量，提前预警，实现智能化控制。
65.本发明提供的一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法，应用在储能领域的并离网切换工况，下面结合实施例进行说明：
66.本发明的实施例一为：请参照图1至图3，一种储能单元的并离网切换系统，应用于上述一种放电方法，包括交流母线、储能单元、并网开关qf1、应急负载开关qf3、应急负载单元和终端；储能单元包括依次串联的电流互感器ct、储能变流器pcs和由电芯构成的电池模组；并网开关qf1两端分别连接交流母线和电流互感器ct；应急单元系统包括双电源切换开关ats、一级负载、次级负载、一级负载开关qf4和次级负载开关qf5；双电源切换开关ats的主开关的输入端连接交流母线，双电源开关的备电开关的输入端与应急负载开关qf3的一端进行连接，应急负载开关qf3的另一端与储能变流器pcs进行连接；一级负载开关qf4的两
端分别连接双电源开关的输出端和一级负载；次级负载开关qf5的两端分别连接双电源开关的输出端和次级负载；终端用于控制整个系统的运行。
67.即在本实施例中，通过终端实时监控系统中的供电情况，其中双电源切换开关ats的输入端的主开关接入交流母线，备电开关接入储能单元，输出端连接应急负载，当市电断电时，配合应急负载开关qf3以及并网开关qf1，完成从市电到储能单元的供电切换。
68.优选的，储能单元还包括储能单元开关qf2，储能单元开关qf2的两端分别连接电流互感器ct和储能变流器pcs。储能单元开关qf2和应急负载开关qf3为塑壳式断路器。并网开关qf1为万能断路器，万能断路器设有失压脱扣装置。一级负载开关qf4和次级负载开关qf5为外部接触器；一级负载包括消防风机、消防中心、消防泵、应急照明及疏散指示系统和监控中心，次级负载包括安防系统、信息机房、通道及值班照明和排污泵。
69.其中电流互感器ct两端分别连接并网开关qf1和储能单元开关qf2，并网开关qf1设置在客户侧低压配电柜中，并采用具有失压脱扣功能的万能断路器，当市电故障时，自动将市电和储能单元切断；储能单元开关qf2采用塑壳式断路器，提供过流及保护功能，设置在储能单元系统内部，提供安全性保障；除此之外，一级负载开关qf4和次级负载开关qf5都采用外部接触器，支持多次接通和断开，耐用性强。
70.在本实施例中，并离网切换流程如下：应急负载开关qf3处于合闸状态，当终端通过判断交流电表的电压、电流、频率等数据，并和pcs的电压、电流、频率等采样数据进行核对，确定市电断电，在判断时间3s内，开始自动切换离网过程，控制过程如下：并网开关qf1失压自动断开，双电源切换开关ats转至备电开关处，此时，储能单元和应急负载单元接通。
71.本发明的实施例二为：请参照图4至图5，一种放电方法，应用于上述一种储能单元的并离网切换系统，包括步骤：
72.s1、获取储能单元的电性数据；
73.s2、当检测到电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电；
74.最小用电阈值为储能单元放电末端的限定值。
75.即在本实施例中，利用终端获取储能单元中的电性数据，当处于离网状态时，若检测到储能单元的电性数据小于最小用电阈值(储能单元放电末端的限定值)，出于保护储能单元中电芯的考虑，控制储能单元停止供电。
76.本发明的实施例三为：请参照图4至图5，在实施例二的基础上，步骤s2具体如下：
77.s21、当检测到电性数据小于第一预设用电阈值时，断开次级负载，并上传数据给终端；
78.s22、当检测到电性数据小于第二预设用电阈值时，上传数据给终端，并发出停机预警；
79.s23、当检测到电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电，并上传数据给终端。
80.电性数据包括储能单元中单体电芯的工作电压值，最小用电阈值为储能单元中单体电芯的放电末端的限定电压值。
81.即在本实施例中，储能单元给应急负载供电，出现电性数据小于第一预设用电阈值的情形下，为了保证应急负载中一级负载的备电时间充足，即在固定时间段内保证一级负载的运行，控制次级负载与储能单元断开，并将数据上传给终端，此处对应步骤s21；当检
测到电性数据小于第二预设用电阈值时，上传数据给终端，并发出停机预警，给客户端以提示，避免突然断电，此处对应步骤s22；当检测到储能单元的电性数据小于最小用电阈值，即低于储能单元放电末端的限定值，控制储能单元停止供电，此处对应步骤s23。
82.优选的，为了方便检测，从日常运行及装置特性总结规律，从而采用储能单元中单体电芯的工作电压值作为电性数据进行判断，同时最小用电阈值也采用单体电芯的放电末端的限定电压值。
83.具体举例如下：若应急负载的额定功率为500kw，选用的pcs额定功率为500kw，按照备电时间2个小时计算，配置电池额定能量为1mwh。电池电芯容量为280ah，电芯单体电压工作范围2.8v≤u≤3.6v；出于对电池的保护，最小放电阈值设置为2.85v，第一预设用电阈值为3.0v，第二预设用电阈值为2.9v；具体控制过程如下：
84.s21、离网放电工况下，能量管理系统通过电表发送的数据，时时检测qf3下端总负载的功率值，当检测到电芯单体电压下限值为3.0v时，能量管理系统向云平台发送剩余电量信息，云平台接受并转发给监控中心，提示电池电量即将不足，系统即将关闭部分负载，随之断开qf5次级重要性负载开关，使负载降至400kw；
85.s22、当检测到电芯单体的工作电压值为2.9v时(此时系统将限流)，能量管理系统向云平台发送剩余电量信息，云平台接受并转发给客户监控中心，提示电池电量不足，系统即将停止供电；
86.s23、检测到电芯单体的工作电压值为2.85v时，能量管理系统执行停机操作，并上传数据给终端；
87.本发明的实施例四为：请参照图4至图5，在实施例三的基础上，电性数据还包括储能单元的电量值；
88.步骤s1和步骤s2之间还包括以下步骤，具体如下：
89.当检测到电量值低于预设电量阈值，则断开次级负载，并上传数据给终端。
90.步骤s21具体如下：
91.s211、当检测到次级负载已断开，则进入步骤s22；否则，进入步骤s212；
92.s212、当检测到工作电压值小于第一预设用电阈值时，断开次级负载，并上传数据给终端。
93.即在本实施例中，除了检测单个电芯的工作电压值作为执行依据，储能单元的剩余电量同时也作为是否进行分级调控应急负载的依据，具体原理在于，预设电量阈值，其根据应急负载中一级负载的备电时间内的用电量进行设置，当检测到储能单元的电量值低于预设电量阈值时，断开次级负载，将储能单元的剩余电量仅供一级负载使用；同时，若已经检测到次级负载断开，则直接进入步骤s22进行后续调控。
94.具体举例如下，假设系统内有5个电柜，每个电柜的供电功率为206kwh，能量管理系统可设置系统最小运行柜数为1，当离网放电时，假设某一个电柜出现故障，其他电柜不会受影响，仍然可以离网正常放电。总容量变为206
×
4＝824kwh，由于此时的备电量已经不满足两小时的备电时间，此时能量管系统会将次级负载切除，优先满足一级负载供电，满足一级负载供电时间。
95.综上所述，本发明提供的一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法，通过双电流开关的输入端分别连接交流母线和储能单元，当并离网切换时，保证负载供电的及时
性；同时，在离网模式下，当储能单元中的电池处于放电末端及储能单元出现故障不足以支持负载时，控制储能单元自动停止供电，防止储能单元损伤，并实时传输系统状况，实现智能化控制。
96.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种放电方法，其特征在于：包括步骤：s1、获取储能单元的电性数据；s2、当检测到所述电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电；所述最小用电阈值为储能单元放电末端的限定值。2.根据权利要求1的一种放电方法，其特征在于：所述步骤s2具体如下：s21、当检测到所述电性数据小于第一预设用电阈值时，断开次级负载，并上传数据给终端；s22、当检测到所述电性数据小于第二预设用电阈值时，上传数据给终端，并发出停机预警；s23、当检测到所述电性数据小于最小用电阈值时，控制储能单元停止供电，并上传数据给终端。3.根据权利要求2的一种放电方法，其特征在于：所述电性数据包括所述储能单元中单体电芯的工作电压值，所述最小用电阈值为储能单元中单体电芯的放电末端的限定电压值。4.根据权利要求3的一种放电方法，其特征在于：所述电性数据还包括所述储能单元的电量值；所述步骤s1和所述步骤s2之间还包括以下步骤，具体如下：当检测到所述电量值低于预设电量阈值，则断开次级负载，并上传数据给终端。5.根据权利要求4的一种放电方法，其特征在于：所述步骤s21具体如下：s211、当检测到所述次级负载已断开，则进入步骤s22；否则，进入步骤s212；s212、当检测到所述工作电压值小于第一预设用电阈值时，断开次级负载，并上传数据给终端。6.一种储能单元的并离网切换系统，其特征在于：包括交流母线、储能单元、应急负载开关、应急负载单元和终端；所述应急负载单元包括双电源切换开关、多级负载和多组负载开关；所述双电源切换开关的主开关的输入端连接所述交流母线，所述双电源切换开关的备电开关的输入端与应急负载开关的一端进行连接，所述应急负载开关的另一端与所述储能单元进行连接；所述负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述负载；所述终端用于控制整个系统的运行，执行以上权利要求1-5任一所述的一种储能单元的并离网切换方法中的步骤。7.根据权利要求6所述的一种储能单元的并离网切换系统，其特征在于：所述储能单元包括依次串联的电流互感器、储能单元开关、储能变流器和由电芯构成的电池模组；所述电流互感器与所述交流母线进行连接，所述应急负载开关的另一端与所述储能变流器进行连接。8.根据权利要求7所述的一种储能单元的并离网切换系统，其特征在于：还包括并网开关，所述并网开关的两端分别连接所述交流母线和所述电流互感器。9.根据权利要求8所述的一种储能单元的并离网切换系统，其特征在于：所述储能单元开关和所述应急负载开关为塑壳式断路器；所述并网开关为万能断路器，所述万能断路器
设有失压脱扣装置；所述负载开关为外部接触器。10.根据权利要求6所述的一种储能单元的并离网切换系统，其特征在于：所述多级负载包括一级负载和次级负载，所述负载开关包括一级负载开关和次级负载开关；所述一级负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述一级负载；所述次级负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和所述次级负载。

技术总结
一种储能单元的并离网切换系统及其放电方法，包括交流母线、储能单元、应急负载开关、应急负载单元和终端；应急负载单元包括双电源切换开关、多级负载和多组负载开关；双电源切换开关的主开关的输入端连接交流母线，双电源切换开关的备电开关的输入端与应急负载开关的一端进行连接，应急负载开关的另一端与储能单元进行连接；负载开关的两端分别连接双电源开关的输出端和负载。实现储能系统的自动并离网切换，并且当电池处于放电末端及储能系统出现故障不足以支持负载时，自动控制负载切除。自动控制负载切除。自动控制负载切除。


技术研发人员：张敏 方焱琦
受保护的技术使用者：福建时代星云科技有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/14