一种家庭储能模组及其控制方法与流程

1.本发明涉及住宅区供电分配技术领域，尤其涉及一种家庭储能模组及其控制方法。


背景技术：

2.家庭储能设备是一种在本地存储电力以备后用的一种智能电力管理设备。其通常在用电低峰期进行蓄电储电，在用电高峰期进行放电补偿用电。传统的家庭储能设备通常会配备外置的光伏发电系统，在白天时间内由市电和光伏发电系统获取电能，于夜间用电高峰期放电或是对电动汽车进行充电。
3.然而这类传统的家庭储能设备通常适用在别墅房、自建房、楼层间距大且楼层低矮的小区内。这类建筑区内拥有充足的用地空间以及日照空间，并且用电住户的数量较少，在用电高峰期对变压器的负荷压力较为平稳。引入家庭储能设备的使用通常是为了节约用电，降低用电高峰期对市电的要求，同时也可作为应急电源，避免在突发断电时无电可用或是对家用电器设备造成损害。
4.然而在楼房密集、实际居住面积小、楼层高的建筑群内，这类家庭储能设备存在以下问题而不适用：
①
.高层且多住户的楼栋的用电尖峰峰值更高，更需要在用电高峰以及尖峰期辅助放电来缓解配电房中设备的压力。
②
.高层多住户的楼栋相互遮光后导致光伏发电能力下降，且没有足够的外部空间供单个住户的家庭储能设备的光伏板展开，因此这类建筑群内的家庭储能设备的主要电能储备来源源自市电，每日存储的电量相对更少，更需要合理的规划使用。
③
.住户越多则意味着复杂程度越高，各个住户的生活习惯也不尽相同，甚至会出现部分住户划分居室出租给多人居住的情况，传统所认为的每日的11：00～13：00以及17：00～23：00为用电高峰期已经是较为偏颇且粗略的看法，容易造成配电不均、变压器过载的情况出现，不利于楼栋电路的寿命。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供了一种家庭储能模组及其控制方法，本发明是这样实现的：
6.一种家庭储能模组，包括：
7.设置于储能逆变终端内的控制模块以及与所述控制模块通信连接的储能整流模块、逆变输出模块、指令输入模块、储能模块、分级模块和显示模块，所述储能整流模块与市电电连接并接入所述储能模块，所述储能模块与所述逆变输出模块电连接，所述储能整流模块用于将220v交流电整流为直流电，用于给所述储能模块进行充电；所述逆变输出模块用于将所述储能模块中的直流电逆变为220v交流电输出对家庭用电进行供电；所述储能模块用于存储整流后的电能以及在逆变输出时提供逆变直流源；所述显示模块用于显示指令操作界面、储能模块内剩余电量情况以及当前储能逆变终端的充放电工作模式；所述指令输入模块用于获取用户在显示模块上输入的指令信号，并将指令信号转发至所述控制模
块；
8.还包括楼栋用电管理中心，所述楼栋用电管理中心包括采集模块、数据分析模块、数据存盘以及发信模块，所述楼栋用电管理中心与楼栋内若干住户家中的所述控制模块通信连接，所述采集模块用于采集各住户用电信息、楼栋用电信息以及所述储能设备电量剩余情况，所述数据分析模块用于根据所述采集模块所采集到的各项信息进行数据分析得出各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段，所述数据存盘用于存储以上各项采集以及分析得出的数据，所述发信模块用于发送信号至各用户家中的储能逆变终端；
9.所述分级模块包括可由轮切装置切换且相互并联的一级用电模块、二级用电模块以及三级用电模块，所述分级模块与所述逆变输出模块电连接，所述一级用电模块直接接入家庭用电电网，所述二级用电模块仅接入家庭照明用电电路以及固定电器电路，所述三级用电模块仅接入家庭照明用电电路。
10.一种家庭储能模组的控制方法，应用于如上所述的一种家庭储能模组，包括以下步骤：
11.s1.采集模块获取各住户用电信息、楼栋用电信息以及各住户家中储能设备电联信息；
12.s2.数据分析模块根据所采集到的各住户用电信息、楼栋用电信息进行分析记录各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段；
13.s3.所述发信模块根据各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段以及各住户家中储能设备电联信息发送相应的用电信号至各用户家中的储能逆变终端；
14.s4.住户家中的储能逆变终端获取所述用电信号或住户通过所述指令输入模块手动输入的指令，并根据所述用电信号或指令信号切换工作模式。
15.作为进一步改进的，所述步骤s2具体包括以下步骤：
16.s201.以周日起七天为一个周期进行日活用电数据的分析，记录为各住户用电日活习惯以及楼栋用电日活习惯；
17.s202.以每年二月一日起每三个月为一个周期进行季度用电数据分析，记录为各住户分季用电习惯以及楼栋分季用电习惯。
18.作为进一步改进的，待分析日活用电数据包括每一周期内每日0点起始至次日0点为一组的共七组的单日用电数据，每一组单日用电数据包括6组从每日0点每间隔4小时为一组的时段用电数据，每一所述时段用电数据为该4小时内的平均用电电压，并且将周六以及周日的所述时段用电数据归类为周末用电数据，周一至周五的所述时段用电数据归类为工作日用电数据；
19.待分析的季度用电数据包括该季度内所有工作日用电数据的每一相应时段用电数据的平均值，以及该季度内所有周末用电数据的每一相应时段用电数据的平均值。
20.作为进一步改进的，所述步骤s3具体包括以下步骤：
21.s301.对用电习惯趋于相同，即单日内6组时段用电数据中出现用电高峰/低谷的时段相同的用户进行分组，分为至少两组用电习惯不同的用电用户组；
22.s302.同一时段内所述发信模块对不同的所述用电用户组发送不同的充放电信号。
23.作为进一步改进的，所述储能逆变终端包括以下几种工作模式：
24.工作模式一：充电模式，此时所述逆变输出模块停止工作，所述储能整流模块持续工作，将市电的220v交流电进行整流储备于所述储能模块内；
25.工作模式二：待机模式，此时所述逆变输出模块以及所述储能整流模块均停止工作。
26.工作模式三：一级放电模式，此时所述分级模块切换至一级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作；
27.工作模式四：二级放电模式，此时所述分级模块切换至二级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作；
28.工作模式五：三级放电模式，此时所述分级模块切换至三级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作。
29.作为进一步改进的，所述采集模块所采集的储能设备电联信息具体为所述储能模块内电量剩余总值百分比。
30.本发明的有益效果在于：
31.1.通过在储能逆变终端内设置分级模块，并且分级模块包括了可由轮切装置切换且相互并联的一级用电模块、二级用电模块以及三级用电模块，一级用电模块直接接入家庭用电电网，二级用电模块仅接入家庭照明用电电路以及固定电器电路，三级用电模块仅接入家庭照明用电电路。实现了根据储能逆变终端内的剩余电量、小区内用电情况来改变供电模式，更合理的对家庭储能设备内的电能进行用电规划，减少出现储能设备内电量不足情况的发生。
32.2.通过采集模块采集各住户的用电信息、楼栋用电信息以及各住户家中储能设备电联信息，由数据分析模块进行分析得出用户的用电习惯和楼栋的用电高峰/尖峰频发时段，进而根据用户的用电习惯对楼栋内不同的住户进行错峰用电规划，实现储能设备的错峰充电、错峰放电，避免出现用电集中导致变压器过载，同时也避免了错峰用电时个别住户无电可用的窘迫情况发生。
33.3.相比传统的家庭储能设备，更适合应用在高层多住户的居民楼内使用，可以更合理的对用电进行规划，避免电路过载、电路过早老化。
具体实施方式
34.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
35.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
36.一种家庭储能模组，包括：
37.设置于储能逆变终端内的控制模块以及与所述控制模块通信连接的储能整流模
块、逆变输出模块、指令输入模块、储能模块、分级模块和显示模块，所述储能整流模块与市电电连接并接入所述储能模块，所述储能模块与所述逆变输出模块电连接，所述储能整流模块用于将220v交流电整流为直流电，用于给所述储能模块进行充电；所述逆变输出模块用于将所述储能模块中的直流电逆变为220v交流电输出对家庭用电进行供电；所述储能模块用于存储整流后的电能以及在逆变输出时提供逆变直流源；所述显示模块用于显示指令操作界面、储能模块内剩余电量情况以及当前储能逆变终端的充放电工作模式；所述指令输入模块用于获取用户在显示模块上输入的指令信号，并将指令信号转发至所述控制模块；
38.还包括楼栋用电管理中心，所述楼栋用电管理中心包括采集模块、数据分析模块、数据存盘以及发信模块，所述楼栋用电管理中心与楼栋内若干住户家中的所述控制模块通信连接，所述采集模块用于采集各住户用电信息、楼栋用电信息以及所述储能设备电量剩余情况，所述数据分析模块用于根据所述采集模块所采集到的各项信息进行数据分析得出各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段，所述数据存盘用于存储以上各项采集以及分析得出的数据，所述发信模块用于发送信号至各用户家中的储能逆变终端；
39.所述分级模块包括可由轮切装置切换且相互并联的一级用电模块、二级用电模块以及三级用电模块，所述分级模块与所述逆变输出模块电连接，所述一级用电模块直接接入家庭用电电网，所述二级用电模块仅接入家庭照明用电电路以及固定电器电路，所述三级用电模块仅接入家庭照明用电电路。具体的，所述固定电器电路包括冰箱、路由器等需要保持常开的电器的电路。
40.一种家庭储能模组的控制方法，应用于如上所述的一种家庭储能模组，包括以下步骤：
41.s1.采集模块获取各住户用电信息、楼栋用电信息以及各住户家中储能设备电联信息；
42.s2.数据分析模块根据所采集到的各住户用电信息、楼栋用电信息进行分析记录各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段；
43.s3.所述发信模块根据各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段以及各住户家中储能设备电联信息发送相应的用电信号至各用户家中的储能逆变终端；
44.s4.住户家中的储能逆变终端获取所述用电信号或住户通过所述指令输入模块手动输入的指令，并根据所述用电信号或指令信号切换工作模式。
45.作为进一步改进的，所述步骤s2具体包括以下步骤：
46.s201.以周日起七天为一个周期进行日活用电数据的分析，记录为各住户用电日活习惯以及楼栋用电日活习惯；
47.s202.以每年二月一日起每三个月为一个周期进行季度用电数据分析，记录为各住户分季用电习惯以及楼栋分季用电习惯。
48.对于住户而言，通常有以下几种用电习惯：工作日朝九晚五上下班的住户，在工作日期间的用电习惯趋近于传统所认为的11：00～13：00以及17：00～23：00为用电高峰期。工作任务繁重的住户，在工作日期间用电习惯趋近于在夜间20：00～1：00为用电高峰期。住宅改修出租给多人租住的住户，由于租住人员的工作不尽相同，用电习惯复杂多变，在工作日期间全天24h均可能出现用电高峰期。而周末时，热衷外出休闲和热衷居家放松的住户的用
电习惯会与工作日的用电习惯出现差异，为了更好的进行配电，满足不同用电习惯的住户的用电，作为进一步改进的，待分析日活用电数据包括每一周期内每日0点起始至次日0点为一组的共七组的单日用电数据，每一组单日用电数据包括6组从每日0点每间隔4小时为一组的时段用电数据，每一所述时段用电数据为该4小时内的平均用电电压，并且将周六以及周日的所述时段用电数据归类为周末用电数据，周一至周五的所述时段用电数据归类为工作日用电数据。
49.除了工作因素影响外，季节同样也是影响用电习惯的一大因素，在夏日使用空调和在冬日使用电暖器均会对用电量产生较大影响。作为进一步改进的，待分析的季度用电数据包括该季度内所有工作日用电数据的每一相应时段用电数据的平均值，以及该季度内所有周末用电数据的每一相应时段用电数据的平均值。根据不同季度对住户的用电习惯进行更新。
50.作为进一步改进的，所述采集模块所采集的储能设备电联信息具体为所述储能模块内电量剩余总值百分比。具体的，当所述储能模块内剩余电量高于95％时，则定义为满电状态；当所述储能模块内剩余电量不高于95％且高于20％时，则定义为高电状态；当所述储能模块内剩余电量不高于20％且高于5％时，则定义为低电状态；当所述储能模块内剩余电量不高于5％时，则定义为空电状态。
51.作为进一步改进的，所述储能逆变终端包括以下几种工作模式：
52.工作模式一：充电模式，此时所述逆变输出模块停止工作，所述储能整流模块持续工作，将市电的220v交流电进行整流储备于所述储能模块内；当所述储能模块处于空电状态且楼栋未停电时，无论何种用电状况均进入该工作模式，直至进入高电状态；或当储能模块处于低电状态时，且下一时段住户的用电习惯为用电高峰时进入该工作模式直至进入高电状态；或当储能模块不为满电状态且当前楼栋不处于用电尖峰时进入该工作模式直至所述储能模块进入满电状态至少15min。
53.工作模式二：待机模式，此时所述逆变输出模块以及所述储能整流模块均停止工作。当楼栋不处于用电尖峰且储能模块为满电状态时保持该工作模式；或用户当前用电习惯以及下一时段用电习惯为用电低峰、且楼栋处于用电尖峰、且储能模块不为空电状态时保持该工作模式；
54.工作模式三：一级放电模式，此时所述分级模块切换至一级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作；当用户当前时段为用电高峰且当前楼栋整体处于用电尖峰且储能模块为满电状态或高电状态时进入该工作模式；或遭遇停电而储能模块为满电状态或高电状态时进入该工作模式。
55.工作模式四：二级放电模式，此时所述分级模块切换至二级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作；当用户当前时段为用电高峰且当前楼栋整体处于用电尖峰且储能模块为低电状态时进入该工作模式；或遭遇停电且储能模块为低电状态时进入该工作模式。
56.工作模式五：三级放电模式，此时所述分级模块切换至三级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作。遭遇停电且储能模块为空电状态时进入该工作模式。
57.作为进一步改进的，所述步骤s3具体包括以下步骤：
58.s301.对用电习惯趋于相同，即单日内6组时段用电数据中出现用电高峰/低谷的时段相同的用户进行分组，分为至少两组用电习惯不同的用电用户组；
59.s302.同一时段内所述发信模块对不同的所述用电用户组发送不同的充放电信号。
60.具体的，当楼栋用电管理中心判断该楼栋为用电尖峰期时，则对当前时段用电习惯处于用电平峰/低谷期的住户组的储能设备发送停止充电信号，该组住户中不处于空电状态的储能逆变终端进入工作模式二；同时对当前时段用电习惯处于用电高峰期的住户组的储能设备发送辅助放电信号，改组住户的储能逆变终端根据住户实时用电峰值进入工作模式三/工作模式四/工作模式五。
61.当出现春节/劳动节/国庆节等长假日租户返乡、住户返乡而导致的住宅内长期不用电的情况出现，若继续根据平日内的用电习惯保持储电设备的充放电控制，则会导致储电设备因待机出现的电量流失离开满电状态后反复充电，对储能模块的寿命造成损伤同时给住户带来额外的电费花销。作为进一步改进的，对节假日的用电数据进行采集并归档为节假日用电数据。
62.节假日用电数据呈现为节假日期间长期处于用电低谷状态的住户，储能逆变终端于节假日期间始终处于一级放电模式直至所述储能模块的电量进入空电状态。并且于节假日结束后的次日凌晨进入充电模式直至所述储能模块的电量进入满电状态。
63.作为进一步改进的，当原本记录节假日用电习惯为离家的住户家中出现用电高峰的情况时，则回归平日内的用电习惯对储电设备进行充放电控制。
64.住户在平日里的生活规律并非完全规律，例如平时工作繁重归家晚的住户会出现某一天提前归家而出现遭遇楼栋用电高峰而储能设备依照指令处于待机/三级放电工作模式，为了满足此类情况发生时住户的正常用电，作为进一步改进的，由所述指令输入模块输入的所述指令信号优先级高于所述发信模块发送的用电信号。
65.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种家庭储能模组，其特征在于，包括：设置于储能逆变终端内的控制模块以及与所述控制模块通信连接的储能整流模块、逆变输出模块、指令输入模块、储能模块、分级模块和显示模块，所述储能整流模块与市电电连接并接入所述储能模块，所述储能模块与所述逆变输出模块电连接，所述储能整流模块用于将220v交流电整流为直流电，用于给所述储能模块进行充电；所述逆变输出模块用于将所述储能模块中的直流电逆变为220v交流电输出对家庭用电进行供电；所述储能模块用于存储整流后的电能以及在逆变输出时提供逆变直流源；所述显示模块用于显示指令操作界面、储能模块内剩余电量情况以及当前储能逆变终端的充放电工作模式；所述指令输入模块用于获取用户在显示模块上输入的指令信号，并将指令信号转发至所述控制模块；还包括楼栋用电管理中心，所述楼栋用电管理中心包括采集模块、数据分析模块、数据存盘以及发信模块，所述楼栋用电管理中心与楼栋内若干住户家中的所述控制模块通信连接，所述采集模块用于采集各住户用电信息、楼栋用电信息以及所述储能设备电量剩余情况，所述数据分析模块用于根据所述采集模块所采集到的各项信息进行数据分析得出各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段，所述数据存盘用于存储以上各项采集以及分析得出的数据，所述发信模块用于发送信号至各用户家中的储能逆变终端；所述分级模块包括可由轮切装置切换且相互并联的一级用电模块、二级用电模块以及三级用电模块，所述分级模块与所述逆变输出模块电连接，所述一级用电模块直接接入家庭用电电网，所述二级用电模块仅接入家庭照明用电电路以及固定电器电路，所述三级用电模块仅接入家庭照明用电电路。2.一种家庭储能模组的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的一种家庭储能模组，包括以下步骤：s1.采集模块获取各住户用电信息、楼栋用电信息以及各住户家中储能设备电联信息；s2.数据分析模块根据所采集到的各住户用电信息、楼栋用电信息进行分析记录各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段；s3.所述发信模块根据各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段以及各住户家中储能设备电联信息发送相应的用电信号至各用户家中的储能逆变终端；s4.住户家中的储能逆变终端获取所述用电信号或住户通过所述指令输入模块手动输入的指令，并根据所述用电信号或指令信号切换工作模式。3.如权利要求2所述一种家庭储能模组的控制方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括以下步骤：s201.以周日起七天为一个周期进行日活用电数据的分析，记录为各住户用电日活习惯以及楼栋用电日活习惯；s202.以每年二月一日起每三个月为一个周期进行季度用电数据分析，记录为各住户分季用电习惯以及楼栋分季用电习惯。4.如权利要求3所述一种家庭储能模组的控制方法，其特征在于，待分析日活用电数据包括每一周期内每日0点起始至次日0点为一组的共七组的单日用电数据，每一组单日用电数据包括6组从每日0点每间隔4小时为一组的时段用电数据，每一所述时段用电数据为该4小时内的平均用电电压，并且将周六以及周日的所述时段用电数据归类为周末用电数据，周一至周五的所述时段用电数据归类为工作日用电数据；
待分析的季度用电数据包括该季度内所有工作日用电数据的每一相应时段用电数据的平均值，以及该季度内所有周末用电数据的每一相应时段用电数据的平均值。5.如权利要求4所述一种家庭储能模组的控制方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括以下步骤：s301.对用电习惯趋于相同，即单日内6组时段用电数据中出现用电高峰/低谷的时段相同的用户进行分组，分为至少两组用电习惯不同的用电用户组；s302.同一时段内所述发信模块对不同的所述用电用户组发送不同的充放电信号。6.如权利要求2所述一种家庭储能模组的控制方法，其特征在于，所述储能逆变终端包括以下几种工作模式：工作模式一：充电模式，此时所述逆变输出模块停止工作，所述储能整流模块持续工作，将市电的220v交流电进行整流储备于所述储能模块内；工作模式二：待机模式，此时所述逆变输出模块以及所述储能整流模块均停止工作。工作模式三：一级放电模式，此时所述分级模块切换至一级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作；工作模式四：二级放电模式，此时所述分级模块切换至二级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作；工作模式五：三级放电模式，此时所述分级模块切换至三级用电模块接入家庭用电电网，所述逆变输出模块保持工作，所述储能整流模块停止工作。7.如权利要求2所述一种家庭储能模组的控制方法，其特征在于，所述采集模块所采集的储能设备电联信息具体为所述储能模块内电量剩余总值百分比。

技术总结
本发明提供了一种家庭储能模组及其控制方法，包括设置于储能逆变终端内的控制模块以及与控制模块通信连接的储能整流模块、逆变输出模块、指令输入模块、储能模块、分级模块和显示模块。还包括楼栋用电管理中心，楼栋用电管理中心包括采集模块、数据分析模块、数据存盘以及发信模块，采集模块用于采集各住户用电信息、楼栋用电信息以及储能设备电量剩余情况，数据分析模块用于根据采集模块所采集到的各项信息进行数据分析得出各住户的用电习惯、楼栋的用电高峰/尖峰期频发时段；根据分析出的用电习惯对家庭储能模组进行充放电控制，更适用于高层住户密集的建筑区域内。用于高层住户密集的建筑区域内。


技术研发人员：钟旭航
受保护的技术使用者：东方醒狮储能电池有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/8/5