一种采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本实用新型为一种采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统，属于电力系统领域。背景技术：2.随着钠离子电池技术成熟和产品成本下降，基于其低成本、高效储能以及安全性高的优点，中大型电池储能开始广泛应用。3.在小区、工厂或者充电站等地，通过光伏发电、风力发电等将电能储存至电池中。在电力高峰时对外输电，电力低谷时存储电力，一方面可降低电力的成本，实现削峰填谷的目的，另一方面，大量布置电力储存系统，可便于电网调节，储存能量，对国家能源安全存在积极意义。4.在一些电池储能系统中，负载端的用电量变化较大，因此，部分电池储能系统采用飞轮储能来平衡电池储能系统中的电压波动。目前，飞轮储能的运行和停止是通过感知电池储能系统的电压波动进行，因此，飞轮储能的反应相对负载端对电池储能系统的影响较为滞后，电池储能系统的依然存在较为明显的电压波动。电池储能系统长时间运行可能造成电池损坏和缩短寿命。技术实现要素：5.本实用新型提出一种采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统。6.本实用新型提供的技术方案为：一种采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统，包括：第一母线、光伏发电单元、化学电池单元、飞轮储能单元和应用端。其中，第一母线与公共电网电连接；其中，所述第一母线与所述公共电网之间设置有变压器和变压器进线柜，所述第一母线与所述变压器进线柜第一端电连接，所述变压器进线柜与所述变压器的低压侧电连接，所述变压器的高压侧与所述公共电网电连接。光伏发电单元与所述第一母线电连接；化学电池单元与所述第一母线电连接；飞轮储能单元与所述第一母线电连接；应用端与所述第一母线电连接；其中，所述飞轮储能单元与所述应用端之间信号连接，所述飞轮储能单元被配置为接收所述应用端的电路导通或中断的信号，并根据所述电路导通或中断的信号进行储存电能或输出电能。7.优选地，所述飞轮储能单元包括：第一储能流变器、微电控制器和飞轮储能装置，所述第一储能流变器的一端与所述第一母线电连接，所述第一储能流变器的另一端与所述飞轮储能装置电连接，所述第一储能流变器的控制端与所述微电控制器信号输入端电连接，所述微电控制器的信号输出端与所述飞轮储能装置电连接。8.优选地，所述应用端包括功率检测器，所述功率检测器与所述微电控制器通过无线信号或有线信号电连接，所述功率检测器被配置为检测应用端的输出功率，并上传至所述微电控制器。9.优选地，所述功率检测器包括：霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、第一微处理器和第一通讯模块。其中，霍尔电流传感器设置于所述应用端的电流输出线上；霍尔电压传感器与所述霍尔电流传感器设置于所述应用端的同一个所述电流输出线上。第一微处理器与所述霍尔电流传感器和所述霍尔电压传感器电连接，第一通讯模块与所述微处理器电连接，所述通讯模块被配置为向所述微电控制器上传信号。10.优选地，所述微电控制器包括：第二微处理器和第二通讯模块。第二微处理器与所述第一储能流变器通过串口连接，且与所述飞轮储能装置的信号输入端电连接。第二通讯模块与所述第二微处理器电连接，且所述第二通讯模块还与所述第一通讯模块信号连接。11.优选地，所述化学电池单元包括：第二储能流变器和钠离子电池。第二储能流变器所述第二储能流变器的一端与所述第一母线电连接。钠离子电池所述第二储能流变器的另一端与所述钠离子电池电连接。12.优选地，所述应用端包括充电桩。13.本实用新型的一些优点和效果，在后续的描述中，结合具体使用场景进行阐述。附图说明14.图1为本实用新型提供的一种光储网充供电系统的电路示意图；15.图2为本实用新型提供的另一种光储网充供电系统的电路示意图；16.图3为本实用新型提供的另一种光储网充供电系统的具体结构图；17.图4为本实用新型提供的应用端和飞轮储能单元的具体结构图。18.图中：1为第一母线、2为光伏发电单元、3为化学电池单元、4为飞轮储能单元、5为应用端、6为变压器、7为第二母线、31为第二储能流变器、32为钠离子电池、41为第一储能流变器、42为微电控制器、43为飞轮储能装置、51为功率检测器、421为第二微处理器、422为第二通讯模块、511为霍尔电流传感器、512为霍尔电压传感器、513为第一微处理器、514为第一通讯模块。具体实施方式19.为进一步理解本实用新型，下面结合附图和实施例详细阐述：20.如图1所示，一种采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统在应用过程中，第一母线1的电压可以为0.4kv，第一母线1与变压器6的低压侧电连接，变压器6的高压侧与10kv的第二母线7电连接，其中，第二母线7与10kv的公共电网电连接，公共电网例如可以为国家电网。21.在第一母线1上并接有光伏发电单元2、化学电池单元3、飞轮储能单元4和应用端5；可以实现将光伏发电单元2提供的电能传输至化学电池单元3、飞轮储能单元4以及公共电网。可以理解的是，本实用新型需要电力调度中心控制化学电池单元3和飞轮储能单元4充电和放电，以及第一母线1自公共电网取电和供电。22.光伏发电单元2包括光伏电站以及光伏并网柜，其中光伏电站、光伏并网柜和第一母线1依次电连接，其中，光伏电站包括太阳能发电板，也就是说，光伏发电单元2包括太阳能发电板。23.在小区的应用中，应用端5可以包括充电桩，例如可以是电动自行车的充电桩或电动汽车充电桩。随着快充技术发展，充电桩的电流越来越大，而大规模布置充电桩势必因为更换充电车辆造成光储网充系统中的电流、电压波动性较大。对于光储网充系统的稳定性、正在充电的车辆以及化学电池单元3的寿命造成不良影响，甚至可能造成电池发热、自燃的情况。24.另外，在电力充足时，光储网充系统可以优先向公共电网供电，即光储网充系统向国家电网输送电力。在电力不足时，光储网充系统可以采用公共电网提供的电力，公共电网的电压存在一定波动，随之对光储网充系统的电压形成一定影响。25.为了稳定光储网充系统中电压和电流，光储网充系统还包括飞轮储能单元4，该飞轮储能单元4可实现在光储网充系统的电压和电流波动时，快速放电或充电，总体稳定光储网充系统中的电压和电流。26.但实际，飞轮储能单元4是在光储网充系统的电压或电流存在波动后进行动作的，飞轮储能单元4的动作反应滞后于光储网充系统的电压或电流的变化。因此，光储网充系统的电压或电流总是在波动后再次达到稳定状态，也就是说，充电桩的输入电压和输入电流总是存在一定的波动，第一母线1上的电压和电流随之产生波动，对化学电池单元3、接收充电的设备（例如电动汽车、电动自行车等）均存在一定不良影响，减少电池寿命。27.基于此，本实用新型提供一种采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统，如图2所示，所述采用钠离子电池和飞轮储能的光储网充供电系统，包括：第一母线1、光伏发电单元2、化学电池单元3、飞轮储能单元4和应用端5。其中，第一母线1与公共电网电连接；具体地，所述第一母线1与所述公共电网之间设置有变压器和变压器进线柜，所述第一母线1与所述变压器进线柜的第一端电连接，所述变压器进线柜与所述变压器的低压侧电连接，所述变压器的高压侧与所述公共电网电连接。光伏发电单元2与所述第一母线1电连接。化学电池单元3与所述第一母线1电连接。飞轮储能单元4与所述第一母线1电连接。应用端5与所述第一母线电连接。其中，所述飞轮储能单元4与所述应用端5之间信号连接，所述飞轮储能单元4被配置为接收所述应用端5的电路导通或中断的信号，并根据所述电路导通或中断的信号进行储存电能或输出电能。28.如图3和图4所示，飞轮储能单元4包括：第一储能流变器41、微电控制器42和飞轮储能装置43，第一储能流变器41一端与第一母线1电连接，第一储能流变器41的另一端与飞轮储能装置43电连接，第一储能流变器41的控制端与微电控制器42的信号输入端电连接，微电控制器42的信号输出端与飞轮储能装置43电连接。29.第一储能流变器41设置于飞轮储能装置43和第一母线1之间，第一储能流变器41一端是指储能流变器的400v电路的输入端，第一储能流变器41另一端是指储能流变器连接负载的一端。第一储能流变器41的控制端是指储能流变器的信号端口。30.需要说明的是，第一母线1可以是为两相电或三相电，例如两相电包括火线l和零线n形成的电流通路。31.应用端5包括功率检测器51。其中，功率检测器51与微电控制器42通过无线信号或有线信号电连接，功率检测器51被配置为检测应用端5的输出功率，并上传至微电控制器42。32.应用端5可以为电动汽车充电桩，电动汽车充电桩包括输入电路，输入电路与第一母线电连接，其中，功率检测器51用于检测输入电路火线的功率变化，功率检测器51将变化的信息上传至微电控制器42。33.可以理解的是，应用端5可以为多个，例如多个应用端5并接至第一母线1上。34.微电控制器42接收多个功率检测器51信号后，根据设定的功率变化阈值，向第一储能流变器41和飞轮储能装置43发出信号，第一储能流变器41根据微电控制器42的信号，在第一母线1的电压和电流波动产生时，立即动作，实现第一母线1中电压和电流相对稳定。飞轮储能装置43根据微电控制器42的信号启动，进行充电或放电，为第一储能流变器41提供支持。所谓功率变化阈值，即在较短时间内，例如可以为30ms、50ms和100ms内，功率变化值超过设定值，设定值可以根据具体的光储网充系统的规模进行设定。35.示例性地，当在100ms内，因一个或两个充电桩停止向车辆充电，功率检测器51检测对应的充电桩的输出功率变化，并向微电控制器42上传输出功率的变化量，该变化量超过上述设定值时，微电控制器42向第一储能流变器41发出启动储能的信号以及储存电量值的信号，向飞轮储能装置43启动运行信号。第一储能流变器41随之启动做好接收第一母线1上电力的动作，并根据接收的电量大小自主启停和控制飞轮储能装置43停止动作。飞轮储能装置43接收微电控制器42的信号后，准备启动，并在接收第一储能流变器41的另一端输出电流后启动，实现储能。36.当然，存在应用端5对外输出电力的情况，具体运行原理与上述一致，此时，飞轮储能装置43启动并对外输出电力，实现第一母线1上的电压和电流的相对稳定。37.在该系统中，第一储能流变器41依然可以根据第一母线1的电压和电流波动来控制飞轮储能装置43动作，同时可接收微电控制器42的信号实现快速启动的目的，而且飞轮储能装置43接收微电控制器42的信号可以快速反应，在第一母线1产生电压和电流波动的过程时进行补偿，最大程度平衡第一母线1上的电压和电流波动。38.该方式可以提高飞轮储能单元4的反应速度，无需再应用端5对系统造成电压和电流的波动后，才进行动作，可以适应充电桩等大电流、频繁导通和断开的场合应用，能够提高系统中第一母线1上的电压稳定性，进一步提高整个系统在使用过程中安全系数。39.在向电网供电过程中，公共电网对该光储网充系统的影响可以由飞轮储能单元4进行稳定，例如，公共电网电压升高，光储网充系统电力输出降低，相应地，光储网充系统中存在瞬时电压过高的情况，飞轮储能单元4可起到吸收多余电力，使第一母线1的电压相对平稳；电网电压降低，光储网充系统电力输出提升，相应地，光储网充系统中存在瞬时电压过低的情况，飞轮储能单元4释放电力，使第一母线1的电压相对平稳。40.如图4所示，功率检测器包括：霍尔电流传感器511、霍尔电压传感器512、第一微处理器513和第一通讯模块514。其中，霍尔电流传感器511设置于应用端5的电流输出线上。霍尔电压传感器512与霍尔电流传感器511设置于应用端5的同一个电流输出线上。第一微处理器513与霍尔电流传感器511和霍尔电压传感器512电连接。第一通讯模块514与微处理器电连接，通讯模块被配置为向微电控制器上传信号。41.示例性地，霍尔电流传感器511、霍尔电压传感器512均设置在应用端5（例如充电桩）输入电路的总线上，例如应用端5与第一母线之间电路的火线上，通过检测电流和电压大小，可以知道该应用端5的瞬时功率，也就是说，功率检测器51计算应用端5功率改变后，即可向微电控制器上传信号，微电控制器根据接收的信号分析，可知第一母线中输出功率即将增大或减小，以及输出功率的变化量，因此微电控制器即可对应的向第一储能流变器41和飞轮储能装置43输出信号，实现第一储能流变器41和飞轮储能装置43提前动作，保持第一母线中电压和电流的稳定。42.微电控制器42包括：第二微处理器421和第二通讯模块422。其中，第二微处理器421与第一储能流变器41通过串口连接，且与飞轮储能装置43的信号输入端电连接。第二通讯模块422与第一通讯模块514信号连接，且第二通讯模块422还与所述第一通讯模块421信号连接。43.示例性地，第二通讯模块422是与第一通讯模块514相适应的通讯单元，根据光储网充系统应用场地不同，例如场地大小不同或者遮挡较多，第二通讯模块422、第一通讯模块514可以是wifi模块、蓝牙通讯模块或者4g通讯模块，当然，也可以采用rs232通讯、有线网通讯等。44.如图3所示，化学电池单元3包括：第二储能流变器31和钠离子电池32。第二储能流变器31一端与第一母线1电连接。第二储能流变器31另一端与钠离子电池32电连接。45.采用钠离子电池32，具有安全性高、储能效率相对高、占地面积小以及成本低的优点，可以大规模布置。46.应用端5包括充电桩。47.需要说明的是，本实用新型的第一通讯模块与第一微处理器之间的连接电路为现有技术，第一微处理器可以为单片机，第二通讯模块与第二微处理器之间的连接电路为现有技术，第二微处理器可以为单片机。48.第二微处理器与第一储能流变器和飞轮储能装置采用串口连接，例如采用rs485连接。49.可以理解的是，本实用新型还包括电力调度中心，电力调度中心通过收集光伏并网柜、第一储能流变器和第二储能流变器以及应用端的电压、电流等数据，进行调控所述光储网充供电系统的并网策略。具体的并网策略如下：50.第一、削峰填谷，监测变压器进线柜的进线电表电压大于200v(光储网充系统并网)，钠离子电池的剩余电量小于80%，光储网充系统开机，在公共电网的时间段处于谷时段时，下发化学电池单元充电信号。51.第二、削峰填谷，监测变压器进线柜的进线电表电压大于200v(光储网充系统并网)，钠离子电池的剩余电量大于40%，光储网充系统开机，在公共电网的时间段处于峰时段时，下发化学电池单元放电信号。52.第三、电池过充保护策略，监测变压器进线柜的进线电表电压大于200v(光储网充系统并网)，化学电池单元剩余电量大于99%，化学电池单元充放电状态为充电时，下发化学电池单元停止充电指令。53.第四、电池过放保护策略，监测变压器进线柜的进线电表电压大于200v(光储网充系统并网)，化学电池单元剩余电量小于3%，化学电池单元充放电状态为放电时，下发化学电池单元停止放电指令，不考虑备电需求，满充满放。54.第五、光伏发电单元，光储网充系统在并网下，光伏发电单元全力发电，不做任何限制，光伏发电单元的发电可能用途为：整个厂区负荷使用，余量上电网。55.第六、飞轮储能单元不考虑时段，监测到飞轮储能单元与第一母线的进线的总有功功率大于300kw时且飞轮储能装置有电，启动飞轮储能单元放电，放空为止，飞轮储能装置自动停止。56.第七、飞轮储能单元不考虑时段，监测到飞轮储能单元与第一母线的进线的总有功功率小于50kw时且飞轮储能装置缺电，启动飞轮储能单元充电，充满为止，飞轮储能装置自动停车。57.本实用新型具有光伏发电的功能，可以在不经公共电网供电，向应用端提供电力。本实用新型还具有充电功能，可接受公共电网提供的电力或将自身储存电力向公共电网提供，因此可根据公共电网用电的规律，实现削峰填谷的目的，也就是说，在公共电网用电高峰时，向公共电网进行供电，在公共电网用电低谷时，从公共电网取电进行储存。58.本实用新型通过削峰填谷的模式，减轻公共电网用电负荷，降低公共电网的调配难度；减少应用端的用电成本（电力高峰和低谷电价不同），以及本实用新型大规模布置后，具有存储能源、为公共电网调配充当蓄水池的作用。59.上述实施方式仅示例性说明本实用新型的原理及其效果，而非用于限制本实用新型。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。









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