发电储能系统及发电系统论文和设计-李峰

全文摘要

本实用新型提供一种发电储能系统及发电系统，包括电池管理装置、能量管理装置及储能变流装置。储能变流装置包括控制电路。电池管理装置用于管理至少一储能电池。能量管理装置与电池管理装置通信连线。能量管理装置用于获取电池管理装置的储能电池的相关数据。储能变流装置与能量管理装置通信连线。储能变流装置用于从储能电池的电能对负载电器进行供电。能量管理装置用于控制储能变流装置的工作模式并获取相关数据。能量管理装置根据至少一负载电器的总功率、储能电池的相关数据及储能变流装置的相关数据通过控制电路以调整对储能电池与负载电器的供电比例。本实用新型提供的发电储能系统，通过控制电路分配电能，以增加用电效率。

主设计要求

1.一种发电储能系统，其特征在于，所述发电储能系统包括：电池管理装置，所述电池管理装置用于管理至少一储能电池；能量管理装置，与所述电池管理装置通信连线，所述能量管理装置用于获取所述电池管理装置的储能电池的相关数据；储能变流装置，与所述能量管理装置通信连线，所述储能变流装置包括控制电路，所述储能变流装置用于从所述储能电池的电能对至少一负载电器进行供电，其中，所述能量管理装置用于控制所述储能变流装置的工作模式并获取相关数据；其中，所述能量管理装置根据至少一负载电器的总功率、所述储能电池的相关数据及所述储能变流装置的相关数据通过所述控制电路以调整对至少一储能电池与至少一负载电器的供电比例。

设计方案

1.一种发电储能系统，其特征在于，所述发电储能系统包括：

电池管理装置，所述电池管理装置用于管理至少一储能电池；

能量管理装置，与所述电池管理装置通信连线，所述能量管理装置用于获取所述电池管理装置的储能电池的相关数据；

储能变流装置，与所述能量管理装置通信连线，所述储能变流装置包括控制电路，所述储能变流装置用于从所述储能电池的电能对至少一负载电器进行供电，其中，所述能量管理装置用于控制所述储能变流装置的工作模式并获取相关数据；

其中，所述能量管理装置根据至少一负载电器的总功率、所述储能电池的相关数据及所述储能变流装置的相关数据通过所述控制电路以调整对至少一储能电池与至少一负载电器的供电比例。

2.根据权利要求1所述的发电储能系统，其特征在于，所述发电储能系统应用于船用风力发电或船用太阳能发电。

3.根据权利要求2所述的发电储能系统，其特征在于，当所述至少一负载电器的总功率高于预设阈值时，所述能量管理装置控制所述储能变流装置的控制电路从风力发电或太阳能发电获取的电能及所述储能电池的电能同时对所述至少一负载电器进行供电。

4.根据权利要求2所述的发电储能系统，其特征在于，当所述至少一负载电器的总功率低于预设阈值时，所述能量管理装置控制储能变流装置的控制电路从风力发电或太阳能发电获取的电能同时对所述储能电池及所述至少一负载电器进行供电。

5.根据权利要求1所述的发电储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括：

至少一风力发电机，用于通过风力发电以存储电能。

6.根据权利要求5所述的发电储能系统，其特征在于，所述发电储能系统还包括：

风机控制器，与所述储能变流装置通信连线，所述风机控制器用于接收至少一风力发电机发送的电能并进行交直流转换。

7.根据权利要求1所述的发电储能系统，其特征在于，储能变流装置还包括市电接口，当所述市电接口连接公共电网时，所述能量管理装置控制储能变流装置对至少一储能电池和\/或至少一负载电器进行供电。

8.根据权利要求1所述的发电储能系统，其特征在于，所述储能变流装置的相关数据至少包括工作状态参数、故障信息参数及交直流参数；所述能量管理装置的相关数据至少包括电池温度参数、电池电压参数、芯片参数、充电电流参数及放电电流参数。

9.根据权利要求1所述的发电储能系统，其特征在于，能量管理装置、电池管理装置及储能变流装置通过CAN总线或RS485总线进行通信连线。

10.一种发电系统，其特征在于，所述发电系统包括船体及权利要求1所述的发电储能系统，所述发电储能系统设置于所述船体。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种应用于发电储能系统及发电系统。

背景技术

在渔船上安装风力发电机，目的是节省燃油，节能减排，降低渔民的生产经营成本，提供必要的可靠的船载电器的用电。

现有技术缺点：

(1)由于风力发电的不稳定性，直接接入船上蓄电池组，无法对蓄电池组进行能量管理及充放电的控制，极易过充或过放，对蓄电池寿命造成影响；提前报废的蓄电池会对环境造成不可预估的，也会使用户额外支出更换蓄电池组的费用，使得用户生产经营成本更高。

(2)目前技术直接接入船舶，离开船舶现有系统无法单独工作，风力发电系统接入船舶自带供电系统，会对系统造成冲击，在一些极端情况下有可能使船舶供电系统瘫痪，造成整个船舶的动力、照明、通讯、GPS定位等全部失灵，存安全隐患，无法提供可靠的电能。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提供了一种发电储能系统，能够提高用电效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种发电储能系统，所述发电储能系统包括：

电池管理装置，所述电池管理装置用于管理至少一储能电池；

能量管理装置，与所述电池管理装置通信连线，所述能量管理装置用于获取所述电池管理装置的储能电池的相关数据；

作为一种可选的实施方式，所述发电储能系统应用于船用风力发电或船用太阳能发电。

作为一种可选的实施方式，当所述负载电器的总功率高于预设阈值时，所述能量管理装置控制储能变流装置的控制电路从风力发电或太阳能发电获取的电能及所述储能电池的电能同时对所述至少一负载电器进行供电。

作为一种可选的实施方式，所述至少一负载电器的总功率低于预设阈值时，所述能量管理装置控制储能变流装置的控制电路从风力发电或太阳能发电获取的电能同时对所述储能电池及所述至少一负载电器进行供电。

作为一种可选的实施方式，所述储能系统还包括：

至少一风力发电机，用于通过风力发电以存储电能。

作为一种可选的实施方式，所述发电储能系统还包括：

风机控制器，与所述储能变流装置通信连线，所述风机控制器用于接收至少一风力发电机发送的电能并进行交直流转换。

作为一种可选的实施方式，储能变流装置还包括市电接口，当所述市电接口连接公共电网时，所述能量管理装置控制储能变流装置对至少一储能电池和\/或至少一负载电器进行供电。

作为一种可选的实施方式，所述储能变流装置的相关数据至少包括工作状态参数、故障信息参数及交直流参数；所述能量管理装置的相关数据至少包括电池温度参数、电池电压参数、芯片参数、充电电流参数及放电电流参数。

作为一种可选的实施方式，能量管理装置与电池管理装置及储能变流装置通过CAN总线或RS485总线进行通信连线。

第二方面，本实用新型提供了一种发电系统，所述发电系统包括船体及发电储能系统，所述发电储能系统设置于所述船体。

根据本实用新型提供的发电储能系统，包括电池管理装置、能量管理装置及储能变流装置。储能变流装置包括控制电路。电池管理装置用于管理至少一储能电池。能量管理装置与电池管理装置通信连线。能量管理装置用于获取电池管理装置的储能电池的相关数据。储能变流装置与能量管理装置通信连线。储能变流装置用于从储能电池的电能对负载电器进行供电。能量管理装置用于控制储能变流装置的工作模式并获取相关数据。能量管理装置根据至少一负载电器的总功率、储能电池的相关数据及储能变流装置的相关数据通过控制电路以调整对储能电池与负载电器的供电比例。本实用新型提供的发电储能系统，通过控制电路分配电能，以增加用电效率。另外，储能变流装置还包括市电接口，通过能量管理装置控制储能变流装置由市电能源对至少一储能电池和\/或至少一负载电器进行供电。

本实用新型提出的发电储能系统内对EMS、BMS、PCS结合应用，BMS 对电池进行监控，EMS进行数据采集，对电池充放电进行控制，防止电池过充、过放。经PCS向电池合理的充电、放电，实现延电池寿命延长，电能平稳输出。发电储能系统可以独立运行，独立负载用电电器，解决了直接在船上安装风力发电机无法对电池组进行充放电控制的缺点，延长蓄电池寿命，有效合理的利用了风能并实现了节能减排。发电储能系统是可以独立运行的系统，可通过PCS实现DC\/AC(双向)的用电需求，在船上自带发电储能系统出现故障的紧急情况下，可以作为备用紧急电源使用，为船舶生活、通讯、救援等提供电力保障。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对本实用新型范围的限定。

图1是本实用新型实施例1提供的发电储能系统的示意性方框图；

图2是本实用新型实施例2提供的发电储能系统的示意性方框图；

图3是本实用新型实施例3提供的发电系统的示意性方框图。

主要元件符号说明：

100、200-发电储能系统；

110-电池管理装置；

120-能量管理装置；

130-储能变流装置；

140-风力发电机；

150-风机控制器；

300-发电系统；

310-船体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，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实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本实用新型的各种实施例中，表述“A或\/和B”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合，可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本实用新型涉及一种新型的小型发电储能系统，原有的单一的在船上安装小型风力发电机，并直接接入船上蓄电池组的系统，本实用新型加入了EMS、BMS、PCS控制监控系统、加入了单独的储能电池组，实现平滑风电场\/机组输出、保证风力发电系统持续可靠供电、风电峰值转移，将多余的电能合理的存入储能电池组、提高风电输出与预测的一致性。

实施例1

请同时参阅图1。图1是本实用新型实施例1提供的发电储能系统的示意性方框图。

在图1中，发电储能系统100包括电池管理装置110、能量管理装置 120及储能变流装置130。电池管理装置110(BMS，Battery Management System)，BMS主要就是为了智能化管理及维护各电池单元，防止各电池出现过充电和过放电，以延长电池的使用寿命并时时监控电池的状态。一般来说，BMS包括管理模组、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组的电池信息的采集模组。能量管理装置120(EMS，Energy Management System)，EMS是对于负载电器的能源数据具有标准化、专业化、科学化、时效性强的特点，同时，考虑到能源数据对于负载电器的重要意义，以及能源本身具备危险性的特点，需要对负载电器建立的能源数据获取系统提出更准确的要求。储能变流装置130(PCS，Power Conversion System)，PCS可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。一般来说，PCS由DC\/AC双向变流器、控制单元等元件构成。PCS通过通讯接收后台控制指令(例如EMS 发送的控制指令)，根据控制指令种的各参数控制变流器对BMS的电池进行充电或放电。PCS需具备交流和直流双电源，避免系统锁死无法工作。 PCS采用高频隔离设计。

在一实施例中，电池管理装置110用于管理至少一储能电池。例如，电池管理装置110可用于管理三个蓄电池，电池管理装置110也可用于管理五个蓄电池。例如，蓄电池可以为锂电池。

在一实施例中，能量管理装置120与电池管理装置110通信连线。能量管理装置120用于获取电池管理装置110的储能电池的相关数据。例如，电池管理装置110的储能电池的相关数据至少包括电池温度参数、电池电压参数、芯片参数、充电电流参数及放电电流参数。

例如，当能量管理装置120通过电池管理装置110获取到的第一储能电池的电池温度参数超过预设值时，能量管理装置120通过电池管理装置 110关闭第一储能电池的充放电功能。

例如，当能量管理装置120通过电池管理装置110获取到的第二储能电池的电池电压参数超过预设值时，能量管理装置120通过电池管理装置 110控制第二储能电池进行快速放电。

例如，当能量管理装置120通过电池管理装置110获取到的第三储能电池的充电电流参数低于预设值时，能量管理装置120通过电池管理装置 110控制第三储能电池增加充电电流。

例如，当能量管理装置120通过电池管理装置110获取到的第四储能电池的放电电流参数高于预设值时，能量管理装置120通过电池管理装置 110控制第四储能电池降低放电电流。

在一实施例中，储能变流装置130与能量管理装置120通信连线。储能变流装置130包括控制电路，例如，控制电路可以为微控制器 (Microcontroller)。储能变流装置130用于从电池管理装置110管理的储能电池的电能对至少一负载电器进行供电，例如，负载电器可以为电视机、电风扇、电冰箱、电锅、洗衣机、洗碗机、笔记本电脑、照明光源、卫星控制器等等。其中，能量管理装置120用于控制储能变流装置130的工作模式并获取相关数据。

例如，能量管理装置120可用于用于控制储能变流装置130的开关机状态，在能量管理装置120检测到外部开\/关机按钮动作时，首先判断机器处于何种工作模式，能量管理装置120需要采集储能变流装置130的相关数据。例如，储能变流装置130的相关数据至少包括工作状态参数、故障信息参数及交直流参数。

例如，当能量管理装置120通过储能变流装置130获取到电冰箱的故障信息参数时，能量管理装置120通过储能变流装置130关闭电冰箱的电源。例如，当能量管理装置120通过储能变流装置130获取到洗衣机的交直流参数过低时，能量管理装置120通过电池管理装置110控制第二储能电池提高其对洗衣机的供电功率。

在一实施例中，发电储能系统100可以应用于船用风力发电或船用太阳能发电。能量管理装置120可以根据至少一负载电器的总功率、储能电池的相关数据及储能变流装置PCS的相关数据通过储能变流装置130的控制电路以调整对至少一储能电池与至少一负载电器的供电比例。例如，储能变流装置130的控制电路可以包括可变电阻和\/或可变电容，通过可变电阻和\/可变电容的微调性来精准控制从船用风力发电或船用太阳能发电获取的电能以调整至少一储能电池与至少一负载电器的供电比例。

在一实施例中，当至少一负载电器的总功率高于预设阈值时，能量管理装置120控制储能变流装置130的控制电路从风力发电或太阳能发电获取的电能及储能电池的电能同时对至少一负载电器进行供电。换言之，当至少一负载电器的总功率为超载时，由风力发电及储能电池同时对负载电器进行供电。

在一实施例中，当至少一负载电器的总功率低于预设阈值时，能量管理装置120控制储能变流装置130的控制电路从风力发电或太阳能发获取的电能同时对储能电池及至少一负载电器进行供电。换言之，当至少一负载电器的总功率为低载时，由太阳能同时对储能电池及至少一负载电器进行供电。例如，当负载电器的总功率为超低载时，太阳能对至少一负载电器进行20％供电，太阳能对储能电池进行80％供电，以提高用电效率。

在一实施例中，能量管理装置120与电池管理装置110及储能变流装置130通过CAN(Controller Area Network)总线或RS485总线进行通信连线。CAN是ISO国际标准化的串行通信协议。例如在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由于多条总线构成的信号较复杂的情况下，线束的数量也随之增加。大致来说，RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。

在一实施例中，能量管理装置120可以控制发电储能系统100在多个工作模式之间切换或同时进行。多个工作模式至少包括充电模式、放电模式及市电模式。充电模式为风机发电或太阳能为储能电池充电。放电模式为储能电池逆变为负载电器供电。市电模式为当船只靠岸，系统接市电，市电为船上电器供电并为储能电池充电。

实施例2

请同时参阅图1及图2，图2是本实用新型实施例2提供的发电储能系统的示意性方框图。发电储能系统200包括风力发电机140及风机控制器 150。风力发电机140用于通过风力发电以存储电能，例如，风力发电机140 可以包括两台500W风力发电机。500W风力发电机在船舶离岸时提供电能。例如，发电储能系统200还可以包括太阳能板(图未示)。风机控制器150 与储能变流装置130通信连线，风机控制器150用于接收至少一风力发电机140发送的电能并进行交直流转换后进行储能。

在一实施例中，市电为公共电网，在船只靠岸时可以为船舶提供电能，此时，储能变流装置130还包括市电接口(图未示)，当市电接口连接公共电网时，能量管理装置120控制储能变流装置130对至少一储能电池和\/或至少一负载电器进行供电。

实施例3

图3是本实用新型实施例3提供的发电系统的示意性方框图。发电系统300包括船体310及发电储能系统200。发电储能系统200设置于船体 310，以对船体310的负载电器进行供电。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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