用户侧储能电站及其应用模式[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107332266 A(43)申请公布日 2017.11.07

(21)申请号 2017107424.3(22)申请日 2017.08.25

(71)申请人 浙江南都电源动力股份有限公司

地址 311305 浙江省杭州市临安市青山湖

街道景观大道72号

申请人 浙江南都能源互联网运营有限公司(72)发明人 吴贤章　谭建国　谢云强　刘钰　

严广龙　(74)专利代理机构 杭州知通专利代理事务所

(普通合伙) 33221

代理人 姚宇吉(51)Int.Cl.

H02J 3/32(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图2页

()发明名称

用户侧储能电站及其应用模式(57)摘要

本发明公开了一种用户侧储能电站及其应用模式，其中，储能电站包括储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统、监控系统及配电系统；储能双向变流系统，分别连接储能电池、负载以及电网；在谷段电价时间段，储能双向变流系统从电网中获取电能，输送至储能电池进行存储；在峰段电价时间段，储能双向变流系统将储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用；监控系统，连接储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统，用于根据用户的设置，对储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统的工作状态进行监控。本发明通过用户侧储能电站及其应用模式，实现削峰填谷、需求侧相应、电能质量改善、应急备用、无功补偿等功能，降低了用户的用电成本。

CN 107332266 ACN 107332266 A

权　利　要　求　书

1/2页

1.一种用户侧储能电站，其特征在于，包括储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统以及监控系统；

所述储能电池，用于存储电能；所述电池管理系统，连接所述储能电池，用于实时采集所述储能电池的状态信息，并根据所述储能电池的状态信息对所述储能电池的工作状态进行管控；

所述储能双向变流系统，分别连接所述储能电池、负载以及电网；在预设的谷段电价时间段，所述储能双向变流系统从电网中获取电能，输送至所述储能电池进行存储；在预设的峰段电价时间段，所述储能双向变流系统将所述储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用；

所述监控系统，连接所述储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统，用于根据用户的设置，对所述储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统的工作状态进行监控。

2.根据权利要求1所述的用户侧储能电站，其特征在于，还包括配电系统；所述配电系统连接所述储能双向变流系统；

所述储能双向变流系统将所述储能电池中存储的电能通过所述配电系统输送至低压母线，供负载使用。

3.根据权利要求1或2所述的用户侧储能电站，其特征在于，还包括负荷跟踪装置；所述负荷跟踪装置连接所述监控系统；

所述负荷跟踪装置用于实时监测用户侧的用电功率，并将监测数据发送至所述监控系统；当监测到用户侧的用电功率超过预设的最大需量时，所述监控系统控制所述储能双向变流系统，将所述储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用，平抑超出最大需量部分的功率。

4.根据权利要求3所述的用户侧储能电站，其特征在于，所述储能电池的状态信息包括：电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池容量、内阻中的一项或多项信息。

5.根据权利要求3所述的用户侧储能电站，其特征在于，所述电池管理系统还用于对所述储能电池进行过充保护、过放保护、以及短路保护。

6.如权利要求1至5任一项所述的用户侧储能电站的应用模式，其特征在于，包括以下步骤：

在电网电压正常时：在预设的谷段电价时间段，所述储能双向变流系统从电网中获取电能，输送至所述储能电池进行存储；在预设的峰段电价时间段，所述储能双向变流系统将所述储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用；

在电网电压中断时：动态电压调节器依靠固态继电器切断敏感负载与电网的连接，以超级电容内的能量保持敏感负载第一预设时间的供电；同时，所述储能双向变流系统在第二预设时间内，在空载的情况下重新建立380V母线电压；所述第二预设时间小于所述第一预设时间；

在电网电压恢复后：所述储能双向变流系统将输出电压的幅值、相位、频率调整至与电网的参数完全相同后，向同期合闸装置发出可以并网的申请，同期合闸装置判断并网条件满足后，进线断路器合闸并网。

7.如权利要求6所述的用户侧储能电站的应用模式，其特征在于，还包括以下步骤：根据不同时段峰谷电价的差异，选择预设的储能电站的充放电控制策略，在低电价区

2

CN 107332266 A

权　利　要　求　书

2/2页

蓄电、高电价区放电。

8.如权利要求7所述的用户侧储能电站的应用模式，其特征在于，所述预设的储能电站的充放电控制策略为：

在1月至6月、9月至12月，储能电站在谷电时段充电，峰电时段放电，平电时段处于待机状态；

在7月至8月份，储能电站在谷电时段充电，峰电时段放电，平电时段补充电1至3小时，其余时段处于待机状态。

9.如权利要求8所述的用户侧储能电站的应用模式，其特征在于，还包括以下步骤：根据电池组的剩余容量和晚高峰的用电量确定储能系统是否需要补充电或待机。

3

CN 107332266 A

说　明　书

用户侧储能电站及其应用模式

1/5页

技术领域

[0001]本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种用户侧储能电站及其应用模式。背景技术

[0002]随着社会的发展和人民生活水平的提高，电力需求日益增长。然而，大多数用户侧对于电力的需求主要集中在白天的高峰时段，所以用户的用电成本较高。目前，有些工业企业主要通过错峰生产等方式降低用电成本。先进制造业的用电大体分为敏感型负载(即非正常停机会造成产品报废、设备损坏或引发环境问题)和常规负载(即非正常停机不会引起严重的经济损失)。先进制造业通常会为敏感型负载配置UPS(不间断电源)，以防止电压暂降和短时中断对生产的影响，通过配置APF(有源滤波器)消除电力电子设备运行中产生的谐波污染，配置SVG(动态无功补偿及谐波治理装置)或FC(高压电力滤波器)进行无功补偿，以满足考核点的功率因数要求，从而达到改善电能质量的目标。工商业用户需根据变压器的容量或者最大需量向供电部门缴纳基本电费，然而用电的最大负荷往往集中在某一个时段，短时高峰的用电负荷会增加需量电费。[0003]但是，由于上述采用UPS、SVG等提升用电质量的方式，成本较高，所以导致用户侧的接受度不高。

发明内容

[0004]基于此，本发明提出了一种用户侧储能电站及其应用模式，能够有效降低用电高峰时段的电网负荷，减少需量电费的缴纳，大大降低用户的用电成本。[0005]本发明提供的用户侧储能电站，包括储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统以及监控系统；

[0006]所述储能电池用于存储电能；[0007]所述电池管理系统，连接所述储能电池，用于实时采集所述储能电池的状态信息，并根据所述储能电池的状态信息对所述储能电池的工作状态进行管控；[0008]所述储能双向变流系统，分别连接所述储能电池、负载以及电网；[0009]在预设的谷段电价时间段，所述储能双向变流系统从电网中获取电能，输送至所述储能电池进行存储；在预设的峰段电价时间段，所述储能双向变流系统将所述储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用；[0010]所述监控系统，连接所述储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统，用于根据用户的设置，对所述储能电池、电池管理系统、储能双向变流系统的工作状态进行监控。[0011]进一步地，本发明的用户侧储能电站还包括配电系统；[0012]所述配电系统连接所述储能双向变流系统；

[0013]所述储能双向变流系统将所述储能电池中存储的电能通过所述配电系统输送至低压母线，供负载使用。[0014]进一步地，本发明的用户侧储能电站还包括负荷跟踪装置；

4

CN 107332266 A[0015]

说　明　书

2/5页

所述负荷跟踪装置连接所述监控系统；

[0016]所述负荷跟踪装置用于实时监测用户侧的用电功率，并将监测数据发送至所述监控系统；当监测到用户侧的用电功率超过预设的最大需量时，所述监控系统控制所述储能双向变流系统，将所述储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用，平抑超出最大需量部分的功率。

[0017]作为一种可实施方式，所述储能电池的状态信息包括：电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池容量、内阻中的一项或多项信息。[0018]作为一种可实施方式，所述电池管理系统还用于对所述储能电池进行过充保护、过放保护、以及短路保护。[0019]基于同一发明构思，本发明还提供一种用户侧储能电站的应用模式，包括以下步骤：

[0020]在电网电压正常时：在预设的谷段电价时间段，所述储能双向变流系统从电网中获取电能，输送至所述储能电池进行存储；在预设的峰段电价时间段，所述储能双向变流系统将所述储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用；[0021]在电网电压中断时：动态电压调节器依靠固态继电器切断敏感负载与电网的连接，以超级电容内的能量保持敏感负载第一预设时间的供电；同时，所述储能双向变流系统在第二预设时间内，在空载的情况下重新建立380V母线电压；所述第二预设时间小于所述第一预设时间；

[0022]在电网电压恢复后：所述储能双向变流系统将输出电压的幅值、相位、频率调整至与电网的参数完全相同后，向同期合闸装置发出可以并网的申请，同期合闸装置判断并网条件满足后，进线断路器合闸并网。[0023]作为一种可实施方式，本发明的用户侧储能电站的应用模式，还包括以下步骤：[0024]根据不同时段峰谷电价的差异，选择预设的储能电站的充放电控制策略，在低电价区蓄电、高电价区放电。

[0025]作为一种可实施方式，所述预设的储能电站的充放电控制策略为：[0026]在1月至6月、9月至12月，储能电站在谷电时段充电，峰电时段放电，平电时段处于待机状态；

[0027]在7月至8月份，储能电站在谷电时段充电，峰电时段放电，平电时段补充电1至3小时，其余时段处于待机状态。[0028]作为一种可实施方式，本发明的用户侧储能电站的应用模式，还包括以下步骤：[0029]根据电池组的剩余容量和晚高峰的用电量确定储能系统是否需要补充电或待机。[0030]本发明相比于现有技术的有益效果在于：

[0031]本发明提供的用户侧储能电站及其应用模式，在预设的谷段电价时间段，从电网中获取电能，进行充电；在预设的峰段电价时间段，进行放电，供负载使用。通过削峰填谷，大大降低用户的用电成本，同时降低UPS等设备的投入成本，而且可以实现需求侧相应、电能质量改善、应急电源、无功补偿等功能。附图说明

[0032]图1为本发明实施例一提供的用户侧储能电站的结构示意图；

5

CN 107332266 A[0033]

说　明　书

3/5页

图2为利用本发明实施例一提供的用户侧储能电站实现削峰填谷、需量电费管理

的原理示意图；

[0034]图3为利用本发明实施例三提供的用户侧储能电站的应用模式提升用电质量的拓扑图。

具体实施方式

[0035]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。[0036]参见图1，本发明实施例一提供的用户侧储能电站，主要包括储能电池100、电池管理系统200、储能双向变流系统300以及监控系统400。[0037]其中，储能电池100用于存储电能，可以有多个并联的电池组构成，具备高安全性、能量效率高、长寿命、技术成熟、高性价比等特点。[0038]电池管理系统200连接储能电池100，用于实时采集储能电池100的状态信息，例如电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池容量、内阻等信息，并根据储能电池100的状态信息对储能电池100的工作状态进行管控，进行过充保护、过放保护、以及短路保护等，实现对储能电池的均衡管理、均衡策略。

[0039]储能双向变流系统300分别连接储能电池100、负载以及电网。本实施例中的储能双向变流系统300，在预设的谷段电价时间段，能够从电网中获取电能，输送至储能电池100进行存储；在预设的峰段电价时间段，将储能电池100中存储的电能输送至低压母线，供负载使用。储能双向变流系统300可以采用模块化变流器设计，转换效率高、可靠性高、控制策略优，灵活的配置组合方式，系统扩容非常方便，可有效防止多串电池组接入时的环流一致性等问题。

[0040]储能电站还可以包括配电系统500，储能双向变流系统300将储能电池100中存储的电能可以通过配电系统500输送至低压母线，供负载使用。[0041]监控系统400连接储能电池100、电池管理系统200、储能双向变流系统300，用于根据用户的设置，对储能电池100、电池管理系统200、储能双向变流系统300的工作状态进行监控。监控系统400可以采用层结构，包括就地信息采集与控制层、信息集中层和能量监控层，对整个储能电站进行监测和控制，实现运行效益最大化。[0042]实施例一提供的用户侧储能电站，对于用户而言，没有任何成本和风险，同时还可以得到一部分削峰填谷、需量电费的收益，参见图2。[0043]具体地，用户侧储能电站可实现削峰填谷的功能，即谷电时段充电，峰电时段放电，峰谷电价差作为电站的收益。例如，大工业用电1-10千伏侧，白天峰电时段的电价为1.1002元/千瓦时，晚上谷电时段的电价为0.3200元/千瓦时，峰谷电价差达0.7802元/千瓦时，且峰电时间长达8小时，储能电站每放电1MWh，即可收益780.2元。[0044]由此可见，实施例一提供的用户侧储能电站通过削峰填谷，可以实现需量电费管理，大大降低用户的用电成本，同时降低UPS等设备的投入成本。[0045]此外，本发明实施例一提供的用户侧储能电站可作为不间断电源，给用户提供紧急备电，同时可提供改善电能质量。[0046]例如，用户可以根据峰谷时段电价的规定，设置储能电站的充放电时段，即在

6

CN 107332266 A

说　明　书

4/5页

谷区时段利用低电价从电网获电，而在峰区(或尖峰)时段利用储能电站放电，减少其间的电网用电量，不仅可以降低电网在高峰时段的用电压力，而且用户可以利用峰谷电价差降低电费支出，从而获得收益。[0047]进一步地，用户可以根据电网价格差异设置本发明提供的储能电站的工作模式，即根据峰(尖峰)谷电价的差异，设置储能电站各时段的充放电控制策略，进行电能管理，以达到需求侧响应的效果。[0048]例如：1～6月份和9～12月份，储能电站的运行策略为：谷电时段充电，峰电时段放电，平电时段处于待机状态，在此期间可根据储能电池的剩余容量和晚高峰的用电量确定储能电站是否需要补充电或待机；[0049]7～8月份，储能电站的运行策略为：谷电时段充电，峰(尖峰)电时段放电，平电时段补充电两小时，其余时段待机。储能电站每天完成1个充放电循环，即完成在低电价区蓄电、高电价区放电的过程。

[0050]本发明实施例二提供的用户侧储能电站在实施例一的基础上还包括负荷跟踪装置。负荷跟踪装置连接监控系统，负荷跟踪装置用于实时监测用户侧的用电功率，并将监测数据发送至监控系统；当监测到用户侧的用电功率超过预设的最大需量时，监控系统控制储能双向变流系统，将储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用，平抑超出最大需量部分的功率。

[0051]本发明实施例二提供的用户侧储能电站配置负荷跟踪装置，能够进行有效的负荷跟踪，实时监测用户侧的用电功率状况，当用电功率超过最大需量时，储能电站启动放电，平抑超出最大需量部分的功率，从而达到用户侧需量电费管理的目的。同时综合主变高低压侧的功率及用户用电情况，通过储能电站运行的控制策略降低高峰时段的负荷，减少需量电费的缴纳，降低用户的用电成本。[0052]参见图3，基于同一发明构思，本发明实施例三还提供一种用户侧储能电站的应用模式，可以有效改善用电质量，具体如下：[0053]在电网电压正常时：在预设的谷段电价时间段，PCS(储能双向变流系统)从电网中获取电能，输送至储能电池进行存储；在预设的峰段电价时间段，PCS将储能电池中存储的电能输送至低压母线，供负载使用；DVR(动态电压调节器)处于并联待机状态，敏感负载通过SSR(固态继电器)正常供电。

[00]电网电压暂态扰动时(例如，扰动持续时间小于0.5秒)：DVR从自身的超级电容取能并输出电压，SSR关断，全部过程不超过1毫秒，DVR作为电压源给敏感负载供电，保持敏感负载的正常工作。当电网电压暂态扰动消除后，SSR导通，敏感负载重新交由电网供电。[0055]在电网电压中断时：DVR依靠SSR切断敏感负载与电网的连接，以超级电容内的能量保持敏感负载第一预设时间的供电；同时，储能双向变流系统在第二预设时间内，在空载的情况下重新建立380V母线电压；第二预设时间小于第一预设时间。例如，DVR依靠SSR在1毫秒的时间内切断敏感负载与电网的联系，以超级电容内的能量保持敏感负载0.5秒的供电。由于失压，10kV进线开关断开，PCS在0.2秒的时间内，在空载的情况下重新建立380V母线电压。DVR检测到母线电压恢复后，会将负载侧供电电压的频率、相位、幅值调整至与母线电压完全相同，然后导通SSR，敏感负载交由PCS控制下的储能电站供电。[0056]在电网电压恢复后：PCS将输出电压的幅值、相位、频率调整至与电网的参数完全

7

CN 107332266 A

说　明　书

5/5页

相同后，向同期合闸装置发出可以并网的申请，同期合闸装置判断并网条件满足后，进线断路器合闸并网。[0057]进一步地，本发明的用户侧储能电站的应用模式，还包括以下步骤：[0058]根据不同时段峰谷电价的差异，选择预设的储能电站的充放电控制策略，在低电价区蓄电、高电价区放电，实现能量管，以达到需求侧响应的效果。[0059]以江苏省为例，根据江苏省2016年峰谷时段电价的规定，确定储能系统的充放电时段，即在谷区时段利用低电价，而在峰区(或尖峰)时段储能系统放电，减少其间的电网用电量，不仅可以降低电网在高峰时段的用电压力，而且企业可以利用峰谷电价差降低电费支出，从而获得收益。[0060]具体为：1～6月份和9～12月份，储能电站的运行策略为：谷电时段充电，峰电时段放电，平电时段处于待机状态，在此期间可根据电池组的剩余容量和晚高峰的用电量确定储能系统是否需要补充电或待机；7～8月份，储能电站的运行策略为：[0061]谷电时段充电，峰(尖峰)电时段放电，平电时段补充电1至3小时，其余时段待机。这样，储能电站每天完成1个充放电循环，即完成在低电价区蓄电、高电价区放电的过程。[0062]本发明提供的用户侧储能电站及其投资+运营的应用模式，通过储能电站削峰填谷、需求侧相应、电能质量改善、应急备用、无功补偿等应用功能，大大降低用户的用电成本并提高用电可靠性。同时投资+运营商用化模式类似于合同能源管理(EPC)模式，通过与客户签订节能服务合同，可以为客户提供包括：用电诊断、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能计量确认和保证等一整套的节能服务，并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润。本发明提供的商用化模式将用户端、第三方储能企业等投资主体、储能产业基金等金融机构之间形成有效的利益分配机制，加速推进储能的商用化规模应用。[0063]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

8

CN 107332266 A

说　明　书　附　图

1/2页

图1

图2

9

CN 107332266 A

说　明　书　附　图

2/2页

图3

10