CN215907951U - 一种储能型柴油发电机组控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及柴油发电机组技术领域，具体涉及一种储能型柴油发电机组控制系统，包括柴油发电机组、储能电池、逆变器、DC‑DC双向变换器和能量管理系统，所述逆变器包括AC‑DC转换模块、DC‑AC逆变模块和连接在所述AC‑DC转换模块与所述DC‑AC逆变模块之间的直流母线，所述柴油发电机组连接AC‑DC转换模块，所述储能电池连接所述DC‑DC双向变换器，所述DC‑DC双向变换器通过所述直流母线连接所述DC‑AC逆变模块，所述柴油发电机组、AC‑DC转换模块、DC‑AC逆变模块和DC‑DC双向变换器分别连接能量管理系统，所述能量管理系统连接所述储能电池。本实用新型实现了柴油发电机组的节能运行，减少了燃油浪费，并提高了柴油发电机组的应急使用能力以及在噪音要求较高场合的适应能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及柴油发电机组技术领域，具体涉及一种储能型柴油发电机组控制系统。
背景技术
柴油发电机组是以柴油为主燃料的一种发电设备。现有的柴油发电机组在使用时还存在以下问题：
(1)现有的柴油发电机组在正常工作中使用功率通常不超过60％额定功率，且很多时候柴油发电机组处于空载运行状态下，会造成一定的燃油消耗，从而造成柴油发电机组的使用成本过高。
(2)现有的柴油发电机组工作时噪音较大，造成在环境噪音要求较严格的地方使用受限。
(3)现有的柴油发电机组从启动到带载输出需要一定的时间，通常在2～5min左右，而且一次带载的能力有限，通常不超过75％额定输出功率，无法满足对于作为应急电源使用的柴油发电机组电源输出时间有严格要求的场合。
(3)无法在柴油发电机组启动运行稳定阶段为设备供电。
(4)柴油发电机组空载待机状态运行不但造成燃油浪费，还降低了柴油发电机组的寿命。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提出一种储能型柴油发电机组控制系统，旨在实现柴油发电机组的节能运行，减少燃油浪费，并提高柴油发电机组的应急使用能力以及在噪音要求较高场合的适应能力。具体的技术方案如下：
一种储能型柴油发电机组控制系统，包括柴油发电机组、储能电池、逆变器、DC-DC双向变换器和能量管理系统，所述逆变器包括AC-DC转换模块、DC-AC逆变模块和连接在所述AC-DC转换模块与所述DC-AC逆变模块之间的直流母线，所述柴油发电机组连接AC-DC转换模块，所述储能电池连接所述DC-DC双向变换器，所述DC-DC双向变换器通过所述直流母线连接所述DC-AC逆变模块，所述柴油发电机组、AC-DC转换模块、DC-AC逆变模块和DC-DC双向变换器分别连接能量管理系统，所述能量管理系统连接所述储能电池。
优选的，所述能量管理系统通过BMS电池管理系统连接所述储能电池。
本实用新型中，所述柴油发电机组通过第一控制开关K1连接所述AC-DC转换模块，所述储能电池通过第二控制开关K2连接所述DC-DC双向变换器，所述DC-AC逆变模块通过第三控制开关K3连接交流负荷。
本实用新型中，所述柴油发电机组通过旁路开关K4连接交流负荷。
优选的，所述直流母线的电压为600V，所述交流负荷为380V交流负荷。
本实用新型中，所述柴油发电机组包括柴油发动机和连接所述柴油发动机的发电机，所述发电机为同步发电机、异步发电机、永磁同步发电机中的一种。
本实用新型中，所述能量管理系统与I/O控制器相连接。
本实用新型中，所述DC-DC双向变换器设置有两种运行模式，所述两种运行模式为恒功率控制运行模式和直流侧母线电压控制运行模式。
作为本实用新型的一种优选方案，所述柴油发电机组的外部设置有太阳能电源和/或风能电源，所述太阳能电源和/或风能电源通过DC-DC直流变换器与所述储能电池相连接。
本实用新型中，所述能量管理系统与电网相连接。
本实用新型的结构和工作原理进一步说明如下：
(1)本实用新型由柴油发电机组(包括柴油发动机和发电机)、DC-DC直流变换器、逆变器、储能电池以及能量管理系统、I/O控制器、人机显示系统等主要核心设备构成。
(2)系统主电路中，柴油发电机组或电网的交流输入电压经过逆变器AC-DC和DC-AC转换为交流输出，通过该转换可以保证发电机或电网电压和频率均不影响交流输出的稳定性，由此保证了电气性能指标。
(3)能量管理系统充分利用柴油发电机组的剩余功率，通过能量管理系统对负载进行实时监控以利用柴油发电机组剩余功率，利用连接在直流母线上的DC-DC双向变换器，可将剩余功率转换为电能为储能电池充电。DC-DC双向变换器也可以通过直流母线将储能电池的能量转化为直流电压并输送到逆变器的直流母线上，从而增加输出交流功率，由此实现能量利用最大化。
(4)在需要应急供电的情况下，储能电池通过DC-DC双向变换器直接为逆变器的直流母线供电，逆变器通过DC-AC逆变模块将直流转变为交流输出用于为负载供电；同时柴油发电机组根据电池容量自动启动为电池充电。
(5)柴油发电机组可以在噪音要求较高的环境中实施错峰启动，比如在居民区，白天可以让柴油发电机组在额定转速下运行，晚上可以以50％额定功率运行，此时柴油发电机组的功率只有额定功率的50％左右，储能电池提供另外50％的功率。
(6)在突然加载和卸载频繁较高的场合中，由于柴油发电机组突然加载的能力有限，通常不超过70％；而且在工地和矿山应用柴油发电机组是通常用于启动空压机等大电流负载，空压机、压缩机等电动机负载通常频繁启动，启动电流为额定电流的6～7倍，启动稳定运行时功率只有启动时的五分之一左右。这时通过储能电池为负载供电，柴油发电机组只根据电池容量启动为电池充电而不直接为负载供电，这样柴油发电机组带大电流负载的能力大大增强。
(7)也可以在孤岛安装柴油发电机的模式下，通过DC-DC直流变换器将太阳能和风能的电源储存在电池中，与柴油发电机组一起提供多模式供电应用。
(8)通过逆变器和DC-DC双向变换器可以使用不同的发电机，如同步发电机、异步发电机及永磁同步发电机等，从而满足不同场合的应用。
(9)DC-DC双向变换器具有恒功率控制模式和直流侧母线电压控制两种运行模式，具备双向充放电控制能力，全功率动态响应时间<500ms；外部设备可经485通信接口读取DC/DC单元数据信息，可设置直流母线控制电压。
(10)突加负载过程：通过储能电池的快速响应来应对突加负载，负荷增加所需功率由储能电池进行补充；系统稳定后，缓慢减小储能电池输出功率，柴油发电机组同步增加输出功率，直至储能输出功率为零。
(11)突减负载过程：通过储能电池的快速响应来应对突减负载，将柴油发电机组多余电能吸收为储能电池充电；系统稳定后，缓慢减小储能电池的吸收功率，柴油发电机组则同步缓慢减小输出功率，直至储能电池的吸收功率降为零。
(12)充电过程：在柴油发电机输出功率较小、系统稳定情况下，对储能电池进行恒功率充电，在柴油发电机为负荷供电的同时，为储能电池充电。
本实用新型的有益效果是：通过在系统中设置储能电池和相应的控制电路，实现了柴油发电机组的节能运行，减少了燃油浪费，机组的一次带载能力强、工作效率高、环境适应性好，由此增强了柴油发电机组的应急使用能力以及在噪音要求较高场合的适应能力。
附图说明
图1是本实用新型的一种储能型柴油发电机组控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示为本实用新型的一种储能型柴油发电机组控制系统的实施例，包括柴油发电机组、储能电池、逆变器、DC-DC双向变换器和能量管理系统，所述逆变器包括AC-DC转换模块、DC-AC逆变模块和连接在所述AC-DC转换模块与所述DC-AC逆变模块之间的直流母线，所述柴油发电机组连接AC-DC转换模块，所述储能电池连接所述DC-DC双向变换器，所述DC-DC双向变换器通过所述直流母线连接所述DC-AC逆变模块，所述柴油发电机组、AC-DC转换模块、DC-AC逆变模块和DC-DC双向变换器分别连接能量管理系统，所述能量管理系统连接所述储能电池。
优选的，所述能量管理系统通过BMS电池管理系统连接所述储能电池。
本实施例中，所述柴油发电机组通过第一控制开关K1连接所述AC-DC转换模块，所述储能电池通过第二控制开关K2连接所述DC-DC双向变换器，所述DC-AC逆变模块通过第三控制开关K3连接交流负荷。
本实施例中，所述柴油发电机组通过旁路开关K4连接交流负荷。
优选的，所述直流母线的电压为600V，所述交流负荷为380V交流负荷。
本实施例中，所述柴油发电机组包括柴油发动机和连接所述柴油发动机的发电机，所述发电机为同步发电机、异步发电机、永磁同步发电机中的一种。
本实施例中，所述能量管理系统与I/O控制器相连接。
本实施例中，所述DC-DC双向变换器设置有两种运行模式，所述两种运行模式为恒功率控制运行模式和直流侧母线电压控制运行模式。
作为本实施例的一种优选方案，所述柴油发电机组的外部设置有太阳能电源和/或风能电源，所述太阳能电源和/或风能电源通过DC-DC直流变换器与所述储能电池相连接。
本实施例中，所述能量管理系统与电网相连接。
本实施例的结构和工作原理进一步说明如下：
(1)本实施例由柴油发电机组(包括柴油发动机和发电机)、DC-DC直流变换器、逆变器、储能电池以及能量管理系统、I/O控制器、人机显示系统等主要核心设备构成。
(2)系统主电路(如图1所示)中，柴油发电机组或电网的交流输入电压经过逆变器AC-DC和DC-AC转换为交流输出，通过该转换可以保证发电机或电网电压和频率均不影响交流输出的稳定性，由此保证了电气性能指标。
(3)能量管理系统充分利用柴油发电机组的剩余功率，通过能量管理系统对负载进行实时监控以利用柴油发电机组剩余功率，利用连接在直流母线上的DC-DC双向变换器，可将剩余功率转换为电能为储能电池充电。DC-DC双向变换器也可以通过直流母线将储能电池的能量转化为直流电压并输送到逆变器的直流母线上，从而增加输出交流功率，由此实现能量利用最大化。
(4)在需要应急供电的情况下，储能电池通过DC-DC双向变换器直接为逆变器的直流母线供电，逆变器通过DC-AC逆变模块将直流转变为交流输出用于为负载供电；同时柴油发电机组根据电池容量自动启动为电池充电。
(5)柴油发电机组可以在噪音要求较高的环境中实施错峰启动，比如在居民区，白天可以让柴油发电机组在额定转速下运行，晚上可以以50％额定功率运行，此时柴油发电机组的功率只有额定功率的50％左右，储能电池提供另外50％的功率。
(6)在突然加载和卸载频繁较高的场合中，由于柴油发电机组突然加载的能力有限，通常不超过70％；而且在工地和矿山应用柴油发电机组是通常用于启动空压机等大电流负载，空压机、压缩机等电动机负载通常频繁启动，启动电流为额定电流的6～7倍，启动稳定运行时功率只有启动时的五分之一左右。这时通过储能电池为负载供电，柴油发电机组只根据电池容量启动为电池充电而不直接为负载供电，这样柴油发电机组带大电流负载的能力大大增强。
(7)也可以在孤岛安装柴油发电机的模式下，通过DC-DC直流变换器将太阳能和风能的电源储存在电池中，与柴油发电机组一起提供多模式供电应用。
(8)通过逆变器和DC-DC双向变换器可以使用不同的发电机，如同步发电机、异步发电机及永磁同步发电机等，从而满足不同场合的应用。
(9)DC-DC双向变换器具有恒功率控制模式和直流侧母线电压控制两种运行模式，具备双向充放电控制能力，全功率动态响应时间<500ms；外部设备可经485通信接口读取DC/DC单元数据信息，可设置直流母线控制电压。
(10)突加负载过程：通过储能电池的快速响应来应对突加负载，负荷增加所需功率由储能电池进行补充；系统稳定后，缓慢减小储能电池输出功率，柴油发电机组同步增加输出功率，直至储能输出功率为零。
(11)突减负载过程：通过储能电池的快速响应来应对突减负载，将柴油发电机组多余电能吸收为储能电池充电；系统稳定后，缓慢减小储能电池的吸收功率，柴油发电机组则同步缓慢减小输出功率，直至储能电池的吸收功率降为零。
(12)充电过程：在柴油发电机输出功率较小、系统稳定情况下，对储能电池进行恒功率充电，在柴油发电机为负荷供电的同时，为储能电池充电。
本实施例的有益效果是：通过在系统中设置储能电池和相应的控制电路，实现了柴油发电机组的节能运行，减少了燃油浪费，机组的一次带载能力强、工作效率高、环境适应性好，由此增强了柴油发电机组的应急使用能力以及在噪音要求较高场合的适应能力。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，包括柴油发电机组、储能电池、逆变器、DC-DC双向变换器和能量管理系统，所述逆变器包括AC-DC转换模块、DC-AC逆变模块和连接在所述AC-DC转换模块与所述DC-AC逆变模块之间的直流母线，所述柴油发电机组连接AC-DC转换模块，所述储能电池连接所述DC-DC双向变换器，所述DC-DC双向变换器通过所述直流母线连接所述DC-AC逆变模块，所述柴油发电机组、AC-DC转换模块、DC-AC逆变模块和DC-DC双向变换器分别连接能量管理系统，所述能量管理系统连接所述储能电池。
2.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述能量管理系统通过BMS电池管理系统连接所述储能电池。
3.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述柴油发电机组通过第一控制开关K1连接所述AC-DC转换模块，所述储能电池通过第二控制开关K2连接所述DC-DC双向变换器，所述DC-AC逆变模块通过第三控制开关K3连接交流负荷。
4.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述柴油发电机组通过旁路开关K4连接交流负荷。
5.根据权利要求3或4所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述直流母线的电压为600V，所述交流负荷为380V交流负荷。
6.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述柴油发电机组包括柴油发动机和连接所述柴油发动机的发电机，所述发电机为同步发电机、异步发电机、永磁同步发电机中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述能量管理系统与I/O控制器相连接。
8.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述DC-DC双向变换器设置有两种运行模式，所述两种运行模式为恒功率控制运行模式和直流侧母线电压控制运行模式。
9.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述柴油发电机组的外部设置有太阳能电源和/或风能电源，所述太阳能电源和/或风能电源通过DC-DC直流变换器与所述储能电池相连接。
10.根据权利要求1所述的一种储能型柴油发电机组控制系统，其特征在于，所述能量管理系统与电网相连接。
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Publications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116247986A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-09 | 深圳市正浩创新科技股份有限公司 | 发电机组转速控制方法、发电机组、储能发电系统 |
| CN117060469A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-11-14 | 北京博威能源科技股份有限公司 | 一种柴油与储能结合互补的发电机组 |
| CN119651890A (zh) * | 2025-02-17 | 2025-03-18 | 湖南大学 | 静止与旋转电源协同型应急供电装备及其多模式控制方法 |
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| CN117060469B (zh) * | 2023-08-03 | 2024-02-20 | 天津博威动力设备有限公司 | 一种柴油与储能结合互补的发电机组 |
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