配備蓄電池的不間斷電源的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了配備蓄電池的不間斷電源(UPS)的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法。該儲(chǔ)能系統(tǒng)包括由第一電源為負(fù)載供電的商用電源單元，由第二電源為負(fù)載供電的蓄電池，用于監(jiān)測(cè)商用電源單元內(nèi)的斷電狀態(tài)的斷電監(jiān)測(cè)單元，用于判定蓄電池充電狀態(tài)的充電/放電判定單元；以及用于控制所述商用電源單元及所述蓄電池的電源控制單元，以響應(yīng)斷電監(jiān)測(cè)單元或充電/放電判定單元的輸出，使得第一電源或第二電源為負(fù)載供電。通過降低白天的用電，增加了用電的電力儲(chǔ)備率。
【專利說明】配備蓄電池的不間斷電源的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的相互引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年7月30日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的申請(qǐng)?zhí)枮?10-2013-0090288的韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其所有內(nèi)容以供參考。

【背景技術(shù)】
[0003] 1.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本發(fā)明涉及配備蓄電池的不間斷電源（UPS)的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，更特別 地，涉及配備蓄電池的UPS的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中利用用于UPS中的整流器和雙向轉(zhuǎn)換器，通過 控制蓄電池的放電功率，將蓄電池的一些容量用作能量源，從而能夠降低用戶的耗電量，并 且利用剩余容量作為應(yīng)急情況下的備用用電，及其驅(qū)動(dòng)方法。
[0005] 2?相關(guān)技術(shù)的描述
[0006] 近來，用于儲(chǔ)存能量的儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS)可以說是智能電網(wǎng)的核心。已研制出多種 用于儲(chǔ)能的裝置。具有代表性的儲(chǔ)存裝置是，在供電需求小的夜間通過充電器在蓄電池中 儲(chǔ)存能量，以及在供電需求大時(shí)通過放電器釋放所儲(chǔ)存的能量。這通常稱作系統(tǒng)關(guān)聯(lián)型儲(chǔ) 能系統(tǒng)。
[0007] 為了儲(chǔ)能，基本上需要用于將交流電（AC)轉(zhuǎn)換為直流電（DC)的轉(zhuǎn)換器，以及用 于將直流電OC)轉(zhuǎn)換為交流電（AC)的逆變器。在這種情形下，如果所用產(chǎn)品使用直流電 〇)C)作為電源，如蓄電池及超級(jí)電容器，那么也需要使用具有充電/放電功能的AC/DC轉(zhuǎn)換 器或雙向轉(zhuǎn)換器。在控制器的控制下，UPS可以大體上實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換及DC/AC轉(zhuǎn)換，以及 利用轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)充電/放電功能。進(jìn)一步，還需要用于附加系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的附加系統(tǒng)。
[0008] UPS還具有一個(gè)功能，是為不間斷設(shè)備由于UPS中的元件故障，如電力轉(zhuǎn)換器及蓄 電池，即，儲(chǔ)能設(shè)備，無法執(zhí)行常規(guī)功能的情形而準(zhǔn)備的。
[0009] 為了增加基于物理能量交換或化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用，也做了不少努 力。更特別的是，在連續(xù)即持續(xù)供能的儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)上做了很多努力。
[0010] 蓄電池，取決于蓄電池的類型，具有根據(jù)充電和放電次數(shù)而減少使用壽命的特點(diǎn)。 鉛蓄電池通過檢查和控制是有問題的，例如，由于構(gòu)成蓄電池的化學(xué)物質(zhì)的激活作用，蓄電 池的終止電壓的無規(guī)律性，以及未檢查出終止單元發(fā)生腐蝕的變化，因此鉛蓄電池在應(yīng)急 情況下處理無法操作。為此，鋰蓄電池還具有一個(gè)功能，稱作電池管理系統(tǒng)（BMS)，以防止過 度充電造成的問題及損害。
[0011] 尤其是，近來，由于商用電源在峰值負(fù)載下的供電短缺，加重了電力短缺。從電力 需求管理的角度看，由于基于每個(gè)時(shí)間段計(jì)費(fèi)的系統(tǒng)存在差異，諸如為消費(fèi)者管理需求的 應(yīng)急發(fā)電機(jī)操作，例如電力計(jì)費(fèi)管理，是有社會(huì)和經(jīng)濟(jì)必要的。
[0012] 在這種現(xiàn)實(shí)中，通常，電力消費(fèi)者擁有的UPS的蓄電池有能力在消費(fèi)者確定的特 定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地提供消費(fèi)者所要求的電力，但這種情況只有當(dāng)在商用電源發(fā)生斷電時(shí)才能 使用。也就是說，現(xiàn)有的UPS利用蓄電池，只有在輸入電源發(fā)生斷電的狀態(tài)下才能使用蓄電 池的電力執(zhí)行放電操作。即使發(fā)生瞬時(shí)斷電，UPS會(huì)不可避免地用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器及生產(chǎn) 設(shè)備中，因?yàn)橛?jì)算機(jī)服務(wù)器及生產(chǎn)設(shè)備需要許多時(shí)間來恢復(fù)應(yīng)對(duì)瞬時(shí)斷電。
[0013] 專利文件1和2公開了解決技術(shù)問題的技術(shù)方案實(shí)施例。
[0014] 例如，專利文件1公開了一種估算蓄電池剩余容量的方法，包括以下步驟：檢查 蓄電池是否處于第一連接狀態(tài)；檢查蓄電池是處于放電狀態(tài)還是充電狀態(tài)；如果檢查的 結(jié)果是，蓄電池處于連接狀態(tài)，則測(cè)量蓄電池的電壓；如果檢查的結(jié)果是，蓄電池處于放 電狀態(tài)，則通過比較蓄電池電壓與預(yù)設(shè)的穩(wěn)定判斷電壓來判定蓄電池是否穩(wěn)定；通過計(jì) 算放電電流的量來計(jì)算電壓降；利用計(jì)算出的電壓降電壓及測(cè)量的電壓來計(jì)算開路電 壓；計(jì)算對(duì)應(yīng)于所計(jì)算出的開路電壓的初始剩余容量；利用初始剩余容量及預(yù)設(shè)的均衡 (diequilibration)效率計(jì)算最終剩余容量。
[0015] 再者，專利文件2公開了一種診斷老化狀態(tài)的裝置及其診斷方法，其中，通過將 測(cè)量電流信號(hào)輸入至電力轉(zhuǎn)換裝置的DC端的電解電容，測(cè)得ESR值或介質(zhì)損耗角正切值 (tanS)。根據(jù)所測(cè)得的ESR值或介質(zhì)損耗角正切值（tanS)診斷電力轉(zhuǎn)換裝置是否發(fā)生 故障或損壞，測(cè)量特性數(shù)據(jù)，如待測(cè)的每個(gè)蓄電池的內(nèi)阻，使得可以同時(shí)測(cè)量并監(jiān)控作為 UPS的必備元件的蓄電池系統(tǒng)的老化狀態(tài)，并且根據(jù)之前監(jiān)測(cè)到的電力轉(zhuǎn)換設(shè)備的老化或 劣化，基于所測(cè)量的特性數(shù)據(jù)，可診斷復(fù)雜的異常狀態(tài)。
[0016] 但是，前述現(xiàn)有技術(shù)文件并未公開蓄電池在UPS中更高能效使用的技術(shù)，該UPS主 要包括整流器（或轉(zhuǎn)換器）、充電/放電單元（或雙向轉(zhuǎn)換器）、逆變器、旁路、控制板及蓄 電池。
[0017][現(xiàn)有技術(shù)文件]
[0018][專利文件]
[0019](專利文件1)申請(qǐng)?zhí)枮?0-1261149的韓國專利申請(qǐng)（公布于2013年4月29日）
[0020](專利文件2)申請(qǐng)?zhí)枮?0-0998577的韓國專利申請(qǐng)（公布于2010年11月30 曰）


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 相應(yīng)地，本發(fā)明是為解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題而做出的，并且本發(fā)明的目 的是，提供配備蓄電池的UPS的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，其通過利用蓄電池，S卩，能量源，重 復(fù)使用能量，從而能夠降低耗電量，更經(jīng)濟(jì)地，使用戶從降低耗電量中獲益，以及能夠最大 限度提高生產(chǎn)率，同時(shí)將電力提供給用戶。
[0022] 本發(fā)明的另一目的是提供配備蓄電池的UPS的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，其能夠通 過控制放電來提高蓄電池的放電效率，使得特定量的蓄電池容量不會(huì)迅速釋放。
[0023] 本發(fā)明的另一目的是提供配備蓄電池的UPS的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，即使當(dāng)正 常提供商用電源時(shí)，其也能夠有效處理需求管理及電力計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。
[0024] 本發(fā)明的另一目的是提供配備蓄電池的UPS的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法，其能夠?yàn)?負(fù)載供應(yīng)穩(wěn)定的電力，即使儲(chǔ)能操作與問題，如由于雙向轉(zhuǎn)換器的影響導(dǎo)致直流鏈路（DC link)電壓升高造成的直流鏈路（DClink)過電壓報(bào)警，一起執(zhí)行。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，包括在UPS中的儲(chǔ)能系統(tǒng)包括：由第一電源為負(fù)載供電 的商用電源單元；由第二電源為負(fù)載供電的蓄電池；用于監(jiān)測(cè)該商用電源單元內(nèi)的斷電狀 態(tài)的斷電監(jiān)測(cè)單元；判定蓄電池充電狀態(tài)的充電/放電判定單元；以及控制所述商用電源 單元及該蓄電池的電源控制單元，以響應(yīng)該斷電監(jiān)測(cè)單元或該充電/放電判定單元的輸 出，使得該第一電源或第二電源為負(fù)載供電。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)還包括用于設(shè)定負(fù)載操作時(shí)間的操作時(shí)間設(shè)定單 元，其中，該電源控制單元根據(jù)該運(yùn)行時(shí)間設(shè)定單元設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間執(zhí)行控制，使得第一電 源和第二電源均為負(fù)載供電。
[0027] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電源控制單元執(zhí)行控制，以響應(yīng)充電/放電 判定單元所判定的蓄電池充電狀態(tài)，使得第一電源為蓄電池供電；以及電源控制單元執(zhí)行 控制，以響應(yīng)斷電監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的斷電狀態(tài)，使得第一電源和第二電源均為負(fù)載供電。
[0028] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，UPS包括第一UPS和第二UPS，該第一UPS和 第二UPS交替運(yùn)行，以及當(dāng)該第一UPS的蓄電池放電時(shí)，該第二UPS的蓄電池充電。
[0029] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，UPS包括第一UPS和第二UPS，并且第一UPS 和第二UPS被同時(shí)驅(qū)動(dòng)且同時(shí)充電。
[0030] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能系統(tǒng)中還包括用于顯示蓄電池狀態(tài)的顯示單元，以及 用于輸出報(bào)警聲或應(yīng)急燈的報(bào)警單元，以響應(yīng)所述顯示單元所顯示的狀態(tài)。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，包括儲(chǔ)能系統(tǒng)的不間斷電源（UPS)的驅(qū)動(dòng)方法包括以下 步驟：（a)由斷電監(jiān)測(cè)單元及充電/放電判定單元，判定商用電源單元的狀態(tài)及蓄電池的充 電狀態(tài)，用于將第一電源及第二電源為負(fù)載供電，（b)通過操作時(shí)間設(shè)定單元，設(shè)定負(fù)載的 峰值時(shí)間段；以及（c)通過電源控制單元，在步驟（b)設(shè)定的峰值時(shí)間段內(nèi)分配第一電源和 第二電源，并且將第一電源和第二電源為負(fù)載供電。
[0032] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的UPS驅(qū)動(dòng)方法中，步驟（c)包括：通過充電/放電判定單元 計(jì)算蓄電池的剩余容量；以及通過電源控制單元執(zhí)行控制，使得第二電源的供電是在蓄電 池的必要剩余容量以外執(zhí)行的，所述蓄電池的必要剩余容量需要為應(yīng)急情況而保留
[0033] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的UPS驅(qū)動(dòng)方法中，步驟（c)包括：通過電源控制單元，根據(jù) 由充電/放電判定單元判定的蓄電池容量，周期性地供應(yīng)第二電源。
[0034] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的UPS驅(qū)動(dòng)方法中，步驟（a)包括：顯示或通知由斷電監(jiān)測(cè)單 元及充電/放電判定單元判定的商用電源單元的狀態(tài)及蓄電池的操作狀態(tài)。
[0035] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的UPS驅(qū)動(dòng)方法中，步驟（a)至（c)由第一UPS和第二UPS 重復(fù)執(zhí)行。
[0036] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的UPS驅(qū)動(dòng)方法中，步驟（a)至（c)由第一UPS和第二UPS 同時(shí)執(zhí)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中配備蓄電池的不間斷電源（UPS)的儲(chǔ)能系統(tǒng)的示意 圖；
[0038] 圖2是方框圖，示出了圖1所示的主控板的結(jié)構(gòu)；
[0039] 圖3是方框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的配備蓄電池的UPS的操作模式的各種 類型；
[0040] 圖4是UPS的雙向轉(zhuǎn)換控制器的方框圖，用于處理過度反應(yīng)；
[0041] 圖5是曲線圖，示出了過度反應(yīng)的測(cè)試結(jié)果；
[0042] 圖6是用于商用電源及蓄電池負(fù)載共享的控制器的方框圖；
[0043] 圖7是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的配備蓄電池的UPS的儲(chǔ)能方法；以及
[0044] 圖8是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一般操作模式。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 通過在說明書及附圖中的技術(shù)公開，本發(fā)明的上述發(fā)明目的、其他發(fā)明目的以及 新的技術(shù)特征將更清楚。
[0046] 首先，本發(fā)明應(yīng)用的UPS與包含在該UPS中的蓄電池之間的關(guān)系將在下文中描述。
[0047]UPS的蓄電池容量根據(jù)設(shè)定的最大放電時(shí)間來決定。
[0048] 用于單相輸出和三相輸出的UPS的放電電流同樣地由UPS容量和蓄電池使用電壓 來計(jì)算并決定。放電電流Id由方程式1來計(jì)算，基于UPS為100千伏安（KVA)。

【權(quán)利要求】
1. 包括在不間斷電源帥巧中的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括： 由第一電源為負(fù)載供電的商用電源單元； 由第二電源為負(fù)載供電的蓄電池； 監(jiān)測(cè)所述商用電源單元內(nèi)的斷電狀態(tài)的斷電監(jiān)測(cè)單元； 判定所述蓄電池充電狀態(tài)的充電/放電判定單元；W及 控制所述商用電源單元及所述蓄電池的電源控制單元，W響應(yīng)所述斷電監(jiān)測(cè)單元或所 述充電/放電判定單元的輸出，使得所述第一電源或第二電源為負(fù)載供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)定負(fù)載操作時(shí)間的操作時(shí)間設(shè)定單 元，其特征在于，所述電源控制單元根據(jù)所述操作時(shí)間設(shè)定單元設(shè)定的操作時(shí)間執(zhí)行控制， 使得所述第一電源和第二電源均為負(fù)載供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述電源控制單元執(zhí)行控制，W響應(yīng) 所述充電/放電判定單元所判定的蓄電池充電狀態(tài)，使得第一電源為蓄電池供電；W及 所述電源控制單元執(zhí)行控制，W響應(yīng)所述斷電監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)的斷電狀態(tài)，使得第一 電源和第二電源均為負(fù)載供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于： UPS包括第一 WS和第二UPS， 所述第一 WS和第二WS交替運(yùn)行，W及 當(dāng)所述第一 UPS的蓄電池放電時(shí)，所述第二UPS的蓄電池充電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于： UPS包括第一 WS和第二UPS，W及 所述第一 WS和第二UPS同時(shí)驅(qū)動(dòng)且同時(shí)充電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 用于顯示蓄電池狀態(tài)的顯示單元，W及 用于輸出報(bào)警聲或應(yīng)急燈的報(bào)警單元，W響應(yīng)所述顯示單元所顯示的狀態(tài)。
7. 包括儲(chǔ)能系統(tǒng)的不間斷電源扣P巧的驅(qū)動(dòng)方法，所述方法包括W下步驟： (a)由斷電監(jiān)測(cè)單元及充電/放電判定單元，判定商用電源單元的狀態(tài)及蓄電池的充 電狀態(tài)，使第一電源及第二電源為負(fù)載供電， 化）由操作時(shí)間設(shè)定單元，設(shè)定負(fù)載的峰值時(shí)間段；W及 (C)由電源控制單元，在步驟化）設(shè)定的峰值時(shí)間段內(nèi)分配第一電源和第二電源，并且 將第一電源和第二電源為負(fù)載供電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（C)包括： 由充電/放電判定單元計(jì)算蓄電池的剩余容量；W及 由電源控制單元執(zhí)行控制，使得第二電源的供電是在蓄電池的必要剩余容量W外執(zhí)行 的，所述蓄電池的必要剩余容量需要為應(yīng)急情況而保留。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（C)包括；通過電源控制單元， 根據(jù)由充電/放電判定單元判定的蓄電池容量，周期性地供應(yīng)第二電源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（a)包括；顯示或通知由斷電 監(jiān)測(cè)單元及充電/放電判定單元判定的商用電源單元的狀態(tài)及蓄電池的操作狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（a)至（C)由第一 WS和第二 UPS重復(fù)執(zhí)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（a)至（c)由第一 WS和第二 UPS同時(shí)執(zhí)行。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104348217SQ201410252617
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】鄭盛元, 李炅錫, 廉東勛 申請(qǐng)人:二和電氣工業(yè)株式會(huì)社