储能电源家庭用电的“管理者”.doc

储能电源 家庭用电的“管理者” 曾奕彰 黄毅 黄伟平 摘要：本文介绍了现在的电力缺口情况及国家限制用电实施的政策法规，重点介绍了储能电源在家庭基本生活用电中如何有效的改善用电环境，以2KW储能电源为例给出简单家庭用电时段的控制策略和理论计算；结果论证该储能电源能够满足家庭及整个电网环境的改善要求。 关键词：储能电源、削峰填谷、双向变换、整流、逆变、千瓦时（度） 引言： 能源紧缺、电力缺口已经成为全球不可避免的共同难题！从2010到2012近3年来，中国电力供需最大缺口为3000~4000万千瓦左右，中电联专家认为“电力缺口并不是电荒。”出现电力缺口，不同于全国性大面积、持久性“缺电”，总体上属于结构性缺电，通过采取有序用电措施，加大跨区跨省电力电量支援、有效协调好煤电矛盾，是可以在一定程度上缓解供需矛盾、减少缺口的。作为最基层的用电单位，我们每家每户也可以通过有效的用电管理为缓解这个电力缺口做一份力所能及的事情！ 2012年以来我国各地分批次采取了阶梯电价的政策，下表为福建省2012年7月1日， 图1、储能电源原理框图 储能电源系统工作原理介绍： 储能电源系统主要由储能部分、功率变换部分、监控和管理部分以及外部的市电及负载部分组成其中储能部分可以由超级电容、锂电池或铅酸电池构成，主要实现电能的存储功能；功率变换部分包含双向变换的AC/DC充电、DC/AC逆变、智能化MMBM电池管理控制、DSP智能化数字控制以及相关的电压电流采样、滤波电路等构成，主要完成电能的转化和控制策略的实现功能；监控和管理部分由通讯线路和智能用电管理监控平台构成，主要实现用户端根据个人基本情况对用电的管理方案输入到监控平台，DSP数字控制接收到方案后实现相应的管理要求。 功率变换部份工作模式介绍：（工作模式及时间段可以通过智能用电管理监控平台来实现调整，本文介绍默认设置模式下的运行状态） 市电正常的用电低谷时段（22:00-8:00）工作模式：市电通过KB2和KB3直接对所有负载进行供电，同时通过AC/DC充电变换器以及系统MMBM充电管理对储能设备进行充电，此时的用电总功率为正常的用服用电设备加上储能设备充电时的储能功率。 市电正常的用电高峰时段（8:00—22:00）工作模式：储能设备通过DC/AC逆变变换器对负载和电网放电，并且通过智能化控制板将逆变输出电流减少到小于图1中CT3采样到的负载电流，使得输出电流接近但低于负载电流（如：当负载功率只有500W，则DC/AC输出功率控制在400~450W），保障储能设备在用电高峰时段的释放电能又不至于对电网形成倒灌！当负载功率超过DC/AC逆变器功率时，则DC/AC逆变器满功率输出对储能设备实现放电；同时市电部分对负载供电；当储能设备前一晚上存储的电能被释放完成后，系统DC/AC和AC/DC双向变换器均处于不工作状态，负载用电由市电直接提供。 市电异常的用电低谷时段（22:00-8:00）工作模式：此时系统告警电异常并且KB2断开，系统由充电状态自动转为DC/AC逆变放电状态，次要负载开关KB3断开，逆变输出仅仅对重要负载供电，如果夜间重要负载也无需供电，则用户可以通过智能用电管理平台将系统关闭，进入全部停电状态。储存电能在急需情况下可以重新开启系统和放电。 市电异常的用电高峰时段（8:00—22:00）工作模式：此时系统告警电异常并且KB2断开，系统由充电状态自动转为DC/AC逆变放电状态，次要负载开关KB3断开，逆变输出仅仅对重要负载供电，如果用户在该阶段无需对负载供电，则用户可以通过智能用电管理平台将系统关闭，进入全部停电状态。储存电能在急需情况下同样可以重新开启系统和放电。 储能电源功率变换部份的硬件和控制实现： 2.4.1、主功率拓补图： 图2：储能电源双向变换主功率拓补图 2.4.1、功率拓补实现：逆变和充电拓补采用可双向功率变换的全桥加隔离工频变压器拓补结构，逆变管采用IGBT的H四桥臂结构，控制简单，效率高；变压器考虑储能设备直流电压最高120VDC，最低电压70VDC，以及市电高低压时充电要求，主变压变比设计220:55，并且采用新能源专用的高效率变压器，进一步提高变换效率，实现高效的绿色电源要求；变压器设计漏感10mH,输出滤波电容取10uF的交流电容。 2.4.2、主控芯片采用功能比较全面的MC9S08DZ96，主要实现对各路模拟量输入的采样计算和最终控制方案4路PWM驱动波形的输出； 储能电源在家庭峰谷用电情况下的经济效益： 我们采用最大DC/AC逆变功率达到2KW的储能电源，充电功率按1.5KW计算的设计样机进行应用；大致估算平均家庭夏季用电400千瓦时（度）/月的用电量采用储能电源能够实现的节约经济效益： 表2：家庭用电设备负载一览表 家庭用