基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微网

摘要

基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微网，它属于智能建筑领域。它为了解决现有的分布式发电智能建筑微网需要设立单独的储能系统，进而影响储能容量的利用率问题。本发明中分布式发电系统同时与第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器相连，第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器均连接直流母线，220V交流电与AD/DC整流器相连，AD/DC整流器连接直流母线，第三电力电子变换器连接直流母线，第三电力电子变换器与用电设备相连，不间断电源UPS的连接直流母线，不间断电源UPS与DC/AC变换器相连，第五DC/DC变换器与应急照明/消防系统相连。本发明适用于智能建筑中的供电系统。

说明书

技术领域

本发明涉及基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微网，属于智能建筑领 域。

背景技术

分布式发电有助于促进能源的可持续发展、改善环境并提高绿色能源的竞争力。在智 能建筑中，BIPV光伏发电、电梯电能再生等的应用，可缓解电力紧张，保证建筑物的电力 供应，对于降低对传统能源的依赖，促进建筑节能减排有重要意义。

目前，分布式发电的电能去向有两种，一是电能回馈电网，即并网型；二是就地应用， 即离网型。将分布式发电系统产生的电能回馈电网是一个非常有效的方法，但随着分布式 新能源发电的大量并网，分布式发电的随机性和间歇性，可对电网产生巨大冲击和影响。 就中国现阶段的电网情况来看，大规模的分布式发电并网，还存在一些技术问题和政策壁 垒。例如，用户使用的逆变器规格标准不统一导致回馈电网的电能质量参差不齐，反而会 成为电网的污染源，影响网内其他用户的使用和电网的安全。

在智能建筑中，分布式发电系统直接面对电力用户，可以直接在建筑中用掉，避免并 网带来的一系列问题，并且在区域层次上易于规划和实施。因此，智能建筑中分布式发电 系统的离网运行是当前的现实，但着眼未来，研究既可离网运行又可并网运行的智能建筑 微网是必然的发展趋势。因此，亟需构建一种切实可行的智能建筑微网，为分布式发电在 智能建筑中的应用提供技术支撑和有效平台。

目前，智能建筑中的BIPV光伏发电、电梯电能再生、UPS储能通常采用蓄电池或超 级电容作为储能装置。例如，专利申请号为201020607246公开了一种新型的超级电容式电 梯节能控制装置，将电梯曳引机制动能量存储于超级电容器组，并在电梯曳引机电动运行， 尤其在大电流、大功率工作的时候释放能量，提供峰值功率，从而达到节能目的；专利申 请号为200610117501.3公开了一种太阳能照明系统对蓄电池市电补充充电的自动切换电 路，可以充分利用太阳能。

而在智能建筑中，一般具有UPS不间断电源系统，而UPS的使用频率很低，其UPS 储能容量大多闲置，即储能容量利用率就很低。若将UPS储能系统用于分布式发电的储能， 分布式发电系统则无需再单独设立储能系统，可降低智能建筑微网系统储能的成本，并可 提高储能容量的利用效率。现有的分布式发电智能建筑微网需要设立单独的储能系统，提 高了建筑微网系统储能的成本。

发明内容

本发明为了解决现有的分布式发电智能建筑微网需要设立单独的储能系统，进而影响 储能容量的利用率问题，从而提出了基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微 网及采用该微网实现的能源控制方法。

基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微网，它包括分布式发电系统、第一 DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器、第四DC/DC变换器、DC/AC 变换器、第一电力电子变换器、第二电力电子变换器、第三电力电子变换器、AC/DC整流 器、电梯、空调、用电设备、不间断电源UPS、应急照明/消防系统、能源管理控制器和直 流母线，

所述分布式发电系统的第一直流电源信号输出端与第一DC/DC变换器的直流信号输 入端相连，分布式发电系统的第二直流电源信号输出端与第二DC/DC变换器的直流信号输 入端相连，第一DC/DC变换器的直流电源信号输出端和第二DC/DC变换器的直流电源信 号输出端均连接直流母线，分布式发电系统的第一交流电源信号输出端与第一电力电子变 换器的交流信号输入端相连，分布式发电系统的第二交流电源信号输出端与第二电力电子 变换器的交流信号输入端相连，第一电力电子变换器的交流电源信号输出端和第二电力电 子变换器的交流电源信号输出端均连接直流母线，220V交流电的交流信号输出端与AD/DC 整流器的交流信号输入端相连，AD/DC整流器的直流信号输出端连接直流母线，第三 DC/DC变换器的直流电源信号输入端连接直流母线，第三DC/DC变换器的供电端与电梯 的受电端相连，第四DC/DC变换器的直流电源信号输入端连接直流母线，第四DC/DC变 换器的供电端与空调的受电端相连，第三电力电子变换器的直流信号输入端连接直流母线， 第三电力电子变换器的供电端与用电设备的受电端相连，不间断电源UPS的电源输出/输入 端连接直流母线，不间断电源UPS的电源输出端与DC/AC变换器的电源输入端相连， DC/AC变换器的信号输出端与应急照明/消防系统的信号输入端相连，不间断电源UPS的 控制信号输入/输出端与能源管理控制器的控制信号输出/输入端相连，能源管理控制器的直 流信号输入端连接直流母线，能源管理控制器的电压信号输入/输出端与AD/DC整流器的 电压信号输出/输入端相连。

本发明采用采用分布式发电系统和不间断电源UPS相结合，不间断电源UPS作为分布 式发电的储能，因此分布式发电系统则无需再单独设立储能系统，通过分布式发电系统的 发电和不间断电源UPS的储能实现对能源的控制可降低智能建筑微网系统储能的成本。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微网的 结构框图；

图2是本发明中不间断电源UPS的供电示意图；

图3是本发明中不间断电源UPS储能容量支配示意图，其中，b表示分布式能源和交 流电的输入。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于分布式发电与UPS 储能集成的智能建筑直流微网，它包括分布式发电系统1、第一DC/DC变换器2-1、第二 DC/DC变换器2-2、第三DC/DC变换器2-3、第四DC/DC变换器2-4、DC/AC变换器4、 第一电力电子变换器3-1、第二电力电子变换器3-2、第三电力电子变换器3-3、AC/DC整 流器5、电梯6、空调7、用电设备8、不间断电源UPS9、应急照明/消防系统10、能源管 理控制器11和直流母线a，

所述分布式发电系统1的第一直流电源信号输出端与第一DC/DC变换器2-1的直流信 号输入端相连，分布式发电系统1的第二直流电源信号输出端与第二DC/DC变换器2-2的 直流信号输入端相连，第一DC/DC变换器2-1的直流电源信号输出端和第二DC/DC变换 器2-2的直流电源信号输出端均连接直流母线a，分布式发电系统1的第一交流电源信号输 出端与第一电力电子变换器3-1的交流信号输入端相连，分布式发电系统1的第二交流电 源信号输出端与第二电力电子变换器3-2的交流信号输入端相连，第一电力电子变换器3-1 的交流电源信号输出端和第二电力电子变换器3-2的交流电源信号输出端均连接直流母线 a，220V交流电的交流信号输出端与AD/DC整流器5的交流信号输入端相连，AD/DC整 流器5的直流信号输出端连接直流母线a，第三DC/DC变换器2-3的直流电源信号输入端 连接直流母线a，第三DC/DC变换器2-3的供电端与电梯6的受电端相连，第四DC/DC变 换器2-4的直流电源信号输入端连接直流母线a，第四DC/DC变换器2-4的供电端与空调7 的受电端相连，第三电力电子变换器3-3的直流信号输入端连接直流母线a，第三电力电子 变换器3-3的供电端与用电设备8的受电端相连，不间断电源UPS9的电源输出/输入端连 接直流母线a，不间断电源UPS9的电源输出端与DC/AC变换器4的电源输入端相连， DC/AC变换器4的信号输出端与应急照明/消防系统10的信号输入端相连，不间断电源 UPS9的控制信号输入/输出端与能源管理控制器11的控制信号输出/输入端相连，能源管理 控制器11的直流信号输入端连接直流母线a，能源管理控制器11的电压信号输入/输出端 与AD/DC整流器5的电压信号输出/输入端相连。

本发明中，分布式发电系统、不间断电源UPS和用电设备通过直流母线连接在一起， 不间断电源UPS储存的能量通过DC/DC变换器或电力电子变换器向电梯、空调、用电设 备和应急照明/消防系统供电，使建筑中能量合理利用，提高能量利用率。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式所述的基于分布式发电与UPS储能集 成的智能建筑直流微网的不同点在于，分布式发电系统1包括电梯电能再生发电系统1-1、 BIPV建筑光伏发电系统1-2、生物质能发电系统1-3和其他分布式能源系统1-4，

所述电梯电能再生发电系统1-1的直流电源信号输出端与第一DC/DC变换器2-1的 直流信号输入端相连，BIPV建筑光伏发电系统1-2的直流电源信号输出端与第二DC/DC 变换器2-2的直流信号输入端相连，生物质能发电系统1-3的交流电源信号输出端与第一 电力电子变换器3-1的交流信号输入端相连，其他分布式能源系统1-4的交流电源信号输 出端与第二电力电子变换器3-2的交流信号输入端相连。

具体实施方式三：本实施方式所述的是采用具体实施方式一所述的基于分布式发电与 UPS储能集成的智能建筑直流微网实现的能源控制方法，该控制方法为：

分布式发电系统、不间断电源UPS和用电设备通过直流母线连接在一起，将分布式 发电系统1中电梯电能再生发电系统1-1产生的电能、BIPV建筑光伏发电系统1-2转换 的电能、生物质能发电系统1-3转换的电能和其他分布式能源系统1-4产生的电能分别通 过第一DC/DC变换器2-1、第二DC/DC变换器2-2、第一电力电子变换器3-1和第二电 力电子变换器3-2向不间断电源UPS9进行储能，同时220V交流电通过AC/DC整流器向 不间断电源UPS9供能，

设定不间断电源UPS9中的阈值，能量管理控制器根据该阈值对不间断电源UPS9中 储存的能量进行分配，具体分配办法为：

通过能量管理控制器对不间断电源UPS9的放电电压实时监测，

当所述放电电压大于阈值时，不间断电源UPS9通过第三DC/DC变换器2-3、第四 DC/DC变换器2-4和第三电力电子变换器3-3向电梯、空调和用电设备供电；

当放电电压等于阈值时，不间断电源UPS9储存能量；

当放电电压小于设定阈值时，不间断电源UPS9通过DC/AC变换器4向应急照明/ 消防系统供电，同时，能源管理控制器11检测直流母线a的电压，如果直流母线a的电 压低于工作电压时，能源管理控制器切换不间断电源UPS9的供电电源与外部220V交流 电供电电源连接，给不间断电源UPS9进行储能。

本实施方式中，该方案通过不间断电源UPS来合理支配能量，达到智能建筑微网分布 式发电系统储能的目的，同时兼顾不间断电源UPS的功能不受影响。将UPS储存的能量向 电梯、空调、应急照明等系统供电，合理利用建筑自身产生的能量，如图2所示。

同时为了合理利用UPS的容量，保证应急照明系统正常供电，将UPS的容量进行划分， 通过设定阈值，超过阈值容量UPS可以向电梯、空调等设备供电，在阈值以下UPS只发挥 储能作用，从而留有足够的余量保证应急照明/消防系统的使用，如图3所示。

不间断电源UPS不仅发挥超级电容储能、提供电能的作用，同时发挥其自身不间断电 源的作用，从而使建筑的能量系统更加经济、合理。

基于分布式发电与UPS储能集成的智能建筑直流微网，是一种切实有效的能源供应方 式，其能够减少能量的浪费，避免污染电网，降低建筑能耗，为建筑节能工程应用提供参 考。

将分布式发电与建筑储能UPS系统集成，充分挖掘利用了UPS的储能容量，在达到分 布式发电系统储能的目的的同时，兼顾UPS的功能不受影响，同时还满足其他设备的用电 需求，提高了储存容量的利用效率。