技术领域
[0001] 本
发明涉及一种应急电源领域，特别涉及一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋。
背景技术
[0002] 电气屋是一种安装在户外的变电、配电、用电和传动集成方案的产品，是按照业主或设计方的电气屋方案将高低压
开关柜、
变压器、中低压
传动系统、控制系统、电储能装置、应急供电与保护监视系统等电气设备合理的布置在定制的
钢结构房间内。同时基于电气屋内外部的条件及要求，配置
空调系统、照明系统、火警及声光报警系统等，使电气可以满足人员日常维护及安防的需要。整个电气屋按客户需求进行设计、建造设备安装，互联接线，整体检验调试，然后整体运输至客户现场，直接通电即可投入使用，也称预装移动式电气屋或移动式电气房。由于，多数在野外，有时工程的工期紧，故要求设备预装好，不必新建厂房，即方便，又节能。可见此类装置需求量越来越大。
[0003] 传统预装式电气屋，缺乏湿度、
温度等优化调控，特别是不能适用有盐雾、潮湿和
风沙大的环境。
[0004] 另外，传统预装式电气屋中也备有直流电源，但容量小，且没有低谷
钒电池储能装置。当主系统电源突发停止供电时，有些设备不能停止工作，需要有应急预装电源接入，以保证现场安全运行。
[0005] 高效大规模储能电池是新
能源产业革命的核心。钒电池(VRB)是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效可逆
燃料电池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等一系列独特优点，在
光伏发电、
风力发电、
电网调峰、分布电站、通讯基站、UPS或EPS、电动公交、军用蓄电等广阔领域有着极其良好的应用前景。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，可输出交流、变频交流和直流电源，
支撑主系统电源突发停止供电时，采用钒电池储能装置可使部分设备继续供电，确保现场某些设备在一定时间内安全工作；钒电池储能装置，其功率大，成本低；采用钒电池和低谷电储能，可以实现显著节能和降低运行
费用；本应急电源是一种预装移动式低谷电储能的应急电源屋，在厂中预先安装、调试好，用大型
平板车，运送到使用地，即可使用；适用于矿山、
铁路、石油、天燃气和
水利等大型工程应急电供电；本应急电源采用空调式内部温度调控方式，屋内外全密封，适用于潮湿、盐雾和风沙等恶劣环境条件下工作。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
[0008] 一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，所述电源屋的外部结构包括
支架模
块、扶梯
扶手、电气屋带保温层的
外墙板、电源系统模块空调外部
热管交换器、电源系统模块侧
门雨搭、电源系统模块侧门、平台扶手；所述电源屋的内部结构包括大功率移动式低谷电储能
应急电源系统、照明灯、空调内部
热交换器、烟雾监测
传感器、湿度监测传感器、电气屋内部地板；所述大功率移动式低谷电储能应急电源系统包括整流
电路、三相电检测电路、KM
接触器、开关Q、直流输出端、
二极管D2、双向逆变/
变频器、钒电池低谷电储能系统；当主系统电源正常供电时，主电源开关Q21、开关Q22闭合，主电源开关Q21一路依次经整流电路、双向逆变/变频器、KM4～KMn接触器与交流分路输出端连接；一路经三相电检测电路驱动接触器KM3；另一路连接钒电池低谷电储能系统，在低谷电储能控制系统的控制下对钒电池堆储能充电；所述钒电池低谷电储能系统包括钒电池堆、快速充放电单元、钒电池
电压及温度检测单元、低谷电储能控制系统；当主系统电源突然断电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q24闭合，三相电检测电路驱动接触器KM3触点接通，电钒电池依次经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接双向逆变/变频器、KM4～KMn接触器与交流分路输出端连接；当需要直流输出时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23随时闭合，电钒电池直接连接直流输出端；所述低谷电储能控制系统同时连接手动/自动控制。
[0009] 所述快速充放电单元的功能是将由Q22接入的Q221～Q223三相交流电整流为直流，接点QF11、QF12输出的直流
信号变成方波，对钒电池堆充电，开关管T8、T9，电容C4、C5及电感L4构成了快速充电电路，快速充放电单元由充放电
控制器进行控制，充放电控制器通过
现场总线，接收低谷电储能控制系统控制，在低谷电储能控制系统的控制下，快速充放电单元可实现在主电源系统突然停电时的应急供电，也可定期对钒电池堆进行控制放电，用以改善钒电池堆的特性。
[0010] 所述双向逆变/变频器中包括电压变换电路、逆变器、
滤波器及双向逆变器控制电路，电压变换电路的
输入信号取自接入切换单元的控制接点QF21、QF22的直流输出，接触器K合上时，直流信号经电容C1、电感L1及开关管T7形成脉动方波，由开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6和电容C2组成的逆变器将直流信号转
化成三相交流电，由电感L2、L3和电容C3组成的滤波器滤波后经输出端QF31、QF32、QF33输出至用电切换单元。
[0011] 所述钒电池电压及温度检测单元包括MAX132A/D转换器、2.5V基准电压源、DSP电压温度检测控制器、DS18B20电池温度变送器、网络
接口和
存储器，2.5V基准电源与MAX132A/D转换器连接，MAX132A/D转换器通过
数据总线DB1和
地址总线AB1与DSP电压温度检测控制器连接；DSP电压温度检测控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；DS18B20电池温度变送器为一线总线数字集成温度变送器，与DSP电压温度检测控制器连接，用于测量钒电池堆温度；MAX132A/D转换器检测钒电池堆的
输出电压，由被测电压端输入，MAX132A/D转换器根据规定要求设有高
精度、高
分辨率的基准电压，2.5V基准电压，供
模数转换使用。
[0013] 1)本应急电源是一种预装式低谷电储能的应急电源屋，可输出交流、变频交流和直流电源，支撑主系统电源突发停止供电时，钒电池储能装置可使部分设备继续供电，确保现场某些设备在一定时间内安全工作；
[0014] 2)采用钒电池储能装置，其功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等一系列独特优点；
[0015] 3)采用钒电池和低谷电储能，可以实现显著节能和降低运行费用；
[0016] 4)本应急电源是一种预装移动式低谷电储能的应急电源屋，在工厂中预先安装、调试好，用大型平板车，运送到使用地，接上主系统电源，即可使用。适用于矿山、铁路、石油、天燃气和水利等大型工程应急电供电；
[0017] 5)本应急电源采用空调式内部温度调控方式，屋内外全密封，适用于潮湿、盐雾和风沙等恶劣环境条件下工作。
附图说明
[0018] 图1是大功率移动式低谷电储能应急电源屋的外形结构侧视图。
[0019] 图2是大功率移动式低谷电储能应急电源屋的内部结构图。
[0020] 图3是大功率移动式低谷电储能应急电源的系统原理图。
[0021] 图4是储能快速充放电控制器。
[0022] 图5是双向逆变/变频器单元。
[0023] 图6是钒电池电压、温度检测单元。
[0024] 图7是大功率移动式低谷电储能应急电源的系统
框图。
[0025] 图8是低谷电储能控制系统框图。
[0026] 图1、2中：1-支架模块 2-扶梯扶手 3-电气屋带保温层的外墙板 4-电源系统模块空调外部热管交换器 5-电源系统模块侧门雨搭 6-电源系统模块侧门 7-平台扶手8-钒电池正极
电解液储液罐及
泵(1) 9-钒电池单元 10-钒电池负极电解液储液罐及泵(2) 11-照明灯 12-温度检测逆变器 13-空调内部热交换器 14-烟雾监测传感器 15-湿度监测传感器 16-充放电控制器 17-低谷电储能控制系统 18-双向逆变/变频器 19-用电系统切换与直流电源输出 20-显示屏 21-电气屋内部地板
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
[0028] 见图1所示，一种大功率移动式低谷电储能应急电源屋，电源屋的外部结构包括支架模1、扶梯扶手2、电气屋带保温层的外墙板3、电源系统模块空调外部热管交换器4、电源系统模块侧门雨搭5、电源系统模块侧门6、平台扶手7；见图2所示，电源屋的内部结构包括大功率移动式低谷电储能应急电源系统、照明灯11、空调内部热交换器13、烟雾监测传感器14、湿度监测传感器15、电气屋内部地板21；见图3，所述大功率移动式低谷电储能应急电源系统包括整流电路、三相电检测电路、KM接触器、开关Q、直流输出端、二极管D2、双向逆变/变频器、钒电池低谷电储能系统；当主系统电源正常供电时，主电源开关Q21、开关Q22闭合，主电源开关Q21一路依次经整流电路、双向逆变/变频器、KM4～KMn接触器与交流分路输出端连接；一路经三相电检测电路驱动接触器KM3；另一路连接钒电池低谷电储能系统，在低谷电储能控制系统的控制下对钒电池堆储能充电；所述钒电池低谷电储能系统包括钒电池堆、快速充放电单元、钒电池电压及温度检测单元、低谷电储能控制系统；当主系统电源突然断电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q24闭合，三相电检测电路驱动接触器KM3触点接通，电钒电池依次经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接双向逆变/变频器、KM4～KMn接触器与交流分路输出端连接；当需要直流输出时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23随时闭合，电钒电池直接连接直流输出端；所述低谷电储能控制系统同时连接手动/自动控制。
[0029] 见图3，QF1是快速充放电单元的输入端。见图4，所述快速充放电单元的功能是将由Q22接入的Q221～Q223三相交流电整流为直流，接点QF11、QF12输出的直流信号变成方波，对钒电池堆充电，开关管T8、T9，电容C4、C5及电感L4构成了快速充电电路，快速充放电单元由充放电控制器进行控制，充放电控制器通过现场总线，接收低谷电储能控制系统控制，在低谷电储能控制系统的控制下，快速充放电单元可实现在主电源系统突然停电时的应急供电，也可定期对钒电池堆进行控制放电，用以改善钒电池堆的特性。
[0030] 见图3，QF2是双向逆变/变频器的输入端，QF3是双向逆变/变频器的输出端。见图5，双向逆变/变频器中包括电压变换电路、逆变器、滤波器及双向逆变器控制电路，电压变换电路的输入信号取自接入切换单元的控制接点QF21、QF22的直流输出，接触器K合上时，直流信号经电容C1、电感L1及开关管T7形成脉动方波，由开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6和电容C2组成的逆变器将直流信号转化成三相交流电，由电感L2、L3和电容C3组成的滤波器滤波后经输出端QF31、QF32、QF33输出至用电切换单元。
[0031] 见图6，钒电池电压及温度检测单元包括MAX132A/D转换器、2.5V基准电压源、DSP电压温度检测控制器、DS18B20电池温度变送器、网络接口和存储器，2.5V基准电源与MAX132A/D转换器连接，MAX132A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP电压温度检测控制器连接；DSP电压温度检测控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；DS18B20电池温度变送器为一线总线数字集成温度变送器，与DSP电压温度检测控制器连接，用于测量钒电池堆温度；MAX132A/D转换器检测钒电池堆的输出电压，由被测电压端输入，MAX132A/D转换器根据规定要求设有高精度、高分辨率的基准电压，2.5V基准电压，供模数转换使用。DSP电压温度检测控制器同时设有开关量输入输出以及USB接口。
[0032] 钒电池堆是由钒电池正极电解液储液罐及泵(1)8、钒电池单元9、钒电池负极电解液储液罐及泵(2)10组成。
[0033] 图2中所示的用电系统切换与直流电源输出19，即为所述的大功率移动式低谷电储能应急电源系统中由开关Q、整流电路、三相电检测电路、KM接触器与直流输出端所构成的连接电路。
[0034] 见图3、图7，钒电池低谷电储能应急电源的工作原理为：当主系统电源正常供电时，主系统电源一路依次经主电源开关Q21、整流
电流、逆变/变频器、接触器KM4～KMn，最后连接输出端，实现
频率变化的交流电供电；一路接通三相电检测电路；另一路经过开关Q22连接钒电池低谷电储能系统，并在低谷电储能控制系统的控制下，对钒电池堆充电。当主系统电源突然停止供电时，三相电检测电路检测到突然停电，在低谷电储能控制系统的控制下，三相电检测电路驱动接触器KM3闭合，同时开关Q24接通，低谷电储能控制系统向快速充放电单元发出指令，由钒电池堆开始供电并输出直流电源，电流一路经开关Q24、接触器KM3触点、二极管D2连接带有逆变功能的双向逆变/变频器18、接触器KM4～KMn流向交流分路输出端，实现频率变化的交流供电。当需要直流供电时，在低谷电储能控制系统的控制下，开关Q23闭合，钒电池堆直接输出直流电源。
[0035] 见图8，低谷电储能控制系统包括系统电脑、显示屏、报警单元、GPRS无线通讯模块，系统电脑分别与显示屏、报警单元、GPRS无线通讯模块连接。系统电脑通过Profibus-DP和Modbus现场总线分别与充放电控制器、逆变/变频器、钒电池电压检测单元、钒电池温度检测单元、手动/自动、钒电池泵控制系统、运行控制连接。控制器可以手动或自动操作，通过现场总线和GPRS实现有线和远程无线控制及监视、也可与消防联动系统等外设系统通讯。
