一种用于施工现场的供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及施工供电技术领域，尤其是涉及一种用于施工现场的供电系统。


背景技术：

2.现有一建筑施工现场，对区域内多栋在建楼宇进行市电分配，单栋楼宇可分配到的市电供电容量为30a，为全天24小时供电；夜晚可增加一路50a市电，从而构成80a市电供电，供电时长为12小时。现有电源情况不能满足大型机械设备现场施工需要，拟增加储能设备。
3.如果仅利用夜晚充电，充电电流为30a 50a。储能系统在此充电方案下，会在施工结束前五小时左右完全放空，不能再继续为施工机械设备供电，故此方案不可行。如果白天利用30a市电为储能系统充电，充电时长为12小时，夜晚充电电流为30a 50a，充电时长为12小时，那么储能系统会在此充电方案下，会在施工结束前两小时左右完全放空，不能再继续为施工机械设备供电，故此方案也不可行。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，需要提供一种联合供电方式，以满足施工场地的实际用电需求。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种用于施工现场的供电系统，包括：与施工负载连接的柴油机和储能电池系统，其中，所述柴油机和储能电池系统用于分时向所述施工负载供电；储能变流器，其位于所述储能电池系统和所述施工负载之间；和市电线路，其用于在夜间和电池低电量状态下向所述储能电池系统充电。
6.优选地，所述市电线路与所述储能电池系统和/或所述柴油机同时向处于工作状态的所述施工负载供电。
7.优选地，所述市电线路为两条，其中，第一市电线路的额定电流为30a且24小时供电，第二市电线路为的额定电流为50a且夜间供电。
8.优选地，所述供电系统还包括开关模块，其中，所述开关模块具备：设置于所述市电线路与所述储能变流器的整流交流侧之间的第一投切控制单元；设置于所述柴油机与所述储能变流器的整流交流侧之间的第二投切控制单元；设置于所述储能电池系统与所述储能变流器内的直流侧之间的第三投切控制单元；设置于所述施工负载与所述储能变流器的逆变交流侧之间的第四投切控制单元。
9.优选地，所述储能电池系统和所述储能变流器集成在储能集装箱内。
10.优选地，所述储能集装箱通过隔热层将内部空间划分为配电室和电池室，所述储能变流器设置在所述配电室内，所述储能电池系统设置在所述电池室内。
11.优选地，所述供电系统还包括：设置在所述电池室内的电池架、消防及消防控制柜、电池管理系统控制柜、低压供电柜、环境监测系统、第一照明系统、空调系统和第一烟感系统；以及设置在所述配电室内的储能变流柜、网元管理系统控制柜、第二照明系统和第二
烟感系统。
12.优选地，所述供电系统还包括：设置在所述配电柜内的储能监控系统，所述储能监控系统配置在监控柜内，其中，所述储能监控系统用于对施工供电系统的运行情况进行实时监控与管理。
13.优选地，所述储能集装箱的侧壁上设有维护门，所述维护门上设置有门禁系统，其中，所述门禁系统与所述照明系统配合使用。
14.优选地，所述储能电池系统包括：七组电池簇，每组电池簇由10个电池模组和高压盒组成，所述电池模组由24个单体电池芯构成。
15.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
16.本实用新型提出了一种用于施工现场的供电系统。该系统能充分满足施工现场的电力需求，采用高品质磷酸铁锂电池，安全性高，电芯回圈次数大于6000次，节约更换电池的成本；变流器最大输入电流200a，可满足市电柴油发电机同时接入；变流器额定输出电流789a，最大输出电流1184a持续1min，供电能力更强；采用全氟己酮灭火剂，更安全环保，对电气设备无损伤。
17.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
19.图1为本技术实施例的用于施工现场的供电系统的结构示意图。
20.图2为本技术实施例的用于施工现场的供电系统中的市电与储能电池系统联合供电的结构示意图。
21.图3为本技术实施例的用于施工现场的供电系统的工作策略示意图。
22.图4为本技术实施例的用于施工现场的供电系统中的储能集装箱的结构示意图。
23.图5为本技术实施例的用于施工现场的供电系统中的网元管理系统控制柜的拓扑示意图。
具体实施方式
24.以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
25.另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
26.现有区域市电供电容量为30a(额定电压为ac380v)可全天24小时供电；夜晚可增
加一路50a市电，从而构成80a市电供电(额定电压为ac380v)，供电时长为12小时。现有电源情况不能满足大型机械设备现场施工需要，拟增加储能设备，并在夜晚大型设备停止使用期间，为储能系统充电；在白天施工期间由储能系统提供大电流输出，以满足施工设备正常工作；同时考虑在夜晚施工设备用电量较小的情况下，由市电为储能系统补充充电。
27.以每种设备额定电流和电压作为计算依据，根据每种施工设备使用的需求系数和操作时间作为边界条件，预估用电量为624036wh；所有负载额定电流合计311.5a，短时最大冲击电流合计594.5a。表1列出了施工现场那各个施工设备的用电情况。
28.表1施工设备的用电情况
[0029][0030]
在对不同充电策略情况下的储能系统充放电分析时：
[0031]
1、如果仅利用夜晚充电的充电方式，具体地，利用夜晚12小时充电，充电电流为30a 50a。储能系统在此充电方案下，会在施工结束前五小时(例如：下午15点)左右完全放空，不能再继续为施工机械设备供电，故此方案不可行。
[0032]
2、如果仅利用白天补充充电，夜晚满功率充电方式，具体地，白天利用30a市电为储能充电，充电时长12小时，夜晚充电电流为30a 50a，充电时长为12小时。储能系统在此充电方案下，也不能满足机械设备白天用电需求，会在施工结束前两小时(例如：下午18点)左右完全放空，不能再继续为施工机械设备供电，故此方案不可行。
[0033]
3、市电与柴油发电机相结合的充电方式，具体地，白天利用30a市电为储能充电，充电时长12小时，夜晚充电电流为30a 50a，充电时长为12小时。经计算，不足部分由柴油发电机按照输出电流110a，工作时长3小时进行补充即可满足储能系统负荷用电需求，方案可行。
[0034]
因此，为了解决背景技术中的技术问题，本技术实施例提出了一种用于施工现场的供电系统。该系统以市电输入作为基本输入条件，拟增加一套645.12kwh-380v/800a的储能电池系统，对施工机械设备负载进行供电，供电量不足的部分由现场柴油发电机进行补充。本发明所述的施工供电系统投入现场应用后，对每天供电量和储能电池装机容量进行计算，并如下列表2所示。
[0035]
表2供电负荷及储能电池系统装置容量计算表
[0036]
[0037][0038]
由以上计算可知，在只考虑储能电池系统夜晚由市电1和市电2共同充电，白天放电，不考虑白天间歇性补电的极端条件下，储能系统电池装机容量为645.12kwh，储能电池系统和市电每天可以为施工机械设备负载提供503.038kwh的供电容量，柴油发电机补充发电电量为125.4kwh，柴油发电机工作时间为3小时。
[0039]
图1为本技术实施例的用于施工现场的供电系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例所公开的用于施工现场的供电系统(也称“施工供电系统”)，至少包括：柴油机、储能电池系统、储能变流器和市电线路。
[0040]
如图1所示，柴油机与储能负载连接，储能电池系统与储能负载连接。柴油机和储能电池系统，分时向施工负载供电。储能变流器位于储能电池系统和施工负载之间。其中，储能变流器的直流侧与储能电池系统连接，并且，储能变流器内的逆变部分的交流侧(逆变交流侧)与施工负载连接。另外，柴油机与储能变流器内的整流部分的交流侧(整流交流侧)连接。
[0041]
进一步，市电线路与储能变流器的整流交流侧连接，市电线路用于在夜间和电池低电量状态下向储能电池系统充电。市电线路为两条。其中，第一市电线路(市电1)的输入电流为30a且24小时供电，第二市电线路(市电2)的输入电流为50a且夜间供电。
[0042]
进一步，市电线路与储能电池系统同时向处于工作状态的施工负载供电，或者市电线路与柴油机同时向处于工作状态的施工负载供电，或者市电线路、储能电池系统和柴油机同时向处于工作状态的施工负载供电。
[0043]
图3为本技术实施例的用于施工现场的供电系统的工作策略示意图。
[0044]
如图3所示，本实用新型具有独立充电模式，在夜晚时段(例如每天20点至第二天早8点期间)储能电池系统利用市电1和市电2共同供电。由计算可知，这段时间内可利用市电充电电量为364.8kwh。
[0045]
同时，参考图3，本实用新型也具有独立逆变模式，在市电中断情况下，储能电池系统处于离网状态，储能电池系统通过电池存储的能量在独立逆变模式下为施工机械设备负载供电。此种工作状态下，供电系统的最大可提供电量为503kwh电量。
[0046]
进一步，参考图3，本实用新型也具有市电与储能联合供电模式，在市电正常情况下，储能电池系统将与市电联合为施工负载供电。其中，在负载停止用电时，储能电池系统自动转入对储能电池系统的充电状态。在市电储与能联合供电模式下，可为施工负载提供电量合计kwh。例如，负载设备需要200a的电流，则市电提供30a电流，储能电池系统提供170a放电电流。
[0047]
图2为本技术实施例的用于施工现场的供电系统中的市电与储能电池系统联合供电的结构示意图。如图2所示，储能电池系统挂接在变流器的直流侧，市电线路(包括第一市电线路和第二市电线路)与储能变流器的整流交流侧连接，施工负载与储能变流器的逆变交流侧连接。从图2中可以看出，可利用市电独立为储能电池系统充电；市电可独立地为施工负载供电，储能电池系统也可以独立地为施工负载供电；市电与储能电池系统还可以联合为施工负载供电。
[0048]
进一步，如图3所示，如果储能电池系统的电量不足以满足机械设备负载的用电需求(即储能电池系统处于低电量状态)，则需要柴油发电机发电进行补充。经初步计算，柴油发电机每天工作3小时，按照200a电流输出时，可发电228kwh。另外，在市电、储能和柴油发电机协同工作的情况下，每天总可用供电容量为867.8kwh，最大供电电流789a，可以满足现场用电需求。
[0049]
进一步，本实用新型所述的施工供电系统还包括：开关模块(未图示)。开关模块具备：设置于市电线路与储能变流器的整流交流侧之间的第一投切控制单元(未图示)；设置于柴油机与储能变流器的整流交流侧之间的第二投切控制单元(未图示)；设置于储能电池系统与储能变流器内的直流侧之间的第三投切控制单元(未图示)；以及，设置于施工负载与储能变流器的逆变交流侧之间的第四投切控制单元(未图示)。这样，本实用新型能够根据上述供电系统工作策略对应不同供电能源的投入与退出的切换控制。
[0050]
进一步，本实用新型的施工供电系统还包括储能集装箱。其中，储能电池系统和储能变流器集成在储能集装箱内。
[0051]
图4为本技术实施例的用于施工现场的供电系统中的储能集装箱的结构示意图。如图4所示，储能集装箱的侧壁上设有维护门。维护门上安装有门禁系统。其中，通过隔热层将储能集装箱的内部空间划分为配电室和电池室。储能变流器设置在配电室内，储能电池系统设置在电池室内。
[0052]
进一步，本实用新型所述的施工供电系统，还包括：设置在电池室内的电池架、消防及消防控制柜、电池管理系统控制柜(bms系统)、低压供电柜、环境监测系统、第一照明系统、空调系统和第一烟感系统；以及设置在配电室内的储能变流柜、网元管理系统控制柜(ems系统)、第二照明系统和第二烟感系统。
[0053]
电池室采用空调进行散热，空调的选用，需要综合考虑电池充放电时候的发热量、集装箱箱体的传热量等各种因素，可采用两台7.5kw制冷量的空调。配电室则可采用风冷散热。电池室的消防系统采用柜式全氟己酮灭火器，保证8s内气体充满整个电池室，有效灭火的同时，还配置声光告警系统和气体放电指示灯。配电室考虑到机柜的保护相对比较完善，
有完善的过热保护、短路保护等，起火属非常极限的工况，而且还设有烟雾传感器，一旦检测到告警信号，整个储能集装箱系统关机，此时，可采用干粉灭火器备用灭火。
[0054]
另外，电池室和配电室均配置常规照明及应急照明系统，该系统与门禁系统配合使用，开门时，常规照明开启；关门后，常规照明关闭；开门且常规照明断电时，应急照明开启，应急照明时间保证不低于30分钟。
[0055]
进一步，储能集装箱的内部供电通过低压供电柜来实现，基本都为220v交流。低压供电柜，主要包括：消防预警供电模块、空调供电模块、烟雾照明供电模块和故障灯供电模块等。
[0056]
另外，本实用新型所述的施工供电系统还包括：设置在配电柜内的储能监控系统。储能监控系统配置在上述监控柜内。储能监控系统用于对施工供电系统的运行情况进行实时监控与管理。
[0057]
图5为本技术实施例的用于施工现场的供电系统中的网元管理系统控制柜的拓扑示意图。如图5所示，网元管理系统的通讯拓扑分为两层结构，顶层为总集中监控系统(储能监控系统)，储能变流器、电池管理系统(bms)、环境监测设备、消防系统、空调、门禁系统等均接入监控主机。监控主机完成现场测控之间的网络连接、转换、数据采集、数据本地处理、协议转换和命令的交换、本地用户画面监视操作、控制策略、web服务器功能，实现大容量实时数据的高速汇集传输，确保主站系统能够快速、准确地得到所有监测及监控信息，幷及时反馈网络检测的系统异常与故障，确保快速定位与恢复。
[0058]
网元管理系统能够实现如下功能：
[0059]
(1)施工供电系统的运行情况实时监控
[0060]
对所有被监控的运行参数和状态进行实时和定时数据采集，对重要历史数据进行处理幷存入数据库。包括：bms系统的各组电池的总电压、电流、平均温度、soc、soh、充放电电流和功率限值、单节最值电池电压、单节最值电池温度、故障及报警信息、历史充放电电量、历史充放电电能等常用信息；
[0061]
储能变流器的相关参数，包括：直流侧各分支的电压、电流、功率等、交流侧的各相有功功率、无功功率、电压、电流、功率因素、频率和温度、机柜温度、运行状态、报警及故障信息等常用信息，以及日充电量、日放电量、累计充电量、累计放电量等；
[0062]
负荷的各相电压、电流、有功功率、无功功率、频率等信息。
[0063]
(2)运行数据显示
[0064]
根据用户要求，自定义其所需的相关数据到指定界面，进行实时数据、历史数据的查看，幷导出报表；
[0065]
(3)电站能量管理
[0066]
根据当前时段、当前负荷、当前上网电价、储能电池soc，自动控制电流方向，确定微网系统充放电时段；
[0067]
(4)故障报警
[0068]
提供各级事件的记录和查询功能，采用颜色对事件类型和重要程度进行区分和管理。
[0069]
(5)报表、实时曲线、能量流动显示
[0070]
提供实时曲线记录、分析和查询功能，自由选择所需记录和分析的数据，以曲线和
柱状图展现实时数据、历史数据及历史数据统计值，统计数据间隔为5分钟、15分钟、1小时和1天。
[0071]
(6)数据分析
[0072]
常见的数据分析工具包，包括：能流图、成本核算、节能分析、生产能效分析、能耗预测、对标分析。
[0073]
(7)设备事件与告警
[0074]
ems系统提供完善的设备事件记录与告警功能。
[0075]
进一步，本实用新型所述的储能电池系统包括：七组电池簇。每组电池簇由10个电池模组和高压盒组成。电池模组由24个单体电池芯构成。
[0076]
电池模组由24个单体容量120ah@1c的单体电池芯组成，规格为2p12s，电量为9.216kwh，标称电压为384v。电池模组配置有bms的采集模块bmu，用于模组的电压、温度等参数采集，并具有均衡等功能。单个电池簇由10个电池模组和一个高压盒组成，规格为2p120s，电量为92.16kwh，标称电压384v，总共7簇电池簇并联，组成645.12kwh电池系统。
[0077]
本实用新型公开了一种用于施工现场的供电系统。该系统能充分满足施工现场的电力需求，采用高品质磷酸铁锂电池，安全性高，电芯回圈次数大于6000次，节约更换电池的成本；变流器最大输入电流200a，可满足市电柴油发电机同时接入；变流器额定输出电流789a，最大输出电流1184a持续1min，供电能力更强；采用全氟己酮灭火剂，更安全环保，对电气设备无损伤。具体地，本实用新型相较于现有技术具有如下技术效果：
[0078]
(1)安全可靠
[0079]
采用高性能磷酸铁锂电芯，有效防止热失控引起的火灾；
[0080]
具有关键电路冗余设计；
[0081]
电源模组有很大的余量，对短路有较强的保护；
[0082]
加强pcb涂层：防盐雾，防腐蚀，防潮，防尘等，环境适应性强；
[0083]
(2)节能环保
[0084]
系统充放电转换效率高达90％以上；
[0085]
替代传统柴油发电机供电，减少对化石能源的使用，降低二氧化碳排放，保护环境；
[0086]
采用全氟己酮为介质的高效灭火系统；
[0087]
(3)技术领先
[0088]
输出隔离变压器，可靠性高，具有极强的抗冲击、抗短路特性，为所接关键负载提供最大限度的保护；
[0089]
最成熟的相控整流技术，适应各种恶劣工业电网环境，可靠性极高；
[0090]
强化的组合结构机柜，可选配各类ip防护，适用于各种恶劣工业环境；
[0091]
优化电路设计，提高电路集成度与抗干扰能力，性能更加稳定；
[0092]
支援单机百万级超大资料接入及管理，硬体弹性扩展；
[0093]
支援多种通信方式(can、485、ethernet、fiber、wifi、4g、lora、nb-iot等)；
[0094]
支持多种主流通信规约(iec61850、modbus、iec60870-5、dnp等)；
[0095]
(4)超强的电网适应性，轻松应对恶劣用电环境
[0096]
超宽的电压及频率输入范围，对电网具有超强适应性；
[0097]
避免频繁的市电与电池切换，即使在使用不稳定的交流电源(如工业临时用电、柴油发动机)供电时也能够避免不必要的市电与电池切换，延长蓄电池工作寿命。
[0098]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
[0099]
应该理解的是，本实用新型所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0100]
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0101]
虽然本实用新型所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。