[0001] 本发明涉及微电网储能系统，该微电网储能系统的技术领域属于装备制造领域（具体为储能装备制造）与信息技术领域（具体为储能装备功率分配控制技术和电网调频和/或调峰控制技术）的交叉领域。

[0002] 随着电动汽车的市场占有率不断提高，电动汽车需求开始向非人口密集区（如城市郊区、县乡级行政区域、广大农村地区）渗透。但目前受限于投资回报率的制约，充电站运营商往往又不愿意在非人口密集区建站。因此，如何能够更加充分的利用资源来加速非人口密集区的充电基础设施建设是一个急需解决的问题。另外，推进非人口密集区的充电基础设施建设也会加剧电力资源的消耗，因此，如何降低对于传统能源消耗及环境的影响也成为推进非人口密集区的充电基础设施建设不得不考虑的问题。

[0003] 另一方面，为应对传统能源匮乏、气候变化和环境挑战等全球性问题，世界各国正在加紧推进能源可持续发展战略，全面推进能源发展变革，促进清洁能源的发展，提高可再生能源的占比。而随着各种风电、太阳能光伏发电等可再生能源大规模发展和远距离特高压输电大规模投运，新能源出力波动性、随机性、间歇性使得系统频率波动特性及调控逐渐变得复杂，电力系统调频能力显著下降，电力调频的安全性问题日益突出，需要创新的技术手段去提高电力系统调频能力，以便更多的利用风电、光伏等能源，进一步促进新能源的发展。

[0004] 目前，尚未发现有人同时针对以上两方面问题而提出能够一举两得的解决方案。

[0028] 下面结合附图对本申请实施例进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本申请实施例。在结合附图对本申请实施例进行说明前，需要特别指出的是：在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。

[0029] 下述说明中涉及到的本申请实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。

[0030] 本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。

[0031] 图1为本发明微电网储能系统实施例的示意图。如图1所述，微电网储能系统，包括：功率型储能模块11、能量型储能模块12、电力管理模块13。

[0032] 其中，所述功率型储能模块11用于储存分布式发电装置20产生的第一电力并能够被控制而选择性地实施以下至少一种操作：a1)将所述第一电力提供给外部电网30进行调频和/或调峰；
b1)将所述第一电力提供给所述微电网所辖充电站的充电桩40以对电动车辆进行快充充电。

[0033] 所述能量型储能模块12用于储存所述分布式发电装置20产生的第二电力并能够被控制而选择性地实施以下至少一种操作：a2)将所述第二电力提供给外部电网30进行调频和/或调峰；
b2)将所述第二电力提供给所述微电网所辖充电站的充电桩40以对电动车辆进行慢充充电。

[0034] 所述电力管理模块13用于对所述功率型储能模块11以及所述能量型储能模块12中储存的电力的使用进行功率分配，所述功率分配包括：a3)第一功率分配，即所述电力管理模块13根据所述外部电网30的调频和/或调峰需求，利用所述功率型储能模块11和/或能量型储能模块12的电力输出特性，实施的针对所述外部电网30的调频和/或调峰需求的功率分配；
b3)第二功率分配，即所述电力管理模块13根据所述充电站内的充电需求，利用所述功率型储能模块11和/或能量型储能模块12的电力输出特性，实施的针对所述充电站的充电需求的功率分配。

[0035] 其中，所述电力管理模块13根据设定分配比例确定所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力上限。

[0036] 微电网（Micro‑Grid）也译为微网，是指由分布式电源（本发明中相当于分布式发电装置20）、储能装置（即本发明的微电网储能系统）、负荷等组成的小型发配电系统。由于本发明的微电网储能系统既能够将分布式发电装置20产生的电力用于外部电网30进行调频和/或调峰，又能够将分布式发电装置20产生的电力用于微电网所辖充电站的供电，因此，该微电网储能系统在非人口密集区的充电基础设施建设的应用场景下能够提升充电站运营收益从而有效激励资源投入，同时，该微电网储能系统还可以作为一种分布式的电网调频和/或调峰设备从而提升城市电网调频调峰能力并大大降低调频调峰设施建设使用成本。比如，由于该微电网储能系统可以作为一种分布式的电网调频和/或调峰设备，因此，该微电网及其充电站的建设可由合作的大型电网运营单位参与，该大型电网运营单位可以采取直接投资、提高电网调频调峰费用等方式来支持该微电网及其充电站的建设，这样既相当于提升了充电站运营收益，同时又可以降低大型电网运营单位单独部署调频调峰设备的成本。

[0037] 由于本发明的微电网储能系统包括了功率型储能模块 (Power‑usage energy storage,PES)和能量型储能模块(Energy‑usage energy storage,EES)，功率型储能模块11的特点是比功率高，放电时间相对较快，而能量型储能模12块的特点是比能量高，放电时间相对较慢。因此，当外部电网中短时间内出现波动较大的频率时，可利用功率型储能模块
11的电力输出特性，通过功率型储能模块11进行调频调峰工作；当外部电网30中长时间内频率波动较小时，可利用能量型储能模块12的电力输出特性，通过能量型储能模块12进行调频工作。另外，由于功率型储能模块11比功率高，放电时间相对较快，因此可以用于所述快充充电；而由于能量型储能模块12比能量高，放电时间相对较慢，因此可以用于所述慢充充电。由于所述电力管理模块13根据设定分配比例确定所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力上限，这样就能够根据需要灵活分配功率型储能模块11和能量型储能模块12电力的用途。

[0038] 此外，所述功率型储能模块11还能够被控制而选择性地实施以下操作：c1)将所述第一电力提供给所述微电网中的其他生产生活用电负载50；并且/或者，所述能量型储能模块12还能够被控制而选择性地实施以下操作：c2)将所述第二电力提供给所述微电网中的其他生产生活用电负载50；这种情况下，所述功率分配还包括：c3)第三功率分配，即所述电力管理模块13根据所述微电网中的其他生产生活用电需求，实施的针对所述微电网中的其他生产生活用电需求的功率分配。

[0039] 一种具体实施方式中，所述功率型储能模块11为磁悬浮飞轮储能装置，该磁悬浮飞轮储能装置的额定功率为2MW，容量为0.4MWh；所述能量型储能模块12为电池储能装置，该电池储能装置为额定功率为5MW，容量为5MWh，具体采用了磷酸铁锂电池；所述分布式发电装置20为太阳能光伏电站，装机容量主要根据预计调频调峰需求、充电站内预计充电需求以及所述微电网中的其他生产生活用电需求来设计，以便节省投资。由于上述微电网储能系统的整体规模并不大，因此，该微电网储能系统被设计为辅助定点城市火电站31（火电站31用于为城市供电）进行调频调峰，改善此火电站31调频性能。在此基础上，太阳能光伏电站、微电网储能系统和充电站可统一部署在该城市周边县域，既满足县城电动车辆的充电需求，同时由于县域区域相对城市而言地广人稀，有利于节省用地成本。

[0040] 上述太阳能光伏电站、微电网储能系统和充电站可以以项目为单位，在城市周边多个不同县乡建设和部署，这样，不仅解决了非人口密集区充电站的建设问题，同时可以有效改善城市用电高峰电力供应不足的问题。太阳能光伏电站可以为当地提供其他生产生活用电，降低了火电站31的负荷，另外，通过多个分布式的微电网储能系统可以更好辅助火电站31进行调频调峰，改善此火电站31调频性能。

[0041] 下面结合图1对微电网储能系统的相关运行原理进行进一步的说明。

[0042] 一、电力储存。分布式发电装置20（太阳能光伏电站）产生的电能通过电力电子输入器件61转换后分别储存在功率型储能模块11（磁悬浮飞轮储能装置）和能量型储能模块12（电池储能装置）中。这里的电力电子输入器件61是现有技术，不再赘述。

[0043] 二、第一功率分配。网调中心32对外部电网30进行监测，当需要进行调频调峰时，向电厂RTU33（RTU全称为Remote Terminal Unit，即远程终端单元）发出AGC指令（AGC全称Automatic Generation Control，即自动发电控制），电厂RTU33再将AGC指令发送给微电网储能系统的电力管理模块13（采用分布式控制系统Distributed Control System,DCS）。电力管理模块13根据AGC指令要求的功率和动作时长，选择功率型储能模块11和/或能量型储能模块12。例如，若AGC指令要求的功率大且动作时长短，选择功率型储能模块11；若AGC指令要求的动作时长较长，选择能量型储能模块12。功率型储能模块11和/或能量型储能模块12响应AGC指令，通过电力电子输出器件62（同样为现有技术）将电力输往火电站31，若微电网储能系统完全满足AGC指令要求则不需要火电站31的火电机组调整出力，若微电网储能系统不能完全满足AGC指令要求则由火电站31的火电机组调整出力以补充，以满足网调中心32的调频调峰需要。上述网调中心32以及电厂RTU33是目前火电站运营的现有组成部分。

[0044] 三、第二功率分配。微电网所辖充电站的充电站控制系统41根据所述充电站的充电需求向电力管理模块13发送供电指令，电力管理模块13根据供电指令的要求选择功率型储能模块11和/或能量型储能模块12。例如，若供电指令要求进行快充供电，选择功率型储能模块11；若供电指令要求进行慢充供电，选择能量型储能模块12。功率型储能模块11和/或能量型储能模块12响应供电指令，通过电力电子输出器件64将电力输往充电桩40。上述第三功率分配的原理以此类推。

[0045] 四、设定分配比例。所述电力管理模块13根据设定分配比例确定所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力上限。所述设定分配比例可以由人工设定，也可以由所述电力管理模块13根据预设策略自动设定。

[0046] 电力管理模块13可通过专门的控制软件实现所述分配比例的设定。例如，一种通常的实施方式中，电力管理模块13关联有可供操作的图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)，用户可以在该图形用户界面中输入或选择所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力分配比例。此外，该图形用户界面上还可以包含标有“自动分配”或类似描述的触发开关，当用户点击该触发开关后，电力管理模块13可根据预设策略自动设定上述电力分配比例。

[0047] 所述预设策略通常可以根据当前实际用电需求来确定上述电力分配比例。例如，由于提供给外部电网进行调频和/或调峰的电力需求大且迫切性高，因此，当所述电力管理模块13接收到需要使所述功率型储能模块11或所述能量型储能模块12同时向所述外部电网30和所述充电桩40提供电力的需求时，可自动地将所述功率型储能模块11或所述能量型储能模块12用于所述第二功率分配的电力的设定分配比例调低并将所述功率型储能模块11或所述能量型储能模块12用于所述第一功率分配的电力的设定分配比例调高，这样能够更好的响应调频和/或调峰需求，而提供给充电桩40的电力可根据需要在调频和/或调峰周期结束后再从电网补充。

[0048] 图2为本发明微电网储能系统电力管理模块图形用户界面示意图。如图2所示，一种可选方式中，用户可通过智能手机登录电力管理模块13，登录页面的菜单栏中显示有“设备状态”、“功率输出”和“收益明细”三个菜单按键。当用户点击“功率输出”按键后，即可进入电力分配比例的设定界面。

[0049] 一个示意例中，通过设定界面中的输入栏具体分别将：所述功率型储能模块11用于所述第一功率分配的电力上限设定为所述功率型储能模块11功率的75%，所述功率型储能模块11用于所述第二功率分配的电力上限设定为所述功率型储能模块11功率的25%，所述能量型储能模块12用于所述第一功率分配的电力上限设定为所述能量型储能模块12功率的40%，所述能量型储能模块12用于所述第二功率分配的电力上限设定为所述能量型储能模块12功率的40%，所述能量型储能模块12用于所述第三功率分配的电力上限设定为所述能量型储能模块12额定功率的20%。

[0050] 根据所述功率型储能模块11的额定功率为2MW，容量为0.4MWh，所述能量型储能模块12额定功率为5MW，容量为5MWh的条件，按照上述示意例中的设定分配比例，可计算出当功率型储能模块11和能量型储能模块12容量均处于满电状态时，所述充电站能够满足10辆以上电动汽车的快充充电（充电功率40kW）的需求以及数十辆电动汽车的慢充充电需求；同时，上述示意例中的设定分配比例也可能够较好的辅助火电站31进行调频调峰。

[0051] 此外，所述设定界面中除输入栏以外，还设有标有“调频调峰自动升高”或类似描述的触发开关，当用户点击该触发开关后，可以实现当所述电力管理模块13接收到需要使所述功率型储能模块11或所述能量型储能模块12同时向所述外部电网30和所述充电桩40提供电力的需求时，自动地将所述功率型储能模块11或所述能量型储能模块12用于所述第二功率分配的电力的设定分配比例调低并将所述功率型储能模块11或所述能量型储能模块12用于所述第一功率分配的电力的设定分配比例调高。例如，通过设定界面中的输入栏具体将所述功率型储能模块11用于所述第一功率分配的电力上限设定为所述功率型储能模块11功率的75%，将所述功率型储能模块11用于所述第二功率分配的电力上限设定为所述功率型储能模块11功率的25%，如果再点击激活对应的“调频调峰自动升高”触发开关，当需要使所述功率型储能模块11同时向所述外部电网30和所述充电桩40提供电力的需求时，则自动将述功率型储能模块11用于所述第一功率分配的电力上限设定为所述功率型储能模块11功率的90%并相应调低所述功率型储能模块11用于所述第二功率分配的电力上限。

[0052] 可见，由于所述电力管理模块13可根据设定分配比例确定所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力上限，进而可以产生以下的有益效果：第一，通过设定分配比例确定所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力上限，有利于减少出现当需要进行调频和/或调峰时或需要充电时无法实现电力供给的情况，同时也可以通过对分配比例的调节提升微电网储能系统对电力需求的适应性，从而可以实现更合理的功率分配。第二，能够在电力管理模块13设备端实现较为准确地对所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配和所述第二功率分配的电力进行预估，并及时向外部电网和充电用户进行反馈，以便于外部电网和充电用户根据电力管理模块13的反馈信息进行下一步的活动。例如，若电厂RTU33接收到电力管理模块13的反馈信息后，当判断第一功率分配不能完全满足AGC指令要求时，可令火电站31的火电机组提前调整出力。又例如，充电站控制系统41可以根据所述反馈信息，提前向充电用户发送是否能够进行充电的通知（包括在使用快充充电和慢充充电两种充电模式下），以便与充电用户对充电地点和充电时间进行更合理的决策。为此，一种可选实施方式中，电力管理模块13可以周期性自动或者响应外部请求向电厂RTU33发送所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第一功率分配的电力信息以及向充电站控制系统41发送所述功率型储能模块11和所述能量型储能模块12分别用于所述第二功率分配的电力信息。第三，提供了一种商业解决方案——项目投资方可以通过协商分配比例来促成合作达成，更好解决充电站运营商往往又不愿意在非人口密集区建站的问题。

[0053] 本发明微电网储能系统实施例中，还可以包括计费模块，所述计费模块用于对设定周期内所述电力管理模块13通过所述功率分配后的供电收益进行计算并输出计算结果；所述计费模块根据分配至不同用途的电力的供电量以及与该用途一一对应的预设单位电价分别计算出分配至不同用途的电力的供电收益。

[0054] 如图2所示，一种可选方式中，用户可通过智能手机登录电力管理模块13，登录页面的菜单栏中显示有“设备状态”、“功率输出”和“收益明细”三个菜单按键。当用户点击“收益明细”按键后，即可查看分配至不同用途的电力的供电收益，例如调频收益、调峰收益、快充充电收益等。

[0055] 图3为本发明微电网储能系统实施例中磁悬浮飞轮储能装置结构示意图。如图3所示，磁悬浮飞轮储能装置包括密封壳体121、电动机发电机一体机122和飞轮123，所述电动机发电机一体机122的转子与所述飞轮转子同轴连接形成转子轴，所述转子轴通过上保护轴承124、上径向磁悬浮轴承125、下径向磁悬浮轴承126、下保护轴承127以及轴向磁悬浮轴承安装在所述密封壳体121中。

[0056] 上径向磁悬浮轴承125、下径向磁悬浮轴承126、轴向磁悬浮轴承优选采用主动式磁悬浮轴承，这时，磁悬浮飞轮储能装置还设有传感器129，该传感器129用于检测转子轴的轴向和/或径向位置，根据传感器129的检测数据动态调整相应主动式磁悬浮轴承的磁力，从而调节转子轴的轴向和/或径向位置，使转子轴保持在设定的悬浮状态。

[0057] 优选的，所述轴向磁悬浮轴承包含上轴向磁悬浮轴承1281和下轴向磁悬浮轴承1282，所述上轴向磁悬浮轴承1281设置在所述飞轮123上端并通过电磁力作用于所述飞轮
123上端面，所述下轴向磁悬浮轴承1282设置在所述飞轮123下端并通过电磁力作用于所述飞轮123下端面，所述上轴向磁悬浮轴承1281和所述下轴向磁悬浮轴承1282通过分别作用于所述飞轮123上端面和下端面的电磁力使所述转子轴保持轴向悬浮状态。

[0058] 上述轴向磁悬浮轴承是本发明的创新设计，其直接利用飞轮123上端和下端替代了传统轴向磁悬浮轴承的推力盘，起到简化轴向磁悬浮轴承结构的作用。并且，上轴向磁悬浮轴承1281和下轴向磁悬浮轴承1282的直径更大，可以产生更大的磁吸力。

[0059] 以上对本申请的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本申请。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请的范围。