箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，取消了電容器柜用雙向逆變器替代，通過(guò)儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量，從而可以取消雙路電源、儲(chǔ)能電源供電，當(dāng)設(shè)檢修時(shí)，可以利用儲(chǔ)能單元供電，使電源不間斷，持續(xù)可靠供電；在夏季用電高峰，可以利用儲(chǔ)能單元補(bǔ)充電網(wǎng)電能，給用戶供電，同時(shí)還可以接入太陽(yáng)能、風(fēng)能電源存入儲(chǔ)存電能，節(jié)能環(huán)保，此外，當(dāng)接入電源中斷時(shí)，儲(chǔ)能單元給重要設(shè)備持續(xù)供電，在重要設(shè)備的場(chǎng)合下，作為應(yīng)急電源使用。
【專利說(shuō)明】箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種箱式變電站，尤其涉及一種具有儲(chǔ)能裝置的箱式變電站中儲(chǔ)能裝置的投切控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]箱式變電站是一種高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置，按一定接線方案排成一體的工廠預(yù)制戶內(nèi)、戶外緊湊式配電設(shè)備，即將高壓受電、變壓器降壓、低壓配電等功能有機(jī)地組合在一起，安裝在一個(gè)防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、隔熱、全封閉、可移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，機(jī)電一體化，全封閉運(yùn)行，特別適用于城網(wǎng)建設(shè)與改造，是繼土建變電站之后崛起的一種嶄新的變電站。箱式變電站適用于礦山、工廠企業(yè)、油氣田和風(fēng)力發(fā)電站，它替代了原有的土建配電房，配電站，成為新型的成套變配電裝置。
[0003]目前箱式變電站大都由高壓進(jìn)線柜、高壓計(jì)量柜、高壓出線柜、變壓器、低壓進(jìn)線柜、低壓補(bǔ)償柜、低壓出線柜構(gòu)成，其中低壓補(bǔ)償柜利用電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償電網(wǎng)中的感性電流，降低線路損耗，提聞線路輸電能力，并提聞電網(wǎng)的功率因數(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)一種利用儲(chǔ)能單元來(lái)代替雙路電源接入，利用儲(chǔ)能裝置的四象限運(yùn)行原理代替電容柜進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)南涫阶冸娬局袃?chǔ)能單元的投切控制策略；即實(shí)現(xiàn)一種利用儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能箱式變電站下用電負(fù)荷不間斷供電代替雙路供電和檢修停電、及柴油發(fā)電機(jī)中功能的投切控制策略。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，計(jì)量柜和低壓配電柜之間低壓母排上經(jīng)過(guò)雙向逆變器接入有儲(chǔ)能單元，所述雙向逆變器與低壓母排之間設(shè)有接觸器，所述雙向逆變器與儲(chǔ)能單元之間設(shè)有電池投切開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能單元輸出狀態(tài)信號(hào)至電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至電池投切開(kāi)關(guān);
[0006]箱式儲(chǔ)能變電站設(shè)有電能管理系統(tǒng)，所述電能管理系統(tǒng)采集高壓側(cè)電壓信號(hào)、高壓側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、高壓側(cè)電路信號(hào)、低壓側(cè)電壓信號(hào)、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)、無(wú)功電流信號(hào)、負(fù)荷電壓信號(hào)、負(fù)荷電流信號(hào)、電池輸出電流信號(hào)，并輸出控制信號(hào)至接觸器，所述雙向逆變器與雙向逆變器控制器通訊，所述雙向逆變器控制器與電能管理系統(tǒng)通訊；
[0007]基于上述系統(tǒng)設(shè)置以下工作模式:
[0008](I)交流充電模式:當(dāng)儲(chǔ)能單元電量不足，用電低谷時(shí)，利用市電對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行儲(chǔ)能充電；
[0009](2)離網(wǎng)放電模式:當(dāng)高壓斷電，儲(chǔ)能單元放電至低壓母線；
[0010](3)并網(wǎng)放電模式:接受調(diào)度中心指令:用電高峰期，儲(chǔ)能單元放電至低壓母線；
[0011](4)無(wú)功補(bǔ)償模式:在高壓正常供電下，互感器檢測(cè)電能質(zhì)量，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)。[0012]箱式儲(chǔ)能變電站設(shè)有新能源并與儲(chǔ)能單元連接，所述的新能源接入點(diǎn)連接光伏發(fā)電裝置和/或風(fēng)力發(fā)電裝置，所述儲(chǔ)能單元和新能源接入點(diǎn)之間設(shè)有新能源投切開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)還設(shè)有直流充電模式:當(dāng)高壓正常供電，光伏/風(fēng)能發(fā)電優(yōu)先接入直流母線給電池充電。
[0013]箱式儲(chǔ)能變電站開(kāi)始工作時(shí)，檢測(cè)電網(wǎng)是否正常工作，若否，則進(jìn)入離網(wǎng)放電模式，若是，則由電網(wǎng)供電，用電負(fù)載正常運(yùn)行；
[0014]用電負(fù)載正常運(yùn)行時(shí)，若系統(tǒng)檢測(cè)儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能為充足，則再判斷低壓側(cè)功率因數(shù)是否過(guò)低，若是，則進(jìn)入無(wú)功補(bǔ)償模式；若系統(tǒng)檢測(cè)儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能為不足，則會(huì)對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電，若此時(shí)為用電高峰時(shí)間段，則進(jìn)入直流充電模式，若此時(shí)為用電低峰時(shí)間段，則進(jìn)入交流充電模式。
[0015]電能管理系統(tǒng)通過(guò)儲(chǔ)能裝置、低壓負(fù)荷和線路保護(hù)測(cè)控實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)線路保護(hù)測(cè)控監(jiān)測(cè)到低壓母線上PCC點(diǎn)斷開(kāi)后，電能管理系統(tǒng)即可判斷微電網(wǎng)進(jìn)入儲(chǔ)能裝置離網(wǎng)放電模式。
[0016]所述的具有無(wú)功補(bǔ)償模式4種工作狀態(tài)，當(dāng)前級(jí)直流電源能量充足時(shí)，逆變器向電網(wǎng)輸送有功的同時(shí)輸送感性無(wú)功或容性無(wú)功，當(dāng)前級(jí)直流電源能量不足時(shí)，逆變器可從電網(wǎng)吸收有功而向電網(wǎng)輸送感性無(wú)功或容性無(wú)功。
[0017]所述無(wú)功補(bǔ)償模式4種工作狀態(tài):
[0018]當(dāng)Uo超前Un，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角0° <r<90 ，即有功功率P=UI I —>0， Q = UI sinf <0，此時(shí)逆變器工作在逆變狀態(tài)，系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送有功電流和容性無(wú)功電流；
[0019]當(dāng)Uo滯后Un，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角90<<P<180，即有功功率P=UI cosf< 0，Q = n Sin >0，即此時(shí)前級(jí)直流電流能量不足，系統(tǒng)需要從電網(wǎng)吸收有功功率維持系統(tǒng)運(yùn)行，與此同時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出容性無(wú)功電流；
[0020]當(dāng)Uo超前Un，并網(wǎng)電流滯后電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角l80〈'i_X270，即有功功率P=UI cosV>0，Q =UI sin代0，此時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送有功電流和感性無(wú)功電流；
[0021]當(dāng)Uo滯后Un，并網(wǎng)電流滯后電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角270〈'/Κ360，即有功功率P =UI cosf,〈0， Q=UI sin<F〈0，此時(shí)逆變器工作于無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)，系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收
有功功率維持系統(tǒng)運(yùn)行，與此同時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出感性無(wú)功電流。
[0022]所述的投切控制系統(tǒng)還設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、通信單元和報(bào)警單元，所述溫度傳感器、濕度傳感器實(shí)時(shí)將溫度和濕度信號(hào)輸送至控制器，當(dāng)溫度和濕度超過(guò)預(yù)設(shè)閥值時(shí)，則通過(guò)通信單元發(fā)送至遠(yuǎn)端管理站點(diǎn)，并輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警單元。
[0023]本發(fā)明取消電容器柜用雙向逆變器替代，通過(guò)儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量，從而可以取消雙路電源、儲(chǔ)能電源供電，當(dāng)設(shè)檢修時(shí)，可以利用儲(chǔ)能單元供電，使電源不間斷，持續(xù)可靠供電；在夏季用電高峰，可以利用儲(chǔ)能單元補(bǔ)充電網(wǎng)電能，給用戶供電，同時(shí)還可以接入太陽(yáng)能、風(fēng)能電源存入儲(chǔ)存電能，節(jié)能環(huán)保，此外，當(dāng)接入電源中斷時(shí)，儲(chǔ)能單元給重要設(shè)備持續(xù)供電，在重要設(shè)備的場(chǎng)合下，作為應(yīng)急電源使用。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】[0024]下面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明書中每幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明:
[0025]圖1為箱式儲(chǔ)能變電站結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為箱式儲(chǔ)能變電站控制原理框圖；
[0027]圖3為箱式儲(chǔ)能變電站電路意圖；
[0028]圖4(a)輸出有功的同時(shí)釋放電容性無(wú)功；
[0029]圖4 (b)吸收有功的同時(shí)釋放電容性無(wú)功；
[0030]圖4(c)輸出有功的同時(shí)釋放感性無(wú)功；
[0031 ] 圖4 (d)吸收有功的同時(shí)釋放感性無(wú)功；
[0032]圖5為雙向逆變器無(wú)功控制框圖；
[0033]圖6為雙向逆變器無(wú)功控制策略框圖；
[0034]圖7為并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)能力流動(dòng)示意圖；
[0035]上述圖中的標(biāo)記均為:1、高壓進(jìn)線柜；2、變壓器；3、計(jì)量柜；4、儲(chǔ)能裝置；5、低壓配電柜；41、斷路器；42、電流互感器；43、接觸器；44、雙向逆變器；45、儲(chǔ)能單元；46、新能源接入點(diǎn)；
[0036]圖7中虛線箭頭為光伏出力小于蓄電池充電需求時(shí)；點(diǎn)劃線箭頭為光伏出力大于蓄電池充電需求，或者蓄電池放電時(shí)；實(shí)線箭頭為光伏出力方向。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在能源越來(lái)越緊張、對(duì)供電的要求越來(lái)越高的時(shí)期，儲(chǔ)能箱式變電站是在智能電網(wǎng)與新能源時(shí)代發(fā)展下，以此在傳統(tǒng)箱變基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)多功能、智能化儲(chǔ)能箱式變電站，不僅可以保障供電可靠性、安全性，將太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電接入變電站，在用電緊張地區(qū)可以起到削峰填谷，在偏遠(yuǎn)地區(qū)可以保障供電持續(xù)性。同時(shí)為工廠重要設(shè)備提供緊急電源。儲(chǔ)能箱式變電站能夠結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)中存在的無(wú)功功率問(wèn)題，在不增加無(wú)功補(bǔ)償柜的基礎(chǔ)上，讓其具備在向電網(wǎng)輸出有功功率的同時(shí)還能向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率，不但提高并網(wǎng)逆變器利用率、降低設(shè)備成本，同時(shí)還能提高電網(wǎng)功率因數(shù)，優(yōu)化電網(wǎng)供能質(zhì)量。
[0038]參見(jiàn)圖1可知，箱式儲(chǔ)能變電站結(jié)構(gòu)依次高壓進(jìn)線柜、變壓器、計(jì)量柜、儲(chǔ)能室和低壓配電柜，其中高壓進(jìn)線柜連接高壓電網(wǎng)，變壓器將進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，計(jì)量柜進(jìn)行電能統(tǒng)計(jì)，低壓配電柜用于將電流輸送至低壓電網(wǎng)，計(jì)量柜和低壓配電柜之間通過(guò)低壓母排連接。
[0039]儲(chǔ)能室接入在低壓母排上，儲(chǔ)能室包括儲(chǔ)能單元(儲(chǔ)能單元可以是電池組)、新能源接入點(diǎn)、直流母排、雙向逆變器、接觸器、電流互感器和斷路器，儲(chǔ)能單元和新能源接入點(diǎn)均接入到直流母排上，直流母排依次經(jīng)雙向逆變器、接觸器、電流互感器和斷路器接入到低壓母排，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能無(wú)功補(bǔ)償。
[0040]上述新能源接入點(diǎn)可以連接光伏發(fā)電裝置和/或風(fēng)力發(fā)電裝置，這樣可以充分利用可再生資源，并能供間接實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)發(fā)電的功能。
[0041]參見(jiàn)圖3可知，箱式儲(chǔ)能變電站設(shè)有電能管理系統(tǒng)(EMS)，儲(chǔ)能室內(nèi)設(shè)有電池管理系統(tǒng)(BMS)，電能管理系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中起到中心監(jiān)控的作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控及電能質(zhì)量管理，EMS系統(tǒng)有高速運(yùn)行PLC為控制器和實(shí)時(shí)的監(jiān)控界面。通過(guò)電流互感器和電流霍爾元件采樣到電流信號(hào)接入控制器和電壓信號(hào)接入，以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)電路開(kāi)關(guān)狀態(tài)，執(zhí)行邏輯程序中設(shè)備運(yùn)行的各種模式，由EMS發(fā)出指令，雙向逆變器在各種模式之間切換。并通過(guò)計(jì)算視在功率、有功功率、無(wú)功功率、電池信息，由EMS內(nèi)部程序調(diào)節(jié)電路電能質(zhì)量，以及給電池充放電。另外還可以通過(guò)通訊接受電網(wǎng)調(diào)度中心指令進(jìn)行電能配送。
[0042]EMS智能檢測(cè)將測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)等進(jìn)行一體化的融合設(shè)計(jì)?？梢约⌒突闹悄馨l(fā)電、線路、變電、配電、用電和調(diào)度與一體。采用數(shù)字化保護(hù)測(cè)控一體化裝置，采用直接對(duì)常規(guī)互感器采樣的方式完成電壓、電流的測(cè)量；斷路器、刀閘位置等開(kāi)關(guān)量信息通過(guò)硬接點(diǎn)直接采集；斷路器的跳合閘通過(guò)硬接點(diǎn)直接控制方式完成。具備IEC61850協(xié)議的以太網(wǎng)通信方式與監(jiān)控系統(tǒng)相連。
[0043]如圖2所述，箱式儲(chǔ)能變電站控制原理框圖，電能管理系統(tǒng)采集高壓側(cè)電壓信號(hào)、高壓側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、高壓側(cè)電路信號(hào)、低壓側(cè)電壓信號(hào)、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)、無(wú)功電流信號(hào)、負(fù)荷電壓信號(hào)、負(fù)荷電流信號(hào)、電池輸出電流信號(hào)，并輸出控制信號(hào)至接觸器，控制儲(chǔ)能單元的投切與否。雙向逆變器與雙向逆變器控制器通訊，雙向逆變器控制器與電能管理系統(tǒng)通訊，并且與電池管理系統(tǒng)利用can通訊，電能管理系統(tǒng)設(shè)有無(wú)線通訊單元與外部進(jìn)行通訊。此外在直流母排與新能源接入點(diǎn)之間設(shè)有新能源投切開(kāi)關(guān)，電能管理系統(tǒng)輸出控制信號(hào)至新能源投切開(kāi)關(guān)，控制是否有通過(guò)新能源對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電。
[0044]此外電能管理系統(tǒng)還設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、通訊單元和報(bào)警單元，溫度傳感器、濕度傳感器將變電站內(nèi)環(huán)境和器件的溫度狀態(tài)信號(hào)輸送至控制器，控制器將信號(hào)經(jīng)通訊單元發(fā)送至遠(yuǎn)端管理站點(diǎn)，遠(yuǎn)端管理站點(diǎn)則可實(shí)時(shí)關(guān)注到每個(gè)箱式變電站的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，控制器輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警單元，發(fā)出警報(bào)，提醒行人遠(yuǎn)離變電站，同時(shí)發(fā)出異常狀態(tài)信號(hào)至遠(yuǎn)端管理站點(diǎn)，以便工作人員及時(shí)維護(hù)。
[0045]基于上述系統(tǒng)設(shè)置以下工作模式:
[0046](I)交流充電模式:當(dāng)儲(chǔ)能單元電量不足，用電低谷時(shí)，利用市電對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行儲(chǔ)能充電；
[0047](2)離網(wǎng)放電模式:當(dāng)高壓斷電，儲(chǔ)能單元放電至低壓母線；
[0048](3)并網(wǎng)放電模式:接受調(diào)度中心指令:用電高峰期，儲(chǔ)能單元放電至低壓母線；
[0049](4)無(wú)功補(bǔ)償模式:在高壓正常供電下，互感器檢測(cè)電能質(zhì)量，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)。
[0050](5)直流充電模式:當(dāng)高壓正常供電，光伏/風(fēng)能發(fā)電優(yōu)先接入直流母線給電池充電
[0051]當(dāng)電能管理系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，系統(tǒng)控制程序流程圖主要通過(guò)EMS、逆變器控制器、BMS實(shí)現(xiàn)各種模式的切換運(yùn)行
[0052]如圖2所示，檢測(cè)電網(wǎng)是否正常工作，若否，則進(jìn)入離網(wǎng)放電模式，若是，則由電網(wǎng)供電，用電負(fù)載正常運(yùn)行；
[0053]用電負(fù)載正常運(yùn)行時(shí)，若系統(tǒng)檢測(cè)儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能為充足，則再判斷低壓側(cè)功率因數(shù)是否過(guò)低，若是，則進(jìn)入無(wú)功補(bǔ)償模式；若系統(tǒng)檢測(cè)儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能為不足，則會(huì)對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電，若此時(shí)為用電高峰時(shí)間段，則進(jìn)入直流充電模式，若此時(shí)為用電低峰時(shí)間段，則進(jìn)入交流充電模式。
[0054]本發(fā)明控制方法能夠做到并網(wǎng)、離網(wǎng)無(wú)縫切換，微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)計(jì)劃?rùn)z修或配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，微網(wǎng)將切換至離網(wǎng)運(yùn)行模式，儲(chǔ)能的快速控制可以縮短系統(tǒng)電壓及頻率的過(guò)渡時(shí)間，實(shí)現(xiàn)模式的靈活切換。微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)接收到并網(wǎng)調(diào)度指令，微網(wǎng)將切換至并網(wǎng)運(yùn)行模式，快速準(zhǔn)確的電網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)以及電壓同步控制可以減少并網(wǎng)沖擊，實(shí)現(xiàn)模式的平穩(wěn)切換。
[0055]電能管理系統(tǒng)通過(guò)儲(chǔ)能裝置、低壓負(fù)荷和線路保護(hù)測(cè)控實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)線路保護(hù)測(cè)控監(jiān)測(cè)到低壓母線上PCC點(diǎn)斷開(kāi)后，電能管理系統(tǒng)(EMS)即可判斷微電網(wǎng)進(jìn)入儲(chǔ)能裝置離網(wǎng)運(yùn)行，此時(shí)立即向儲(chǔ)能裝置下達(dá)指令將對(duì)應(yīng)主電源的控制模式切換到V/F控制，并根據(jù)線路保護(hù)測(cè)控實(shí)時(shí)檢測(cè)到電壓和頻率值，實(shí)時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能裝置電源出力以維持低壓母線上電壓和頻率穩(wěn)定，同時(shí)通過(guò)負(fù)荷檢測(cè)和檢測(cè)儲(chǔ)能裝置當(dāng)前負(fù)荷運(yùn)行情況，以此判斷當(dāng)前情況下儲(chǔ)能裝置電源最大出力與負(fù)荷需求與之匹配。
[0056]如圖5、6所示，在儲(chǔ)能箱式變電站中儲(chǔ)能單元可以將將直流電源的能量以有功的形式并入電網(wǎng)的同時(shí)還能對(duì)電網(wǎng)中的無(wú)功電流分量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓δ?，既可發(fā)出感性無(wú)功電流，又可發(fā)出容性無(wú)功電流。在提高并網(wǎng)逆變器利用率的同時(shí)，提高電網(wǎng)功率因數(shù)和電網(wǎng)供能質(zhì)量。
[0057]在實(shí)際電網(wǎng)中，無(wú)功電流以感性無(wú)功或容性無(wú)功的方式存在，同時(shí)并網(wǎng)逆變器的前級(jí)直流電源可能存在能量充足與不足的情況。所以該系統(tǒng)存在著以下4種工作狀態(tài)，當(dāng)前級(jí)直流電源能量充足時(shí)，逆變器向電網(wǎng)輸送有功的同時(shí)輸送感性無(wú)功或容性無(wú)功，當(dāng)前級(jí)直流電源能量不足時(shí)，逆變器可從電網(wǎng)吸收有功而向電網(wǎng)輸送感性無(wú)功或容性無(wú)功。
[0058]下面同樣以單相為例來(lái)分析并網(wǎng)逆變器工作于不同狀態(tài)時(shí)，逆變器輸出電壓、電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流之間相位關(guān)系。如下圖為系統(tǒng)工作在不同狀態(tài)下的向量圖。
[0059]在三相逆變系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器直流側(cè)的電壓必須要高于與電網(wǎng)連接的交流側(cè)電壓，這樣才能控制逆變器的能量輸出從而控制并網(wǎng)電流。直流側(cè)儲(chǔ)能電容可以從前級(jí)直流電源或電網(wǎng)中獲得有功能量，用以來(lái)維持逆變器直流端電壓的穩(wěn)定。
[0060]如圖4(a)中，Uo超前Un，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角0° <f'<90 ，即有功功率P=UI COS ψ>0， Q = UI sin滬〈0，此時(shí)逆變器工作在逆變狀態(tài)，系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送有功電流和容性無(wú)功電流。
[0061]如圖4(b)中，Uo滯后Un，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角90〈代180，即有功功率P= UI COSiK O, Q = UI Sin > O,即此時(shí)前級(jí)直流電流能量不足，系統(tǒng)需要從電網(wǎng)吸收有功功率維持系統(tǒng)運(yùn)行，與此同時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出容性無(wú)功電流。
[0062]如圖4(c)中，Uo超前Un，并網(wǎng)電流滯后電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角180〈愾270，即有
功功率P=UI cos^>0, Q =UI sinf<0，此時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送有功電流和感性無(wú)功電流。
[0063]如圖4(d)中，Uo滯后Un，并網(wǎng)電流滯后電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角270<穴360，即有功功率P =UI COSfP〈O， Q=UI sin^O，此時(shí)逆變器工作于無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài),系統(tǒng)從電
網(wǎng)吸收有功功率維持系統(tǒng)運(yùn)行，與此同時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出感性無(wú)功電流。
[0064]因此有功無(wú)功潮流的大小和方向均可控，PCS的四象限運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)能量在直流電池側(cè)和交流電網(wǎng)側(cè)的雙向傳輸，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的控制。
[0065]如圖7所示，由于系統(tǒng)具有新能源接入點(diǎn)，在儲(chǔ)能箱式變電站中儲(chǔ)能單元可接入新能源(以光伏發(fā)電為例)，即可以形成光伏電池一電網(wǎng)一蓄電池混合供電不間斷逆變電源的系統(tǒng)，各個(gè)模塊通過(guò)直流母線連接進(jìn)行電能的傳遞。電能管理系統(tǒng)(EMS)用于整個(gè)系統(tǒng)的電能協(xié)調(diào)管理與控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能經(jīng)光伏變流器存入鋰電池后，由交流變流器分時(shí)并入電網(wǎng)或直接供給用戶使用，有日照時(shí)間，光伏系統(tǒng)將電能存入電池，儲(chǔ)能電池存滿后光伏系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)限制功率輸出。
[0066]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:計(jì)量柜和低壓配電柜之間低壓母排上經(jīng)過(guò)雙向逆變器接入有儲(chǔ)能單元，所述雙向逆變器與低壓母排之間設(shè)有接觸器，所述雙向逆變器與儲(chǔ)能單元之間設(shè)有電池投切開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能單元輸出狀態(tài)信號(hào)至電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至電池投切開(kāi)關(guān)； 箱式儲(chǔ)能變電站設(shè)有電能管理系統(tǒng)，所述電能管理系統(tǒng)采集高壓側(cè)電壓信號(hào)、高壓側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、高壓側(cè)電路信號(hào)、低壓側(cè)電壓信號(hào)、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)、無(wú)功電流信號(hào)、負(fù)荷電壓信號(hào)、負(fù)荷電流信號(hào)、電池輸出電流信號(hào)，并輸出控制信號(hào)至接觸器，所述雙向逆變器與雙向逆變器控制器通訊，所述雙向逆變器控制器與電能管理系統(tǒng)通訊； 基于上述系統(tǒng)設(shè)置以下工作模式: (1)交流充電模式:當(dāng)儲(chǔ)能單元電量不足，并在用電低谷時(shí)，利用市電對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行儲(chǔ)能充電； (2)離網(wǎng)放電模式:當(dāng)PCC處電壓跌落時(shí)，儲(chǔ)能單元通過(guò)雙向逆變器，交流電轉(zhuǎn)換為直流電，放電至低壓母線； (3)并網(wǎng)放電模式:接受調(diào)度中心指令:用電高峰期，儲(chǔ)能單元放電至低壓母線； (4)無(wú)功補(bǔ)償模式:在高壓正常供電下，無(wú)功電流互感器檢測(cè)電能質(zhì)量，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:箱式儲(chǔ)能變電站設(shè)有新 能源并與儲(chǔ)能裝置連接，所述的新能源接入點(diǎn)連接光伏發(fā)電裝置和/或風(fēng)力發(fā)電裝置，所述儲(chǔ)能裝置和新能源接入點(diǎn)之間設(shè)有新能源投切開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)還設(shè)有直流充電模式:優(yōu)先使用光伏/風(fēng)能發(fā)電接入給電池充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:箱式儲(chǔ)能變電站開(kāi)始工作時(shí)，檢測(cè)電網(wǎng)是否正常工作，若否，則進(jìn)入離網(wǎng)放電模式，若是，則由電網(wǎng)供電，用電負(fù)載正常運(yùn)行； 用電負(fù)載正常運(yùn)行時(shí)，若系統(tǒng)檢測(cè)儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能為充足，則再判斷低壓側(cè)功率因數(shù)是否過(guò)低，若是，則儲(chǔ)能裝置進(jìn)入無(wú)功補(bǔ)償模式；若系統(tǒng)檢測(cè)儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能為不足，則會(huì)對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電，若此時(shí)為用電高峰時(shí)間段，則進(jìn)入直流充電模式，若此時(shí)為用電低峰時(shí)間段，則進(jìn)入交流充電模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:電能管理系統(tǒng)通過(guò)儲(chǔ)能裝置、低壓負(fù)荷和線路保護(hù)測(cè)控實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)線路保護(hù)測(cè)控監(jiān)測(cè)到低壓母線上PCC點(diǎn)斷開(kāi)后，電能管理系統(tǒng)即可儲(chǔ)能裝置離網(wǎng)放電模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:所述的無(wú)功補(bǔ)償模式4種工作狀態(tài)，當(dāng)前級(jí)直流電源能量充足時(shí)，逆變器向電網(wǎng)輸送有功的同時(shí)輸送感性無(wú)功或容性無(wú)功，當(dāng)前級(jí)直流電源能量不足時(shí)，逆變器可從電網(wǎng)吸收有功而向電網(wǎng)輸送感性無(wú)功或容性無(wú)功。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:所述無(wú)功補(bǔ)償模式具有4種工作狀態(tài): 當(dāng)Uo超前Un，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角0° <ψ<90 ，即有功功率P=UI COS滬>0，Q = UI Sinf〈0，此時(shí)逆變器工作在逆變狀態(tài)，系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送有功電流和容性無(wú)功電流； 當(dāng)Uo滯后Un，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角90〈0-<180，即有功功率P=UI cosfK 0，Q = Π sin >0，即此時(shí)前級(jí)直流電流能量不足，系統(tǒng)需要從電網(wǎng)吸收有功功率維持系統(tǒng)運(yùn)行，與此同時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出容性無(wú)功電流； 當(dāng)Uo超前Un，并網(wǎng)電流滯后電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角180<<P<270,即有功功率P=UI cos(P>0，Q =UI sinf〈0，此時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送有功電流和感性無(wú)功電流； 當(dāng)Uo滯后Un，并網(wǎng)電流滯后電網(wǎng)電壓，功率因數(shù)角270<0-〈360，即有功功率P =UI COS-〈0，Q=UI Sinf〈0，此時(shí)逆變器工作于無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)，系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收有功功率維持系統(tǒng)運(yùn)行，與此同時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出感性無(wú)功電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的箱式儲(chǔ)能變電站儲(chǔ)能單元投切控制方法，其特征在于:所述的投切控制系統(tǒng)還設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、通信單元和報(bào)警單元，所述溫度傳感器、濕度傳感器實(shí)時(shí)將溫度和濕度信號(hào)輸送至控制器，當(dāng)溫度和濕度超過(guò)預(yù)設(shè)閥值時(shí)，則通過(guò)通信單元發(fā)送至遠(yuǎn)端管理站點(diǎn)，并輸出報(bào)警信號(hào)至報(bào)警單元。
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK103997046SQ201410253873
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】王海松, 姜廣宇, 羅天意, 王 琦, 丁卓禹 申請(qǐng)人:安徽賽瑞儲(chǔ)能設(shè)備有限公司