CN102394506A - 变充换一体化多功能智能站 - Google Patents

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孙峰
刘劲松
王刚
张涛
张强
程绪可
戈阳阳
范维
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Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Northeast Electric Power Research Institute Co Ltd
Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
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Northeast Electric Power Research Institute Co Ltd
Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种变充换一体化多功能智能站。具体说是涉及智能变电站和电动汽车充电站，是一种同时具备变充换功能的一体化的多功能智能站。本发明主要由变电系统、充电系统和通信监控系统构成；其中变电系统与充电系统相连接，通信监控系统通过光纤构建以太网实现对变电系统和充电系统的通信和监控。本发明可以直接节省电动汽车充电站配电变压器的建设投资成本，建设投资小。将直接缩减变电站和电动汽车充电站的整体建设面积，直接减少建筑征地的需求。实现了智能站内的信息共享，智能站自动化、信息化、智能化水平较高。适用于城市人口密集和征地困难地区，具有良好的应用前景。

Description

变充换一体化多功能智能站
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种变充换一体化多功能智能站。具体说是涉及智能变电站和电动汽车充电站，是一种同时具备变充换功能的一体化的多功能智能站。
背景技术
随着近年来全球资源危机和环境污染问题的日益突出，建设坚强可靠智能电网，积极接纳可再生清洁能源，推进节能环保电动汽车产业发展，已经成为世界各国有效应对环境和资源危机主要途径。随着国家电网公司2009年正式提出坚强智能电网发展战略，我国智能电网建设工作正式拉开序幕，智能电网建设是一项全面的系统工程，内容覆盖电力系统所有电压等级，涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度和通信信息等各个环节。作为智能电网的重要组成部分，智能变电站建设和电动汽车充电站建设不可或缺，智能变电站是电网重要的支撑节点，是保障电力可靠传输，促进清洁能源可靠接入的关键；电动汽车充电站是电网重要的用户节点，是实现电力的有效消纳，实现用户侧节能减排的重要内容。截至2010年底，我国已建成110（66）kV及以上电压等级智能变电站超过70座，已建成标准化电动汽车充电站超过80座。
智能变电站的积极建设和电动汽车充换电站的积极推广为智能电网建设打下了坚实的基础，对于有效应对环境污染和资源危机有积极的意义。然而，随着智能变电站和电动汽车充电站建设规模的不断扩大，一系列建设中面临的实际问题逐步凸显，其中最主要的一个是征地困难问题。依据国家电网公司“十二五”电网智能化总体规划，“十二五”期间我国新建110（66）kV及以上电压等级智能变电站将超过8000座，新建的电动汽车充电站将超过3900座。智能变电站和电动汽车充电站的大规模建设带来了征地困难问题，尤其是电动汽车充电站相当一部份项目需要集中在市区内建设，面对市区内寸土寸金的征地现状，电动汽车充电站建设不仅面临着高额的征地费用，甚至有可能面临着无地可征的尴尬局面。因此有必要开发出一种变充换一体化多功能智能站方案以有效解决城市地区变电站及充电站征地困难问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种变充换一体化多功能智能站。目的是为了在有限的征地面积基础上，设计出一种既满足地区变电需求，又具备电动汽车充换电功能的一体化多功能智能站。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
变充换一体化多功能智能站，主要由变电系统、充电系统和通信监控系统构成；其中变电系统与充电系统相连接，通信监控系统通过光纤构建以太网实现对变电系统和充电系统的通信和监控。
所述的变电系统由三绕组电力变压器、高压开关设备、中压开关设备和低压开关设备构成；高压开关设备连接在高压交流电网与三绕组电力变压器高压侧之间，中压开关设备连接在中压配电线路与三绕组电力变压器中压侧之间，三绕组电力变压器低压侧通过低压开关设备与充电系统输入端相连。
所述变电系统采用66kV三绕组电力变压器，变压器高中低三侧电压等级分别采用66kV、10kV和0.4kV，绕组接线方式采用YDYn型。
所述充电系统由若干台交、直流充电设备构成；其中，开关控制器与交流充电桩串联构成交流充电设备；开关控制器与直流充电机串联构成直流充电设备；若干台交、直流充电设备并联后，与充电系统输入端相连构成充电系统。
所述通信监控系统全站采用三层两网的结构，全站遵循IEC61850规约，三层即：过程层设备、间隔层设备、站控层设备，两网即：过程层网络和站控间隔层网络；全站通过光纤构建以太网实现通信和监控功能。
所述站控间隔层网络采用双星形拓扑结构，由光纤与交换机实现以太网组网，实现MMS报文和GOOSE报文的传输，站控间隔层网络采用SNTP协议对时方式。
所述过程层网络采用双星形拓扑结构，由光纤与交换机实现以太网组网，采用“三网合一”的方式，将SMV采样值网络、GOOSE报文网络、IEC61588统一对时三网合一建设，实现SMV采样值报文和GOOSE信息报文的传输。
所述的站控层设备主要包括：监控主机和主机兼操作员工作站；监控主机接入站控间隔层网络与间隔层设备相连；主机兼操作员工作站接入站控间隔层网络与间隔层设备相连；监控主机和主机兼操作员工作站通过接入站控间隔层网络，实现彼此相连。
所述的间隔层设备主要包括：保护装置、电能计量装置和测控装置；保护装置连接在站控间隔层网络与过程层网络之间；测控装置连接在站控间隔层网络与过程层网络之间；电能计量装置接入过程层网络与过程层设备相连。
所述的过程层设备主要包括：合并单元、电子式互感器、智能终端；电子式互感器采集一体化站现场信息，通过合并单元与过程层网络相连；智能终端连接在过程层网络与现场开关设备之间，接收和发送相关控制信息，实现对全站的控制和保护。
本发明集智能变电站与电动汽车充换电站功能于一体，其有益效果及优点是：
1.三绕组电力变压器的采用，可以直接节省电动汽车充电站配电变压器的建设投资成本，建设投资直接小于变电站和充电站总投资。
2.变电站低压部分与充电站配电部分充分整合，变电部分和充电部分一体化建设，将直接缩减变电站和电动汽车充电站的整体建设面积，有效解决城市区域内电力设施建设征地困难的现状，直接减少建筑征地的需求。在有限的城市征地区域内，最大限度满足经济社会发展对变电、充电、换电等多方面的需求。
3. 采用一体化通信监控系统的设计使站内结构更加紧凑，最大程度地实现了智能站内的信息共享，智能站自动化、信息化、智能化水平较高。
本发明适用于城市人口密集和征地困难地区，整体建设征地少、成本低，一体化、信息化水平高，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明系统构成示意图。
图2是本发明通信监控系统构成示意图。
图中：站控层设备1，间隔层设备2，过程层设备3，站控间隔层网络4，过程层网络5，监控主机6，主机兼操作员工作站7，保护装置8，电能计量装置9，测控装置10，合并单元11，电子式互感器12，智能终端13，三绕组电力变压器14。
下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明加以详细描述。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明系统构成示意图。变充换一体化多功能智能站主要由变电系统、充电系统和通信监控系统三部分构成。
变电系统由三绕组电力变压器14、高压开关设备、中压开关设备和低压开关设备构成；高压开关设备连接在高压交流电网与三绕组电力变压器14高压侧之间；中压开关设备连接在中压配电线路与三绕组电力变压器14中压侧之间，中压配电线路的另一端可以直接输送给地区供电；三绕组电力变压器14低压侧通过低压开关设备与充电系统的输入端相连。
变电系统中的核心设备是66kV三绕组电力变压器，考虑到电动汽车充电的需要，变压器高中低三侧电压等级分别采用66kV、10kV和0.4kV，绕组接线方式采用YDYn型。
充电系统由若干台交、直流充电设备构成；其中，开关控制器与交流充电桩串联构成交流充电设备；开关控制器与直流充电机串联构成直流充电设备；若干台交、直流充电设备并联后，与充电系统输入端相连构成充电系统。
充电系统中交流充电桩主要用于商用车充电使用，充电模式采用普通充电与快速充电相结合的方式。直流充电机主要用于乘用车、公交车的电池充电使用，充电模式采用电池更换模式，直流充电机采用统一的标准。
通信监控系统是整个系统的核心，主要用于实现整个变充换一体化多功能智能站的通信和监控。
如图2所示，图2为本发明通信监控系统构成示意图。变充换一体化多功能智能站二次设备为电子式互感器和智能终端，全站遵循IEC61850规约，整个系统采用三层两网的结构，三层即：站控层设备1、间隔层设备2、过程层设备3。两网即：站控间隔层网络4和过程层网络5。全站通过光纤构建以太网实现通信和监控功能。
站控层设备1主要包括：监控主机6和主机兼操作员工作站7。主要提供一体化多功能智能站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备2和过程层设备3功能，形成全站的监控、管理中心，并实现与远方监控/调度中心通信。监控主机6接入站控间隔层网络4与间隔层设备2相连；主机兼操作员工作站7接入站控间隔层网络4与间隔层设备2相连；监控主机6和主机兼操作员工作站7通过接入站控间隔层网络4，实现彼此相连。
所述的间隔层设备2主要包括：保护装置8、电能计量装置9和测控装置10；保护装置8连接在站控间隔层网络4与过程层网络5之间；测控装置10连接在站控间隔层网络4与过程层网络5之间；电能计量装置9接入过程层网络5与过程层设备3相连。间隔层设备2在站控层设备1及站控间隔层网络4失效的情况下，仍能独立具备就地监控功能。
所述的过程层设备3主要包括：合并单元11、电子式互感器12、智能终端13等设备。电子式互感器12采集一体化站现场信息，通过合并单元11与过程层网络5相连；智能终端13连接在过程层网络5与现场开关设备之间，接收和发送相关控制信息，实现对全站的控制和保护。过程层设备3主要实现实时电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等功能。
站控间隔层网络4主要实现站控层设备1之间通信、间隔层设备2之间通信、站控层设备1与间隔层设备2之间通信。站控间隔层网络4采用双星形拓扑结构，由光纤与交换机实现以太网组网，实现MMS报文和GOOSE报文的传输。站控间隔层网络4采用SNTP协议对时方式，SNTP协议实现简单，且满足一体化智能站需要。
过程层网络5主要实现间隔层设备2与过程层设备3间通信、过程层设备3之间的通信，传输内容主要为GOOSE报文和SMV报文。过程层网络5采用双星形拓扑结构，由光纤与交换机实现以太网组网，采用“三网合一”的方式，将SMV采样值网络、GOOSE报文网络、IEC61588统一对时三网合一建设，实现SMV采样值报文和GOOSE信息报文的传输。SMV、GOOSE、IEC61588实现三网合一，最大程度地实现了信息共享，网络结构清晰，节省了大量光缆、交换机，便于设计、维护，特点突出。

Claims (10)

1.变充换一体化多功能智能站，其特征在于：它主要由变电系统、充电系统和通信监控系统构成；其中变电系统与充电系统相连接，通信监控系统通过光纤构建以太网实现对变电系统和充电系统的通信和监控。
2.根据权利要求书1所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述的变电系统由三绕组电力变压器（14）、高压开关设备、中压开关设备和低压开关设备构成；高压开关设备连接在高压交流电网与三绕组电力变压器（14）高压侧之间，中压开关设备连接在中压配电线路与三绕组电力变压器（14）中压侧之间，三绕组电力变压器（14）低压侧通过低压开关设备与充电系统输入端相连。
3.根据权利要求书1所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述变电系统采用66kV三绕组电力变压器，变压器高中低三侧电压等级分别采用66kV、10kV和0.4kV，绕组接线方式采用YDYn型。
4.根据权利要求书1所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述充电系统由若干台交、直流充电设备构成；其中，开关控制器与交流充电桩串联构成交流充电设备；开关控制器与直流充电机串联构成直流充电设备；若干台交、直流充电设备并联后，与充电系统输入端相连构成充电系统。
5.根据权利要求书1所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述通信监控系统全站采用三层两网的结构，全站遵循IEC61850规约，三层即：过程层设备（3）、间隔层设备（2）、站控层设备（1），两网即：过程层网络（5）和站控间隔层网络（4）；全站通过光纤构建以太网实现通信和监控功能。
6.根据权利要求书5所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述站控间隔层网络4采用双星形拓扑结构，由光纤与交换机实现以太网组网，实现MMS报文和GOOSE报文的传输，站控间隔层网络（4）采用SNTP协议对时方式。
7.根据权利要求书5所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述过程层网络（5）采用双星形拓扑结构，由光纤与交换机实现以太网组网，采用“三网合一”的方式，将SMV采样值网络、GOOSE报文网络、IEC61588统一对时三网合一建设，实现SMV采样值报文和GOOSE信息报文的传输。
8.根据权利要求书5所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述的站控层设备（1）主要包括：监控主机（6）和主机兼操作员工作站（7）；监控主机（6）接入站控间隔层网络（4）与间隔层设备（2）相连；主机兼操作员工作站（7）接入站控间隔层网络（4）与间隔层设备（2）相连；监控主机（6）和主机兼操作员工作站（7）通过接入站控间隔层网络（4），实现彼此相连。
9.根据权利要求书5所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述的间隔层设备（2）主要包括：保护装置（8）、电能计量装置（9）和测控装置（10）；保护装置（8）连接在站控间隔层网络（4）与过程层网络（5）之间；测控装置（10）连接在站控间隔层网络（4）与过程层网络（5）之间；电能计量装置（9）接入过程层网络（5）与过程层设备（3）相连。
10.根据权利要求书5所述的变充换一体化多功能智能站，其特征在于所述的过程层设备（3）主要包括：合并单元（11）、电子式互感器（12）、智能终端（13）；电子式互感器（12）采集一体化站现场信息，通过合并单元（11）与过程层网络（5）相连；智能终端（13）连接在过程层网络（5）与现场开关设备之间，接收和发送相关控制信息，实现对全站的控制和保护。
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