CN104868477B - 一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动式储能电站和有载调压器的电压治理装置及方法。所述治理装置包括移动式储能电站、有载调压装置和监控系统，所述移动式储能电站并联在农网输电线路上，所述有载调压装置串接在农网输电线路上，监控系统通过对馈线电压、移动式储能电站以及有载调压器的工作状态和相应参数进行监控，实现对储能电站有功功率的输出控制和有载调压器的调压控制。所述治理装置和方法消除了有载调压器单独工作时出现的负调压效应，避免调压设备导致的电压失稳而引起的系统电压崩溃以及调压过程中衍生的电能质量问题；解决了储能设备由于容量限制而对低电压治理效果有限的问题。

Description

一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置及 方法

技术领域

本发明涉及电压调节装置和方法技术领域，尤其涉及一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置及方法。

背景技术

近年来，我国农村进入消费升级和产业转型阶段，农村居民家庭用电需求不断迈上新台阶，部分地区农村用电客户在用电高峰期出现“低电压”问题，严重的已影响正常用电。目前针对农网末端电压过低的治理措施主要有线路改造、新增配变布点、安装无功补偿装置、架设有载调压变压器以及移动式储能电站。线路改造与新增配变布点相应的改造能解决供电半径过长导致的低电压问题，但是所需成本较高，一般落后的农网地区无配套的资金来实施改造方案；无功补偿装置能解决无功不足导致的线路低电压问题，但不能完全解决低电压问题，且串联电容补偿还容易产生谐振问题；单纯依靠有载调压变压器分接头的调整可能会引起电压失稳静分叉点“迁移”，导致负调压效应，同时存在着负荷过大，调压器没有对应工作点的情况，从而达不到升高线路电压的效果；移动式储能电站通过为负荷提供所需的有功功率来提升线路电压，但由于电池的储能特性使得储能电站的容量一般较小，对长线重载地区的低电压治理效果有限。

中国专利公开号CN103580049的专利文件针对电动汽车充换电站内储备的大量换电式电动汽车标准电池闲置、利用率低的问题，提出了一种电动汽车动力电池用于电网低电压线路调压的方法，将电动汽车电池箱作为储能电池，能量转换装置通过整理装置对电池充电，逆变装置将电池箱的直流电逆变为交流电并网到交流电网，解决大城市居民或工业小区供电线路可能出现短时段的低电压问题。但实际应用时由于动力电池相对用电负荷所提供的功率较低，存在该方法实际应用时的低电压治理效果不明显，使用范围存在很大的局限性。

中国专利公开号CN201674229的专利文件涉及一种线路末端调压和无功补偿双功能调压器，包括自耦调压器，自耦调压器的输出端设置有多个可调节抽头，抽头连接有馈线和无功补偿用电容器支路，两种用途的抽头可以根据调节需求进行独立连接或交叉重叠连接。该专利实现了采用一种设备即可在调节电压的同时，又改善线路功率因数的目的。但在低电压治理时该调压器分接头的调整可能会引起电压失稳静分叉点“迁移”，导致负调压效应，同时存在着负荷过大，调压器没有对应工作点的情况，严重时会导致电网系统的崩溃。

中国专利公开号CN104242322的专利文件公开了一种农网低电压就地无功补偿自动调节方法，增加配变低压侧自动投切无功补偿装置及低压线路无功补偿装置，对大功率用户安装就地补偿装置，在支线末端加装电压提升装置，电压提升装置包括三相不平衡调整无功补偿控制器、星接电容和角接电容，通过在相间接入电力星接电容和角接电容，结合三相不平衡调整无功补偿控制器来提高变压器输出效率和功率因数，实现支线电压的合理化调节和降低线损，有效提升支线电压。但对于长线重载线路而言，由于线路电阻和有功功率传输所造成的电压损失不能忽视，因此电容补偿不能完全解决低电压问题，且串联电容补偿还容易产生谐振问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置及方法，所述治理装置和方法消除了有载调压装置单独工作时出现的负调压效应，增加了调压器在不同负荷时的工作范围，避免调压设备导致的电压失稳而引起的系统电压崩溃；通过使用储能电站，避免了通过无功补偿和其他设备调压过程中衍生的电能质量问题；解决了储能设备由于容量限制而对低电压治理效果有限的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述治理装置包括移动式储能电站、有载调压装置和监控系统，所述移动式储能电站并联在农网输电线路上，所述移动式储能电站用于为农网负荷提供所需的有功功率来提升农网线路电压，所述有载调压装置串接在农网输电线路上，用于通过调节有载分接开关来提升线路电压，监控系统通过对馈线电压、移动式储能电站以及有载调压装置的工作状态和相应参数进行监控，实现对储能电站有功功率的输出控制和有载调压装置的调压控制。

进一步的技术方案在于：所述移动式储能电站包括电池储能系统、升降压变和高压开关柜，所述电池储能系统与升降压变之间以及升降压变与高压开关柜之间双向数据交互，所述治理装置中的移动式储能电站通过高压开关柜并联在农网输电线路上。

进一步的技术方案在于：所述有载调压装置包括依次串联的电源变压器、真空断路器、自动调压器和隔离开关，所述有载调压装置通过隔离开关与农网输电线路连接，旁路断路器的一端接电源变压器与真空断路器的结点，旁路断路器的另一端接农网输电线路。

进一步的技术方案在于：所述真空断路器与自动调压器之间以及自动调压器与隔离开关之间设有避雷器。

进一步的技术方案在于：所述自动调压器为双向调压器，用于根据线路的潮流方向来调节有载分接开关。

进一步的技术方案在于：所述自动调压器包括自耦式变压器、有载分接开关和控制器，自耦式变压器整个线圈分为三部分：串励线圈、并励线圈，控制线圈；有载分接开关是可在带负载的情况下转换接点的开关，所述控制器包括单片机、显示电路、按键电路、电压采样电路、电流采样电路、状态输入电路、通讯端口、控制输出电路和数据存储电路。

进一步的技术方案在于：所述监控系统实时对馈线电压、电流，调压器调压档位，储能电站的电压、温度、电流、SOC(电池剩余电量)、DOD(电池放电深度)以及当前输出功率、输入功率、日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量进行监控，并通过监测数据制定相应的控制策略。

本发明还公开了一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)监控系统通过馈线互感器获得农网输电线路的电压和电流信息；

2)监控系统采集移动式储能电站和有载调压装置的运行参数信息；

3)监控系统对上述采集的信息进行处理并分析，判断农网输电线路上是否存在低电压；

4)当农网输电线路电压在正常范围时，控制系统控制有载分接开关动作，将自动调压器档位置于初始值，同时控制移动式储能电站停止输出相应有功功率，而处于充电状态或者离线工作状态；

5)当农网输电线路电压处于低电压范围时，此时进一步判断仅依靠有载调压装置是否能将低电压调制到正常范围；

6)如果仅依靠有载调压装置能将低电压调制到正常范围时，监控系统控制调压器有载分接开关动作，使农网输电线路达到预定值，同时控制移动式储能电站停止输出相应有功功率，而处于充电状态或者待机状态；

7)如果仅依靠有载调压装置不能将低电压调制到正常范围时，监控系统控制有载调压装置和移动式储能电站同时工作，将有载调压装置调至相应的升压档位，移动式储能电站在缺电的情况下离网运行，在有电的情况下输出相应的功率，使农网输电线路达到预定值。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述治理装置和方法消除了有载调压装置单独工作时出现的负调压效应，增加了调压器在不同负荷时的工作范围，避免调压设备导致的电压失稳而引起的系统电压崩溃；通过使用储能电站，避免了通过无功补偿和其他设备调压过程中衍生的电能质量问题；解决了储能设备由于容量限制而对低电压治理效果有限的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所述治理装置的原理框图；

图2是本发明所述方法的流程图；

图3是某恒功率负荷线路在有载调压装置单独控制时的调压效应曲线图；

图4是某恒功率负荷线路在所述使用所述治理装置时的调压效应曲线图；

其中：1－移动式储能电站，2－有载调压装置，3－电池储能系统，4－升降压变，5－高压开关柜，6－电源变压器，7－真空断路器，8－自动调压器，9－隔离开关，10－避雷器，11－旁路断路器，12－10kV电源线，13－10kV母线，14－负荷。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，所述治理装置包括移动式储能电站1、有载调压装置2和监控系统，所述移动式储能电站1并联在农网输电线路上，所述移动式储能电站1用于为农网负荷提供所需的有功功率来提升农网线路电压，所述有载调压装置2串接在农网输电线路上，用于通过调节有载分接开关来提升线路电压，监控系统通过对馈线电压、移动式储能电站1以及有载调压装置2的工作状态和相应参数进行监控，实现对储能电站有功功率的输出控制和有载调压装置2的调压控制。

如图1所示，所述移动式储能电站1包括电池储能系统3、升降压变4和高压开关柜5，所述电池储能系统3与升降压变4之间以及升降压变4与高压开关柜5之间双向数据交互，所述治理装置通过高压开关柜5并联在农网输电线路上。

如图1所示，所述有载调压装置2包括依次串联的电源变压器6、真空断路器7、自动调压器8和隔离开关9，所述有载调压装置2通过隔离开关9与农网输电线路连接，本发明还设有旁路断路器11，旁路断路器11的一端接电源变压器6与真空断路器7的结点，旁路断路器11的另一端接农网输电线路。为了治理装置使用更加安全，所述真空断路器7与自动调压器8之间以及自动调压器8与隔离开关9之间设有避雷器10。

如图1所示，所述自动调压器8为双向调压器，用于根据线路的潮流方向来调节有载分接开关。所述自动调压器8包括自耦式变压器、有载分接开关和控制器，自耦式变压器整个线圈分为三部分：串励线圈、并励线圈，控制线圈；有载分接开关是可在带负载的情况下转换接点的开关，所述控制器包括单片机、显示电路、按键电路、电压采样电路、电流采样电路、状态输入电路、通讯端口、控制输出电路和数据存储电路。图1中左侧的粗实线表示10kV(千伏)电源线12、右侧的粗实线表示10kV母线13、右侧的箭头表示负荷14。

所述监控系统实时对馈线电压、电流，调压器调压档位，储能电站的电压、温度、电流、SOC、DOD以及当前输出功率、输入功率、日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量进行监控，并通过监测数据制定相应的控制策略。

如图2所示，本发明还公开了一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理方法，所述方法包括如下步骤：

1)监控系统通过馈线互感器获得农网输电线路的电压和电流信息；

2)监控系统采集移动式储能电站和有载调压装置的运行参数信息；

3)监控系统对上述采集的信息进行处理并分析，判断农网输电线路上是否存在低电压；

4)当农网输电线路电压在正常范围时，控制系统控制有载分接开关动作，将自动调压器档位置于初始值，同时控制移动式储能电站停止输出相应有功功率，而处于充电状态或者离线工作状态；

5)当农网输电线路电压处于低电压范围时，此时进一步判断仅依靠有载调压装置是否能将低电压调制到正常范围；

6)如果仅依靠有载调压装置能将低电压调制到正常范围时，监控系统控制调压器有载分接开关动作，使农网输电线路达到预定值，同时控制移动式储能电站停止输出相应有功功率，而处于充电状态或者待机状态；

7)如果仅依靠有载调压装置不能将低电压调制到正常范围时，监控系统控制有载调压装置和移动式储能电站同时工作，将有载调压装置调至相应的升压档位，移动式储能电站在缺电的情况下离网运行，在有电的情况下输出相应的功率，使农网输电线路达到预定值。

如图3、图4所示，n1-n4分别为某恒功率负荷线路在有载调压装置变比分别为1、1.05、1.1和1.15时的调压特性曲线，由图1可知该调压器在该线路上最大负荷工作点为348kW(在线路调压器变比为1.15时最大)，当线路负荷超过348kW(千瓦)时，该调压器无法找到对应工作点，调压器无法通过分接开关的调节实现电压上升。由图2可知，该线路在调压器工作的基础上加100kW的储能装置后，调压器的最大负荷工作点移至448kW，增加了调压器的负荷工作点。

所述治理装置和方法消除了有载调压装置单独工作时出现的负调压效应，增加了调压器在不同负荷时的工作范围，避免调压设备导致的电压失稳而引起的系统电压崩溃；通过使用储能电站，避免了通过无功补偿和其他设备调压过程中衍生的电能质量问题；解决了储能设备由于容量限制而对低电压治理效果有限的问题。

Claims (8)

1.一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述治理装置包括移动式储能电站、有载调压装置和监控系统，所述移动式储能电站并联在农网输电线路上，所述移动式储能电站用于为农网负荷提供所需的有功功率来提升农网线路电压，所述有载调压装置串接在农网输电线路上，用于通过调节有载分接开关来提升线路电压，监控系统通过对馈线电压、移动式储能电站以及有载调压装置的工作状态和相应参数进行监控，实现对储能电站有功功率的输出控制和有载调压装置的调压控制。

2.根据权利要求1所述的基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述移动式储能电站包括电池储能系统、升降压变和高压开关柜，所述电池储能系统与升降压变之间以及升降压变与高压开关柜之间双向数据交互，所述治理装置中的移动式储能电站通过高压开关柜并联在农网输电线路上。

3.根据权利要求1所述的基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述有载调压装置包括依次串联的电源变压器、真空断路器、自动调压器和隔离开关，所述有载调压装置通过隔离开关与农网输电线路连接，旁路断路器的一端接电源变压器与真空断路器的结点，旁路断路器的另一端接农网输电线路。

4.根据权利要求3所述的基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述真空断路器与自动调压器之间以及自动调压器与隔离开关之间设有避雷器。

5.根据权利要求3所述的基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述自动调压器为双向调压器，用于根据线路的潮流方向来调节有载分接开关。

6.根据权利要求3所述的基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述自动调压器包括自耦式变压器、有载分接开关和控制器，自耦式变压器整个线圈分为三部分：串励线圈、并励线圈，控制线圈；有载分接开关是可在带负载的情况下转换接点的开关，所述控制器包括单片机、显示电路、按键电路、电压采样电路、电流采样电路、状态输入电路、通讯端口、控制输出电路和数据存储电路。

7.根据权利要求1所述的基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理装置，其特征在于：所述监控系统实时对馈线电压、电流，调压器调压档位，储能电站的电压、温度、电流、SOC、DOD以及当前输出功率、输入功率、日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量进行监控，并通过监测数据制定相应的控制策略。

8.一种基于移动式储能电站和有载调压装置的电压治理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）监控系统通过馈线互感器获得农网输电线路的电压和电流信息；

2）监控系统采集移动式储能电站和有载调压装置的运行参数信息；

3）监控系统对上述采集的信息进行处理并分析，判断农网输电线路上是否存在低电压；

4）当农网输电线路电压在正常范围时，控制系统控制有载分接开关动作，将自动调压器档位置于初始值，同时控制移动式储能电站停止输出相应有功功率，而处于充电状态或者离线工作状态；

5）当农网输电线路电压处于低电压范围时，此时进一步判断仅依靠有载调压装置是否能将低电压调制到正常范围；

6）如果仅依靠有载调压装置能将低电压调制到正常范围时，监控系统控制调压器有载分接开关动作，使农网输电线路达到预定值，同时控制移动式储能电站停止输出相应有功功率，而处于充电状态或者待机状态；

7）如果仅依靠有载调压装置不能将低电压调制到正常范围时，监控系统控制有载调压装置和移动式储能电站同时工作，将有载调压装置调至相应的升压档位，移动式储能电站在缺电的情况下离网运行，在有电的情况下输出相应的功率，使农网输电线路达到预定值。