CN105958638A - 一种分布式可再生能源智能站用电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变电站智能站用电的技术领域，尤其是一种分布式可再生能源智能站用电系统，主要由站控层、网络层、调度层和信息层组成；当补充电源储能系统剩余电量不足，调度层中的决策分析服务器下发控制命令给站控层中的并网/离网切换装置进行切投并将光伏、风电、风光作为变电站辅助补充电源。在变电站站用电系统中实现利用可再生能源进行分布式发电、分布式储能和分布式用能，从长远来看具有良好的经济效益，同时提高站用电的智能化系统的开放性、经济性和可靠性。

Description

一种分布式可再生能源智能站用电系统

技术领域

本发明涉及变电站智能站用电的技术领域，尤其是一种分布式可再生能源智能站用电系统。

背景技术

能源问题是未来人类面临的最为严峻的挑战之一。传统的以煤炭、石油等化石燃料为主的能源模式将带来一系列问题，如环境污染、化石能源储量下降等，从而对可持续发展造成很大的障碍。因此，可再生能源是解决能源问题的重要途径。规模化的可再生能源包括太阳能、风能、潮汐能、生物能等。可再生能源作为一种清洁高效的新能源已受到广泛关注，随着可再生能源发电技术的日渐成熟，将可再生能源发电、储能、供电技术应用于变电站内越来越广泛。

变电站站用电系统是保障变电站安全、可靠运行的一个重要环节。一旦站用电系统出现问题，将直接或间接地影响变电站安全、可靠的运行，严重时会扩大事故范围，导致电网解列等恶性事故发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种分布式可再生能源智能站用电系统，有效利用可再生能源系统，在变电站站用电系统中实现利用可再生能源进行分布式发电、分布式储能和分布式用能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分布式可再生能源智能站用电系统，主要由站控层、网络层、调度层和信息层组成；当补充电源储能系统剩余电量不足，调度层中的决策分析服务器下发控制命令给站控层中的并网/离网切换装置进行切投并将光伏、风电、风光作为变电站辅助补充电源。

进一步地，站控层主要由分布式光伏发电设备、分布式风机发电设备、分布式风光发电设备及采集网关组成，其提供子站所有设备的接入、监控和管理，视频监控以及将数据上传到调度层。

进一步地，网络层包括现场网络交换设备和网络链路；网络层主要通过现场网络交换设备和网络线路提供全站运行系统和监控设备的互联与通信。

进一步地，调度层还包括实时冗余服务器、历史服务器、关系数据库、报警服务器和Web服务器；调度层用于实现对可再生能源的分布式光伏发电子系统、分布式风机发电子系统和分布式风光发电子系统的海量数据的采集、历史数据存储、决策分析判断自动化运行和WEB发布。

进一步地，信息层由调度层中的Web服务器实现并通过WEB客户端、手机客户端、远程访问服务器和安全网关方式进行远程访问；信息层用于操作及运维人员远程监测重要的实时数据及历史数据库的数据并且以图表的形式展示。

本发明的有益效果是：该分布式可再生能源智能站用电系统具有以下优点：

一、利用可再生能源作为发电，储能作为电站应急电源，若储能系统剩余电量不足，无法支持足够时间，再投运光伏、风机等可再生能源结合作为变电站辅助电源，整个电站切入分布式可再生能源智能化供电运行方式，从而提高站内电系统的输出电能质量，通过该智能化站用电系统在经济环保的基础上为变电站站内电系统提供有效可靠的用电保障；

二、通过智能化站内电系统对变电站的站内电站控层内各个发电、储能设备、智能能量管理系统决策分析及智能化并网/离网切换设备进行监测和控制，为了加强对整个系统的智能化管理，使得对整个系统能够直观、动态、综合的掌握整个系统的情况，杜绝各个环节设备运行数据的错报，采用的这种智能化分层的技术方案，为变电站的有效监测，控制及智能化运维提供了有力的保障；

三、通过采用分布式储能装置，通过智能能量管理系统对数据进行大数据决策分析通过设置电源切换装置为备用电源自投装置或双电源自动切换开关装置ATS，保证两个断路器的自动切换的方式来控制主电源和备用储能电源之间进行安全可靠平滑的切换，当主电源故障时刻及时切换至备用储能电源，故障排除后可及时切换回主电源，保证了站内电安全运行的可靠性，使站内电能够正常工作；

四、融合新型分布式可再生能源组成的微电网智能化系统，具有接纳分布式电源采用智能化发电分析、电能质量管理、运用电源容量优化和储能系统容量优化技术，采取决策分析服务器对各个分布式可再生能源系统的数据进行大数据运算分析从而进行决策控制，辅助大电网安全运行，实现可再生能源发电的无缝并网/离网自动化运行切投，通过这种分布式可再生能源系统即绿色又环保，节约变电站自身能耗，显著的降低变电站能耗，从长远来看具有良好的经济效益，同时提高站用电的智能化系统的开放性、经济性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的分层图；

图2是本发明的接线图。

具体实施方式

见图1，一种分布式可再生能源智能站用电系统，采用多种分布式能源系统组合方案，即分布式光伏能源系统、分布式风电能源系统和分布式风光能源系统三种系统自由组合搭配作为可再生能源作为变电站站用电系统供电电压方案。利用分布式可再生能源发电、储能、供电为变电站站用电提供备用辅助用电，经济环保的同时增加变电站站用电系统供电的稳定可靠性。

该分布式可再生能源智能站用电系统主要由站控层、网络层、调度层和信息层组成。该系统包括分布式可再生能源采能子系统、分布式储能子系统、分布式用能子系统架构组成，这种分布式可再生能源智能站用电智能化系统分别由站控层、网络层、调度层和信息层这四个层次组成实现。站控层主要通过分布式光伏发电设备、分布式风机发电设备、分布式风光发电设备及采集网关等设备组成，其提供子站所有设备的接入、监控和管理，视频监控以及将数据上传到调度层。站控层包括风机、测风塔、工业采集网关、风场SCADA、光伏电池列阵、汇流箱、低压直流柜、并网柜、逆变柜、交流低压柜、SST变压器、并网/离网切换装置和储能装置。网络层包括现场网络交换设备和网络链路。调度层包括实时冗余服务器、历史服务器、关系数据库、报警服务器、决策分析服务器和Web服务器。信息层由调度层中的Web服务器实现并通过WEB客户端、手机客户端、远程访问服务器和安全网关方式进行远程访问。

站控层中的发电设备采用固态变压器SST为站用电系统中实现能量转换提供核心技术。站控层采用分布式储能器技术，并且采用超级电容电池储能与其他储能结合方式，为可再生能源通过微网接入站用电提供可靠的支撑。站控层主要由可再生能源光伏发电、可再生能源风力发电、可再生能源风光发电通过发电装置发电，通过智能化并网/离网切换装置控制逆控单元进行并网/离网切换，通过充放电单元对系统各种分布式储能装置进行储能处理，同时为变电站内的站内电负荷提供交直流供电。站控层中各种发电、储能、切换、负荷都带有智能化接口，将这些设备的智能化接口进行组网，可以对整个站控层各种设备进行数据采集、监测。站控层组网后通过网络层的网络交换设备、路由器、交换机组、集中器、集线器、通信服务器和网络线路光纤等设备进行网络传输，将站控层收集到各类设备采集监测的数据上传到调度层。

网络层主要通过现场网络交换设备和网络线路等构成提供全站运行系统和监控设备的互联与通信。

调度层用于实现对可再生能源的分布式光伏发电子系统、分布式风机发电子系统，分布式风光发电子系统的海量数据的采集、历史数据存储、决策分析判断自动化运行、WEB发布等。调度层负责对站控层设备实时采集重要参量并进行定期存储于历史服务器及关系数据库中，这种通过工业采集网关采集到的数据通过实时冗余服务器来达到系统数据不会丢失，保证系统的数据的安全可靠，操作及运维人员可通过信息层的WEB客户端、手机客户端、远程访问服务器等方式远程监测重要的实时数据及历史数据库的数据，并且以报表和曲线、棒图、柱状图和饼图等形式展示，同时可以打印数据，为运维管理人员分析系统运行状况提供科学的依据。

调度层的决策分析服务器通过对采集站控层的设备进行分析及关联运算，当系统任何节点或任务模块中出现故障或异常，在处理系统实时历史数据过程中发现异常故障时，调度层报警服务器将自动发出各种报警提示，主要告警方式包括预设的语音报警、报警简报窗口显示、报警总表显示、报警及时打印、监控界面集中告警、手机短信告警、E-mail电子邮件报警等，报警服务器同时将系统产生的报警信息如告警时间、站点信息、告警类别、告警描述等存储到报警服务器中，同时按时间、地域信息、报警类别、描述等做复杂的关键字组合查询和进行复杂的统计。

调度层通过网络层接收到的站控层的各种智能设备的采集数据存储到实时数据服务器、冗余服务器，历史数据库、关系数据库中。调度层的报警服务器实时监控系统的采集数据，当系统任何节点、任务模块出现故障或异常，在处理系统实时的数据或历史的数据过程中发现异常、故障时，报警服务器能够自动发出各种报警提示，同时将报警信息包括报警事件、站点信息、告警类别、告警描述等同时存到历史数据库和关系数据库中，可以提供给相关人员按时间、地点、报警类型、描述等做复杂的关键字组合及进行复杂的统计、检索查询。调度层的决策分析服务器通过将接收到的站控层的各种智能设备的采集数据进行分类大数据采集分析运算进行决策控制，正常状态下通过主变站用变给系统母线供电，可再生能源发电系统一直给储能系统进行储能充电。故障状态下将补充电源储能系统作为电站的应急电源，若储能系统剩余电量不足，无法支撑足够时间，则调度层的决策分析服务器下发控制命令给站控层子系统中的并网/离网切换装置进行切投，将光伏、风电、风光作为变电站辅助补充电源，整个站用电系统切入微网运行方式。调度层的的WEB服务器用于将采集到的站控层的各种数据以报表、曲线、棒图、柱状图、饼图、各种界面形式展示进行WEB发布，这样操作及运维人员可通过信息层的WEB客户端、手机客户端、远程服务器等方式远程监测站控层的各个设备的实时数据及历史数据库的数据及以上述各种形式界面进行访问，为智能化远程运维根系提供了科学的管理依据。

信息层可以使各种权限的人员对不同权限数据进行远程监控访问和管理，保证整个系统的安全性。调度层的Web服务器主要是为信息层服务的设备，网络服务器是在网络环境下为客户端提供各种服务的专用设备，通过WEB服务器在信息层就能以WEB客户端、手机客服端、远程访问服务器等方式对整个系统进行远程监控访问和管理，在系统分权限远程访问的同时保证系统的安全性又提高系统的智能性。

系统通过决策分析服务器采集到各个子系统数据进行分析运算进行决策控制，将补充电源储能系统作为电站的应急电源，当补充电源储能系统剩余电量不足，无法支撑足够时间，调度层中的决策分析服务器下发控制命令给站控层中的并网/离网切换装置进行切投并将光伏、风电、风光作为变电站辅助补充电源，整个站用电系统切入微网运行方式，通过这种方式运维人员只需要信息层通过WEB客户端、手机客户端和远程访问服务器等方式远程监测系统并网/离网切投状态，从而大大减轻运维人员的管理负担实现智能化运维管理。

分布式可再生能源采能装置采用固态变压器SST作为能源转换的核心部件，相对于传统变压器来说有独特的优点，能够适应可再生能源发电特殊要求。SST不仅仅可以实现高压与低压之间的电压转换，还能够实现传统变压器不能实现的直流电与交流电之间的频变换，SST同时具有交流和直流环节，可实现直流低压、直流高压、交流低压、交流高压四种状态之间的转换，SST还具有双向输入输出，兼有故障隔离功能，SST频率变化和电压变换的灵活性有效阻断变压器两端故障传递，相比于传统变压器只适用于单一频率、单向电压传递、SST几乎可以适用于各种情况下电压的双向传递。由于可再生能源的多样性，SST可将可再生能源发电网络并入电网，太阳能发电实现低压直流电向高压交流电的转换，风能发电网络并入电网实现低压交流电向高压交流电的转换，SST将分布式储能装置与电力总线相连，实现直流电与交流电的双向传导。从而满足各种分布式可再生能源计入电力系统的需求同时适应了可再生能源发电应用的多样性和宽泛性的特点。

分布式可再生能源储能系统采用智能能量管理系统，智能能量管理系统的主要控制设备有可再生分布式电源控制器、可控负荷管理器、储能控制器、继电保护装置和监控终端。在运行控制过程中IEMS可以基于本地信息对电网中的事件做出快速独立的响应，当网内电压跌落、故障、停电时，智能能量管理系统可以采用控制策略使其具有自愈、自治、和自组织等功能，同时实现分布式系统独立方式与并网方式的安全运行及自动实现独立运行于并网运行之间的灵活平滑的切换。

分布式组合储能储能采用的是超级电容电池储能与传统的蓄电池储能结合的分布式储能系统，传统的电力储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能、蓄电池储能、飞轮储能等，其中，蓄电池储能由于技术相对成熟，得到各行业广泛的应用，是其它储能技术没有重大突破前的主要手段，随着可再生能源的推广应用，在变电站站用电中需要采用高效、小型的储能器和储能管理系统是分布式储能技术的进一步需求，在该系统中，为了达到能量密度、小型化、环保化、使用寿命长、安全性高的目的采用超级电容电池应用于变电站站用电中，超级电容电池安全性高、成本低、比能量与比功率高、循环寿命长，与锂离子电池、镍氢电池相比寿命更长，且电容量受温度影响很小等特点非常适合应用于传统储能方式的分布式储能器。

由于可再生能源的间隙性和分散性，变电站站用电系统为了使得电网稳定，采用分布式储能装置，分布式储能装置包括分布式储能器、储能智能管理和信息采集。

见图2，可再生能源站用电接线图，系统站用电系统利用可再生能源互补的特性，建设可再生能源站用电系统代替T接站外电源。正常状态下1号和2号站用变同时运行，各自带1段母线。故障状态下1号或2号站用变故障退出运行，分布式可再生能源系统歹徒故障变压器进行供电，在全站失电的情况下，由分布式可再生能源系统为全站站内二次设备、照明系统、视频监控和门禁用电负荷、站内日常供电负荷以及其他用电负荷进行供电。

可再生能源发电系统接入变电站直流配电柜直流屏系统，直流屏主要用于为变电站提供稳定的直流电源，即将380V交流转换为220V直流电源，在无市电输入时，通过分布式储能装置放电，为合闸母线和控制母线提供220V直流电。由此可见，由分布式可再生能源接入可以有效防范全站停电的风险，一旦电网失电，则可以通过分布式储能装置逆变出的交流电位直流屏供电，输出正常的合母电压及控母电压，保证变压站关键设备的安全运行。

权衡各方面因素特别是变电站站用电的安全性和稳定性，可将分布式可再生能源系统接入站内室内应急照明系统中，这样即使全站和备用电源同时出现故障，分布式可再生能源系统仍然可以保证照明系统的运行，为故障恢复赢得时间。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种分布式可再生能源智能站用电系统，其特征是：主要由站控层、网络层、调度层和信息层组成；当补充电源储能系统剩余电量不足，调度层中的决策分析服务器下发控制命令给站控层中的并网/离网切换装置进行切投并将光伏、风电、风光作为变电站辅助补充电源。

2.如权利要求1所述的一种分布式可再生能源智能站用电系统，其特征是：所述站控层主要由分布式光伏发电设备、分布式风机发电设备、分布式风光发电设备及采集网关组成，其提供子站所有设备的接入、监控和管理，视频监控以及将数据上传到调度层。

3.如权利要求2所述的一种分布式可再生能源智能站用电系统，其特征是：所述网络层包括现场网络交换设备和网络链路；网络层主要通过现场网络交换设备和网络线路提供全站运行系统和监控设备的互联与通信。

4.如权利要求3所述的一种分布式可再生能源智能站用电系统，其特征是：所述调度层还包括实时冗余服务器、历史服务器、关系数据库、报警服务器和Web服务器；调度层用于实现对可再生能源的分布式光伏发电子系统、分布式风机发电子系统和分布式风光发电子系统的海量数据的采集、历史数据存储、决策分析判断自动化运行和WEB发布。

5.如权利要求4所述的一种分布式可再生能源智能站用电系统，其特征是：所述信息层由调度层中的Web服务器实现并通过WEB客户端、手机客户端、远程访问服务器和安全网关方式进行远程访问；信息层用于操作及运维人员远程监测重要的实时数据及历史数据库的数据并且以图表的形式展示。