CN111628516A - 低压台区负荷调节系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压台区负荷调节系统及调节方法，所述调节系统包括电信号检测模块、调整波生成机构、控制器以及显示模块，电信号检测模块的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接调整波生成机构和显示模块的输入端，调整波生成机构的输出端连接在供电网与电信号检测模块之间的电缆上；所述调整波生成机构包括电池箱、储能双向交流器以及开关模块，电池箱、储能双向交流器和开关模块串联连接，开关电源采用T接方式通过电缆接入供电网中，电池箱和储能双向交流器的受控端连接控制器的输出端。本发明根据低压台区的负载率来控制电池组的充放电，降低了用电高峰期低压台区变压器的负载率。

Description

低压台区负荷调节系统及调节方法

技术领域

本发明涉及电网低压台区负荷调节技术领域，特别是一种低压台区负荷调节系统及调节方法。

背景技术

随着社会发展，电力负荷在一天之内的峰谷差不断加大，导致现有的电力负荷不断增大，已逐渐不能满足用户的用电需求，尤其是低压配电台区经常会出现由于配变重过载导致的低压开关频繁跳闸的情况出现，严重影响了用户用电的可靠性。

为了解决用电矛盾，电网公司一般会通过用电改造的方式，采用增加变压器台数的方式满足用户的用电需求，当时采用该方式，还存在着以下几个问题：1)在用电低谷期，如果大量小负荷用户使用过大容量变压器会导致电网的无功功率消耗过大，电网要保持无功功率平衡，就必须投入更多的无功功率电源，这就导致投入过多，造成资源浪费；2)如果短时间内无法保证无功功率平衡，电压质量会受到很大影响，进而影响电网的稳定运行，甚至有时不得不对部分用电区域停止供电；3)对供电方而言，用户功率因数低，输送的无功功率占用了系统的资源。

中国专利CN111130099A公开了一种低压台区内分布式光伏与储能的最优配比方法及系统，是在模拟台区内的发电系统和配电系统的过程中，根据分布式光伏接入容量和储能配置容量绘制可靠性指标曲线，可靠性指标曲线上的可靠性饱和点对应的分布式光伏容量与储能配置容量作为分布式光伏与储能的最优配比容量。该专利虽然提高了低压台区变电站的利用率，减小了峰谷差，但是该系统是应用于光伏系统中，使分布式光伏发电容量达到最大化，主要是促进光伏系统的消纳，不适用于大多数地区的低压台区使用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种低压台区负荷调节系统及调节方法，能够在多种低压台区的应用场景下对负荷进行调节，降低用电高峰期低压台区变压器的负载率，提高供电的可靠性和安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

低压台区负荷调节系统，包括设置在供电网与负载之间供电电缆上用于采集供电网输出电信号的电信号检测模块、用于与供电网并网为负载提供电能的调整波生成机构、用于控制调整波生成机构给负载供电的控制器以及用于显示各设备工作状态的显示模块，电信号检测模块的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接调整波生成机构和显示模块的输入端，调整波生成机构的输出端连接在供电网与电信号检测模块之间的电缆上；所述调整波生成机构包括用于储存电能的电池箱、用于切换供电网与电池箱之间的逆变和整流变换模式的储能双向交流器以及用于对交流电进行处理的开关模块，电池箱、储能双向交流器和开关模块串联连接，开关电源采用T接方式通过电缆接入供电网中，电池箱和储能双向交流器的受控端连接控制器的输出端。

上述低压台区负荷调节系统，所述电池箱包括用于储存电能的电池组和用于控制电池组充放电的电池管理单元，电池组与储能双向变流器串联连接，电池组的受控端连接电池管理单元的输出端，电池管理单元的输入端连接控制器的输出端。

上述低压台区负荷调节系统，所述电池管理单元包括分别对电池组进行分类管理的电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块，电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块的输入端连接在控制器上，电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块的输出端连接在电池组上。

上述低压台区负荷调节系统，所述电池组为多个单体为磷酸铁锂电池串联/并联组成。

上述低压台区负荷调节系统，所述储能双向交流器为三相三桥臂逆变器，包括三个并联的桥臂，每个桥臂上均设置有两个串联连接的晶体管，电池组的一端与三相三桥臂逆变器的上桥臂公共端连接，电池组的另一端与三相三桥臂逆变器的下桥臂公共端连接；三相三桥臂逆变器的三个桥臂的中点分别通过开关模块耦接供电网的第一相线、第二相线和第三相线。

上述低压台区负荷调节系统，所述储能双向交流器与电池组之间还设置有用于进行直流滤波的EMC直流滤波器。

上述低压台区负荷调节系统，所述调节装置还包括用于远程监控各设备工作状态的远程监控中心，远程监控中心的输入端通过信号传输模块连接控制器的输出端。

一种低压台区负荷调节方法，所述调节方法是基于上述的低压台区负荷调节系统来实现，具体包括以下步骤：

1)获取供电网的输出电信号和储能双向交流器的反馈电信号；

2)判定低压台区的负载率是否高于放电阈值；

3)当低压台区的负载率高于放电阈值时，电池组两供电网放电；当低压台区的负载率低于放电阈值时，判定低压台区的负载率是否低于充电阈值；

4)当低压台区的负载率低于充电阈值时，供电网向电池组充电。

一种低压台区负荷调节方法，步骤4中所述供电网向电池组充电，具体包括以下步骤：

41)获取供电网向电池组的充电功率；

42)判断电池组的充电功率和负载功率之和是否高于低压台区负载率之和；

43)若电池组充电功率和负载功率之和高于低压台区负载率之和，则降低充电功率向电池组充电。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明根据检测低压台区负载率来控制电池组的充放电，在用电低谷期对电池组进行充电，在用电高峰期电池组放电，能够有效的降低用电高峰期低压台区变压器的负载率，提高了供电可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电路结构示意图；

图3为本发明所述的电池组放电示意图；

图4为本发明所述的电池组充电示意图；

图5为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

低压台区负荷调节系统，其结构框图如图1所示，包括电信号检测模块9、调整波生成机构、控制器4和显示模块5。电信号检测模块9设置在供电网11与负载10之间的供电电缆上，用来采集供电网输出的电信号，调整波生成机构用来与供电网并网为负载提供电能；控制器4用来根据电信号检测模块9采集的供电网输出电信号控制调整波生成机构向负载供电；显示模块5用来显示各设备的工作状态。电信号检测模块9的输出端连接控制器4的输入端，控制器4的输出端分别连接调整波生成机构和显示模块5的输入端，调整波生成机构的输出端连接在供电网11与电信号检测模块9之间的电缆上。

调整波生成机构包括电池箱、储能双向交流器3和开关模块8。电池箱用来储存电能，储能双向交流器3用来切换供电网与电池箱之间的逆变和整流变换模式，开关电源8用来对交流电进行处理，电池箱、储能双向交流器3和开关模块8串联连接，开关电源8采用T接方式通过电缆接入供电网中，电池箱和储能双向交流器的受控端连接控制器的输出端。

电池箱包括电池组1和电池管理单元2。电池组1用来储存电能，电池管理单元用来控制电池组的充放电。电池组1与储能双向变流器3串联连接，电池组1的受控端连接电池管理单元2的输出端，电池管理单元2的输入端连接控制器的输出端。

电池组1为多个单体磷酸铁锂电池串联/并联组成，具有能量高、寿命长、安全性好等特点。

电池管理单元2由电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块组成，电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块的输入端连接在控制器上，电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块的输出端连接在电池组上。分别对电池组进行单体电压、总电压、总电流及温度等信号采集、数据上传、数据存储、故障告警、电池保护、参数设置、主动均衡、电池组SOC计算及标定，还能够与控制器进行信息交互，当电池组出现故障时，能够生成电池故障信号发送给控制器进行处理。

本发明的电路结构示意图如图2所示，电池组1和储能双向变流器3通过开关模块8串联后并入供电网11的方式，与传统扩容、增容的方式相比，大大节约了设备的占地面积，且采用并联的方式，也可以提高电能质量、增强供电的可靠性。

储能双向变流器3为三相三桥臂逆变器，包括三个并联的桥臂，每个桥臂上均设置有两个串联连接的晶体管；电池组1通过直流断路器和直流EMC滤波器后的一端与三相三桥臂逆变器的上桥臂公共端连接，另一端与三相三桥臂逆变器的下桥臂公共端连接；三相三桥臂逆变器的第一桥臂中点最终与供电网11的第一相线耦接；三相三桥臂逆变器的第二桥臂中点最终与供电网11的第二相线耦接；三相三桥臂逆变器的第三桥臂中点最终与供电网11的第三相线耦接；电信号检测模块9检测供电网11的输出电信号，控制器4根据电信号检测模块9的输出电信号控制三相三桥臂逆变器的各个晶体管的通断状态。

在储能双向交流器3与电池组1之间还设置有直流EMC滤波器，直流EMC滤波器的一端与三相三桥臂逆变器的其中一侧的晶体管的公共连接端连接，另一端与三相三桥臂逆变器的另外一侧的晶体管的公共连接端连接；低压台区负荷调节系统直流电源经逆变器逆变后，再经过输出电抗L和交流滤波电容C组成的滤波器后，最终并入供电网11，可以进一步对逆变器输出的补偿电压进行整形，提高逆变器输出至负载10的电能质量。

其中，上桥臂公共端是指每个桥臂上其中一侧的晶体管的公共连接端，下桥臂公共端是指每个桥臂上的另一侧晶体管的公共连接端，桥臂中点是指每个桥臂上两个晶体管之间的电气连接线上的任意位置。

本发明还可以通过远程监控中心来远程监控各设备的工作状态以及供电网的供电状态，远程监控中心通过信号传输模块与控制器相连进行数据通讯，信号传输模块的输入端连接控制器的输出端。

本发明的电池组放电示意图和电池组的充电示意图分别如图3和图4所示。在供电网11正常供电时，由供电网11为负载10供电，电信号检测模块9采集供电网11的输出电信号并发送给控制器4，控制器4根据电信号检测模块9检测出的供电网11的输出电信号，来判断供电网11的负载率是否超过给定的放电阈值，当控制器4判断供电网11的负载率超过给定的放电阈值，电池组1和储能双向变流器3开始工作，电池组开始放电向供电网11充电；当控制器4判断供电网11的负载率低于给定的充电阈值，储能双向变流器3开始工作，供电网11的部分电流向电池组1充电，当电池管理单元2检测到电池组1电已充满时，或者当控制器4判断供电网11的负载率高于给定的充电阈值时，停止充电。

本发明是基于电池组充放电的方式在低压台区高负载率时进行电能的补充，相对于传统技术中采用变压器增容、扩容等方式，可以节省投资，有效的避免了大容量变压器在低负荷时无功功率消耗多大的问题，同时还具有占地面积小、实施灵活的特点。

低压台区负荷调节的流程示意图如图5所示，具体包括以下步骤：

1)通过电信号检测模块9来获取供电网的输出电信号，以及储能双向变流器3输出信号采集模块采集的输出的反馈电信号，并将供电网的输出电信号和储能双向交流器输出的反馈电信号发送给控制器；

2)控制器根据供电网11的输出电信号来判断该低压台区供电网11的负载率是否高于放电阈值；

3)当低压台区供电网11的负载率高于设定的启动放电阈值时，则控制器4发出放电信号，将发出的放电信号产生放电的逆变调整波，电池组1和储能双向变流器3开始工作，电池组1开始放电，经过储能双向变流器3变流后，向供电网11供电，以降低低压台区的负载率。

当低压台区供电网11的负载率低于设定的启动放电阈值时，再进一步判断低压台区的负载率是否低于充电阈值。

4)当低压台区的负载率低于充电阈值时，控制器发出充电信号，然后生成充电的逆变调整波，储能双向变流器3开始工作，供电网11开始通过储能双向变流器，将交流电变为直流电后，向电池组1充电。

在向电池组1充电时，先获取供电网11向电池组的充电功率，来判断电池组充电功率和负载功率之和是否高于低压台区负载率之和，当电池组充电功率和负载功率之和高于低压台区负载率之和时，控制器4发出降低充电功率的信号，根据控制器4发出的降低充电功率信号生成降低充电功率的逆变调整波，储能双向交流器3开始工作，降低功率向电池组1充电。

本发明中电信号检测模块9对供电网11的数据采集是实时的，因此对低压台区的负载率是否高于或者低于放电阈值和充电阈值的判定也是实时的，在实际使用过程中，负载率高峰期和负载率低谷期一般在一天内某个时间段有规律的出现，因此，极少会出现电池组放电和充电在短时间内交替出现的情况。

Claims (9)

1.低压台区负荷调节系统，其特征在于：包括设置在供电网与负载之间供电电缆上用于采集供电网输出电信号的电信号检测模块、用于与供电网并网为负载提供电能的调整波生成机构、用于控制调整波生成机构给负载供电的控制器以及用于显示各设备工作状态的显示模块，电信号检测模块的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接调整波生成机构和显示模块的输入端，调整波生成机构的输出端连接在供电网与电信号检测模块之间的电缆上；所述调整波生成机构包括用于储存电能的电池箱、用于切换供电网与电池箱之间的逆变和整流变换模式的储能双向交流器以及用于对交流电进行处理的开关模块，电池箱、储能双向交流器和开关模块串联连接，开关电源采用T接方式通过电缆接入供电网中，电池箱和储能双向交流器的受控端连接控制器的输出端。

2.根据权利要求1所述的低压台区负荷调节系统，其特征在于：所述电池箱包括用于储存电能的电池组和用于控制电池组充放电的电池管理单元，电池组与储能双向变流器串联连接，电池组的受控端连接电池管理单元的输出端，电池管理单元的输入端连接控制器的输出端。

3.根据权利要求2所述的低压台区负荷调节系统，其特征在于：所述电池管理单元包括分别对电池组进行分类管理的电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块，电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块的输入端连接在控制器上，电池组管理模块、电池簇管理模块、电池堆管理模块和高压管理模块的输出端连接在电池组上。

4.根据权利要求2所述的低压台区负荷调节系统，其特征在于：所述电池组为多个单体为磷酸铁锂电池串联/并联组成。

5.根据权利要求2所述的低压台区负荷调节系统，其特征在于：所述储能双向交流器为三相三桥臂逆变器，包括三个并联的桥臂，每个桥臂上均设置有两个串联连接的晶体管，电池组的一端与三相三桥臂逆变器的上桥臂公共端连接，电池组的另一端与三相三桥臂逆变器的下桥臂公共端连接；三相三桥臂逆变器的三个桥臂的中点分别通过开关模块耦接供电网的第一相线、第二相线和第三相线。

6.根据权利要求2所述的低压台区负荷调节系统，其特征在于：所述储能双向交流器与电池组之间还设置有用于进行直流滤波的EMC直流滤波器。

7.根据权利要求1所述的低压台区负荷调节系统，其特征在于：所述调节装置还包括用于远程监控各设备工作状态的远程监控中心，远程监控中心的输入端通过信号传输模块连接控制器的输出端。

8.一种低压台区负荷调节方法，其特征在于：所述调节方法是基于权利要求1至7任一项所述的低压台区负荷调节系统来实现，具体包括以下步骤：

1)获取供电网的输出电信号和储能双向交流器的反馈电信号；

2)判定低压台区的负载率是否高于放电阈值；

3)当低压台区的负载率高于放电阈值时，电池组两供电网放电；当低压台区的负载率低于放电阈值时，进一步判定低压台区的负载率是否低于充电阈值；

4)当低压台区的负载率低于充电阈值时，供电网向电池组充电。

9.根据权利要求8所述的一种低压台区负荷调节方法，其特征在于：步骤4中所述供电网向电池组充电，具体包括以下步骤：

41)获取供电网向电池组的充电功率；

42)判断电池组的充电功率和负载功率之和是否高于低压台区负载率之和；

43)若电池组充电功率和负载功率之和高于低压台区负载率之和，则降低充电功率向电池组充电。

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