CN111668848A - 一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种补偿变压器与储能模块结合的电流‑电压补偿系统，包括：多抽头补偿变压器模块，用于从电网取电，然后补偿供电线路的电压，使得线路末端电压符合标准；储能模块，与供电线路的三相相线和中性线连接，用于实现峰谷负荷调节；控制模块，与所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块相连，所述控制模块用于检测供电线路的电压电流信息并生成控制指令，并根据所述控制指令对所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块进行控制。本发明不仅能够实现三相电压的独立调节，且调节具有双向性，并且通过储能模块的调峰作用，可以在用电高峰时支撑补偿变压器正常工作，具有更强的适用性。

Description

一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统
技术领域
本发明涉及供电或配电领域，特别是涉及一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统。
背景技术
在国家电网全面致力于推进“坚强智能电网、泛在电力物联网”建设，构建“枢纽型、平台型、共享型”能源互联网的背景下，内陆高海拔地区，由于地区海拔较高，气候条件恶劣，电网的建设与维护过程异常艰辛，投资与运维费用却远高于东部发达地区。如何以较经济的方式为负荷分散地区的人口提供适合的供电服务，成为世界性的热点议题。由于供电半径较大，容易出现线路末端供电电压偏低，电能质量不合格的问题，随着用户负荷的不断增大，单点大负荷的不断增多，昼夜电网波峰波谷的波动，位于线路尾部的用户的供电质量会受到更大的影响，此外在负荷分散的西部地区，风能光能充足，输电线沿路存在风力发电站和光伏发电站等新能源发电，新能源发电的间歇性、随机性、波动性对电网的安全性经济性运行也提出了很大的调战，而一味地提高发电量来确保用户的供电又会造成大量电能资源的浪费，违背了智能电网建设运行的理念，如何在不强制需求侧管理的情况下，提高资源重用率，利用电网的峰谷特性，解决电网峰谷负荷调节问题也逐渐引起社会的关注。
现有的技术中负荷分散，变配电站供电半径有限，往往需要较长的中压线路和分散的变配电站才能实现整个区域的供电，而分散的变电站主变压器的利用率低，一大部分的功率损失在了线路传输的过程中，且主要是因有功电流流经较长的输电线路造成的损耗，无法通过简单地并联无功补偿设备改善末端电压特性，此外基于自耦变压器原理来抬升电压的补偿装置在负荷较大时也会失效，甚至于更加恶化，究其原因还是因为在负荷较大时线路无法传输那么大的能力，所以若要在负荷较大的时候实现有效的电压补偿，必须基于有源补偿的原理来实现。然而，现有的一些有源补偿设备通过从电网取电作为其能量来源的方式须电网提供额外的补偿所需电流，而这一电流流经输电线路会造成大量额外的线路损耗，且当负荷超出一定范围时，补偿所需消耗的电流也会增大，反而导致补偿失效。因此亟需一种新技术能够有效解决电压补偿、新能源发电消纳以及峰谷平衡等问题，实现输配电网络的全面治理与调节。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，包括：
多抽头补偿变压器模块，用于从电网取电，然后补偿供电线路的电压，使得线路末端电压符合标准；
储能模块，与供电线路的三相相线和中性线连接，用于实现峰谷负荷调节；
控制模块，与所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块相连，所述控制模块用于检测供电线路的电压电流信息并生成控制指令，并根据所述控制指令对所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块进行控制。
可选的，所述多抽头补偿变压器模块包括：取电单元、采样单元、第一控制单元和原边多抽头变压器单元；
所述取电单元并联于供电线路中，所述取电单元的输出端接至所述原边多抽头变压器单元及所述采样单元，用于为所述原边多抽头变压器单元提供能量来源，同时为所述采样单元提供供电线路实时的电压数据；
所述采样单元用于实时检测供电线路的各相电压数据，并将各相电压数据传输至所述第一控制单元；
所述第一控制单元与所述采样单元、所述原边多抽头变压器单元以及所述控制模块连接，所述第一控制单元用于根据所述控制指令接收所述采样单元输出的各相电压数据，并产生每个单相的指令信号并输出至所述原边多抽头变压器单元；
所述原边多抽头变压器单元的输入端与所述取电单元和所述第一控制单元连接，所述原边多抽头变压器单元的输出端与供电线路连接，所述原边多抽头变压器单元用于根据所述指令信号调整工作状态，实现补偿电压的正负补偿效果和电压闭环控制。
可选的，所述取电单元包括取电变压器，所述取电变压器的输出端与所述采样单元以及所述原边多抽头变压器单元连接。
可选的，所述第一控制单元包括控制器以及驱动电路；所述控制器与所述采样单元连接，用于根据所述控制指令接收所述采样单元输出的各相电压数据，并产生每个单相的指令信号，并将所述指令信号发送至所述驱动电路，所述驱动电路分别与所述控制器以及所述原边多抽头变压器单元连接，用于放大所述指令信号，并将放大后的指令信号发送至所述原边多抽头变压器单元。
可选的，所述原边多抽头变压器单元包括多个原边多抽头变压器和双向开关，多个所述原边多抽头变压器的二次侧绕组串联在三相相线线路中，多个所述原边多抽头变压器的一次侧绕组通过所述双向开关与所述取电单元连接，所述原边多抽头变压器根据所述控制模块的指令信号切换所述双向开关的状态，调整各所述原边多抽头变压器的工作状态，实现补偿电压的正负补偿效果和电压闭环控制。
可选的，所述储能模块包括：AC/DC双向变换器、储能电池、功率变换及控制单元以及电抗器；
所述AC/DC双向变换器的交流侧经所述电抗器并联至供电线路的三相相线与中性线之间，所述AC/DC双向变换器的直流侧与所述储能电池连接，用于实现所述储能模块与供电线路之间能量的双向流动；
所述功率变换及控制单元的输出端与所述AC/DC双向变换器和所述储能电池相连，所述功率变换及控制单元的输入端与所述控制模块连接，根据所述控制模块输出的控制信号控制所述AC/DC双向变换器和所述储能电池在充电或放电工作模式下进行功率变换。
可选的，当所述储能模块处于放电模式下，所述AC/DC双向变换器工作在逆变器状态，视为电流源，用于为所述多抽头补偿变压器模块提供补偿所需电流；当所述储能模块处于充电模式下，所述AC/DC双向变换器工作在整流器状态，从电网中吸收能量，实现削峰填谷平衡负荷。
可选的，所述控制模块包括：电压电流数据采集单元、新能源发电信息采集单元以及第二控制单元；
所述电压电流数据采集单元的输入端与电网以及所述多抽头补偿变压器模块相连，用于实时采集电网的电压电流信息和所述多抽头补偿变压器模块的取电电流；
所述新能源发电信息采集单元与所述储能模块连接，用于采集所述储能模块的运行状态信息，以及采集新能源发电信息；
所述第二控制单元的输入端与所述电网电压电流数据采集单元和所述新能源发电信息采集单元的输出端相连，所述第二控制单元的输出端与所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块相连，用于对供电线路中的电压电流信息和新能源发电信息进行分析，求解出当前线路所需的补偿电流和新能源发电出力，将补偿电流和新能源吸纳作为设定信号输出至所述储能模块以及所述多抽头补偿变压器模块。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明根据线路实际情况调整多抽头补偿变压器的位置，分布式地配置在输、配电线路中需要电压补偿的地方，可正负补偿电压，对电压进行闭环控制。
(2)本发明利用储能模块的削峰填谷作用，在负荷较大的电网高峰时期由储能模块来为补偿设备提供能量来源，在电网低谷时段对储能系统充电，减小电网调峰压力、提高电网运行效率、延缓和减少电源与电网建设，缓解高峰负荷供电需求。
(3)本发明新能源发电接入储能模块，能改善新能源发电的不确定性，平滑新能源发电的有功功率波动、减少其对用户电能质量的影响，从而减小分布式风能、太阳能发电对电网的冲击，增强配电网潮流、电压控制及自恢复能力，提供时空功率和能量调节能力，提高配电设施利用效率，优化资源配置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统的结构框图；
图2为本发明实施例多抽头补偿变压器模块的结构示意图；
图3为本发明实施例储能模块的结构示意图；
图4为本发明实施例控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
如图1所示，一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，包括：多抽头补偿变压器模块1、储能模块2以及控制模块3。
多抽头补偿变压器模块1用于从电网取电，然后补偿供电线路的电压，使得线路末端电压符合标准。
如图2所示，所述多抽头补偿变压器模块包括：取电单元11、采样单元12、第一控制单元13和原边多抽头变压器单元14。
所述取电单元11并联于供电线路中，所述取电单元11的输出端接至所述原边多抽头变压器单元14及所述采样单元12，用于为所述原边多抽头变压器单元14提供能量来源，同时为所述采样单元12提供供电线路实时的电压数据。所述取电单元11包括取电变压器，所述取电变压器的输出端与所述采样单元12以及所述原边多抽头变压器单元14连接。取电单元11也可以是电力电子开关器件接入电网取电。
所述采样单元12用于实时检测供电线路的各相电压数据，并将各相电压数据传输至所述第一控制单元13。
所述第一控制单元13与所述采样单元12、所述原边多抽头变压器单元14以及所述控制模块连接，所述第一控制单元13用于根据所述控制指令接收所述采样单元12输出的各相电压数据，并产生每个单相的指令信号并输出至所述原边多抽头变压器单元14。所述第一控制单元13包括控制器以及驱动电路；所述控制器与所述采样单元12连接，用于根据所述控制指令接收所述采样单元12输出的各相电压数据，并产生每个单相的指令信号，并将所述指令信号发送至所述驱动电路，所述驱动电路分别与所述控制器以及所述原边多抽头变压器单元14连接，用于放大所述指令信号，并将放大后的指令信号发送至所述原边多抽头变压器单元14。
所述原边多抽头变压器单元14的输入端与所述取电单元11和所述第一控制单元13连接，所述原边多抽头变压器单元14的输出端与供电线路连接，所述原边多抽头变压器单元14用于根据所述指令信号调整工作状态，实现补偿电压的正负补偿效果和电压闭环控制。所述原边多抽头变压器单元14包括多个原边多抽头变压器和双向开关，多个所述原边多抽头变压器的二次侧绕组串联在三相相线线路中，多个所述原边多抽头变压器的一次侧绕组通过所述双向开关与所述取电单元11连接，所述原边多抽头变压器根据所述控制模块的指令信号切换所述双向开关的状态，调整各所述原边多抽头变压器的工作状态，实现补偿电压的正负补偿效果和电压闭环控制。
储能模块2与供电线路的三相相线和中性线连接，用于实现峰谷负荷调节。
如图3所示，所述储能模块包括：AC/DC双向变换器21、储能电池22、功率变换及控制单元23以及电抗器。
所述AC/DC双向变换器21的交流侧经所述电抗器并联至供电线路的三相相线与中性线之间，所述AC/DC双向变换器21的直流侧与所述储能电池22连接，用于实现所述储能模块与供电线路之间能量的双向流动。当所述储能模块2处于放电模式下，所述AC/DC双向变换器21工作在逆变器状态，可视为电流源，用于为所述多抽头补偿变压器模块1提供补偿所需电流，当所述储能模块2处于充电模式下，所述AC/DC双向变换器21工作在整流器状态，从电网中吸收能量，实现削峰填谷平衡负荷。
所述功率变换及控制单元23的输出端与所述AC/DC双向变换器21和所述储能电池22相连，所述功率变换及控制单元23的输入端与所述控制模块连接，根据所述控制模块输出的控制信号控制所述AC/DC双向变换器21和所述储能电池22在充电或放电工作模式下进行功率变换。所述功率变换及控制单元23可以与新能源发电(光伏、风电)连接，根据控制模块3给定的新能源出力信息，吸纳新能源发电的能量。
控制模块3与所述多抽头补偿变压器模块1以及所述储能模块2相连，所述控制模块3用于检测供电线路的电压电流信息并生成控制指令，并根据所述控制指令对所述多抽头补偿变压器模块1以及所述储能模块2进行控制。
如图4所示，所述控制模块3包括：电压电流数据采集单元31、新能源发电信息采集单元32以及第二控制单元33。
所述电压电流数据采集单元31的输入端与电网以及所述多抽头补偿变压器模块相连，用于实时采集电网的电压电流信息和所述多抽头补偿变压器模块的取电电流。
所述新能源发电信息采集单元32与所述储能模块连接，用于采集所述储能模块的运行状态信息，以及采集新能源发电信息。
所述第二控制单元33的输入端与所述电网电压电流数据采集单元31和所述新能源发电信息采集单元32的输出端相连，所述第二控制单元33的输出端与所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块相连，用于对供电线路中的电压电流信息和新能源发电信息进行分析，求解出当前线路所需的补偿电流和新能源发电出力，将补偿电流和新能源吸纳作为设定信号输出至所述储能模块以及所述多抽头补偿变压器模块。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，包括：
多抽头补偿变压器模块，用于从电网取电，然后补偿供电线路的电压，使得线路末端电压符合标准；
储能模块，与供电线路的三相相线和中性线连接，用于实现峰谷负荷调节；
控制模块，与所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块相连，所述控制模块用于检测供电线路的电压电流信息并生成控制指令，并根据所述控制指令对所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，所述多抽头补偿变压器模块包括：取电单元、采样单元、第一控制单元和原边多抽头变压器单元；
所述取电单元并联于供电线路中，所述取电单元的输出端接至所述原边多抽头变压器单元及所述采样单元，所述取电单元用于为所述原边多抽头变压器单元提供能量来源，同时为所述采样单元提供供电线路实时的电压数据；
所述采样单元用于实时检测供电线路的各相电压数据，并将各相电压数据传输至所述第一控制单元；
所述第一控制单元与所述采样单元、所述原边多抽头变压器单元以及所述控制模块连接，所述第一控制单元用于根据所述控制指令接收所述采样单元输出的各相电压数据，并产生每个单相的指令信号并输出至所述原边多抽头变压器单元；
所述原边多抽头变压器单元的输入端与所述取电单元和所述第一控制单元连接，所述原边多抽头变压器单元的输出端与供电线路连接，所述原边多抽头变压器单元用于根据所述指令信号调整工作状态，实现补偿电压的正负补偿效果和电压闭环控制。
3.根据权利要求2所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，所述取电单元包括取电变压器，所述取电变压器的输出端与所述采样单元以及所述原边多抽头变压器单元连接。
4.根据权利要求2所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，所述第一控制单元包括控制器以及驱动电路；所述控制器与所述采样单元连接，用于根据所述控制指令接收所述采样单元输出的各相电压数据，并产生每个单相的指令信号，并将所述指令信号发送至所述驱动电路，所述驱动电路分别与所述控制器以及所述原边多抽头变压器单元连接，用于放大所述指令信号，并将放大后的指令信号发送至所述原边多抽头变压器单元。
5.根据权利要求2所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，所述原边多抽头变压器单元包括多个原边多抽头变压器和双向开关，多个所述原边多抽头变压器的二次侧绕组串联在三相相线线路中，多个所述原边多抽头变压器的一次侧绕组通过所述双向开关与所述取电单元连接，所述原边多抽头变压器根据所述控制模块的指令信号切换所述双向开关的状态，调整各所述原边多抽头变压器的工作状态，实现补偿电压的正负补偿效果和电压闭环控制。
6.根据权利要求1所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，所述储能模块包括：AC/DC双向变换器、储能电池、功率变换及控制单元以及电抗器；
所述AC/DC双向变换器的交流侧经所述电抗器并联至供电线路的三相相线与中性线之间，所述AC/DC双向变换器的直流侧与所述储能电池连接，用于实现所述储能模块与供电线路之间能量的双向流动；
所述功率变换及控制单元的输出端与所述AC/DC双向变换器和所述储能电池相连，所述功率变换及控制单元的输入端与所述控制模块连接，根据所述控制模块输出的控制信号控制所述AC/DC双向变换器和所述储能电池在充电或放电工作模式下进行功率变换。
7.根据权利要求6所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，当所述储能模块处于放电模式下，所述AC/DC双向变换器工作在逆变器状态，视为电流源，用于为所述多抽头补偿变压器模块提供补偿所需电流；当所述储能模块处于充电模式下，所述AC/DC双向变换器工作在整流器状态，从电网中吸收能量，实现削峰填谷平衡负荷。
8.根据权利要求1所述的补偿变压器与储能模块结合的电流-电压补偿系统，其特征在于，所述控制模块包括：电压电流数据采集单元、新能源发电信息采集单元以及第二控制单元；
所述电压电流数据采集单元的输入端与电网以及所述多抽头补偿变压器模块相连，用于实时采集电网的电压电流信息和所述多抽头补偿变压器模块的取电电流；
所述新能源发电信息采集单元与所述储能模块连接，用于采集所述储能模块的运行状态信息，以及采集新能源发电信息；
所述第二控制单元的输入端与所述电网电压电流数据采集单元和所述新能源发电信息采集单元的输出端相连，所述第二控制单元的输出端与所述多抽头补偿变压器模块以及所述储能模块相连，用于对供电线路中的电压电流信息和新能源发电信息进行分析，求解出当前线路所需的补偿电流和新能源发电出力，将补偿电流和新能源吸纳作为设定信号输出至所述储能模块以及所述多抽头补偿变压器模块。
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