CN112701693A - 一种电压暂降治理系统、方法、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电压暂降治理系统、方法、设备和存储介质，其中系统包括：接入柜、工频隔离变压器、双向晶闸管快速切换开关；接入柜包括：若干个单级型储能单元和双级型储能单元；每个单级型储能单元均由：退役电池组、第一断路器、单级型PCS和第二断路器依次串联构成，并将每个单级型储能单元的单级型PCS依次进行连接构成单级型接入柜；双级型接入柜组成与单级型接入柜类似；单级型和双级型接入柜的储能单元均接入工频隔离变压器的原边，工频隔离变压器与双向晶闸管快速切换开关的一端连接，双向晶闸管快速切换开关串联于配电网电源与用户敏感负载之间的配电线路上。本申请解决了现有暂降治理技术成本较高且可靠性差的技术问题。

Description

一种电压暂降治理系统、方法、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及电能质量技术领域，尤其涉及一种电压暂降治理系统、方法、设备和存储介质。

背景技术

电网在实际运行过程中，电压暂降事件时有发生，比如由于雷击、短路故障、大型电机类设备启动等因素都会引起用户用电设备的端电压暂时下降。对于对一些敏感负载，当电压暂降深度和持续时间超出其耐受能力时，使得设备无法正常工作，给用户的生产带来停滞和巨大的经济损失。

近些年来，针对电压暂降问题，国内外研究设计了多种不同拓扑结构的电压暂降治理设备在这些设备中，采用“快速切换开关+储能单元”组合的设备因能够应对电压暂降和短时中断而倍受关注。

但是此类设备通常采用新电池或性能良好的旧电池作为储能单元，所以通常只通过一台大容量的PCS(储能变流器)并入电网系统。由于新电池成本较高，导致设备总体成本较高，极大地制约了其推广应用，并且当设备中的部分电池或PCS出现故障时，造成整机无法正常工作，使得其可靠性非常差。

发明内容

本申请实施例提供了一种电压暂降治理系统、方法、设备和存储介质，用于解决现有暂降治理技术成本较高且可靠性差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电压暂降治理系统，所述系统包括：

接入柜、工频隔离变压器、双向晶闸管快速切换开关；所述接入柜包括：若干个单级型储能单元；

每个所述单级型储能单元均由：退役电池组、第一断路器、单级型PCS和第二断路器依次串联构成，并将每个所述单级型储能单元的单级型PCS依次进行连接构成单级型接入柜；

每个所述单级型储能单元的所述第二断路器端均连接于所述工频隔离变压器的原边，所述工频隔离变压器与所述双向晶闸管快速切换开关的一端连接，所述双向晶闸管快速切换开关串联于配电网与用户敏感负载的输电线路上；

所述双向晶闸管快速切换开关用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据导通指令保持导通状态，当配电网电压发生暂降时，根据关断指令进行关断；

所述单级型PCS用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据充电指令控制所述单级型PCS对应的退役电池组进行浮充电，当配电网电压发生暂降时，根据逆变指令控制所述单级型PCS对应的退役电池组进行放电，当所述退役电池组发生故障时，根据切断指令进行切断，使得所述单级型PCS对应的退役电池组停止充电或放电。

可选地，所述接入柜还包括：若干个双级型储能单元；

每个所述双级型储能单元均由：退役电池组、第三断路器、双级型PCS、第四断路器依次串联构成，并将每个所述双级型储能单元的单级型PCS依次并联连接构成双级型接入柜；

每个所述双级型储能单元的第四断路器端均连接于所述工频隔离变压器的原边。

可选地，所述单级型PCS和所述双级型PCS还用于：

当所述退役电池组处于放电状态且配电网电压仍发生暂降时，判断所述退役电池组是否超过预置放电时长，若是，控制所述退役电池组停止放电，否则降低所述退役电池组的放电功率。

可选地，还包括：旁路开关、第五断路器和第六断路器；

所述第五断路器、所述双向晶闸管快速切换开关和所述第六断路器依次串联连接，所述旁路开关并联于所述第五断路器和所述第六断路器的两端；

所述旁路开关用于：当配电网系统需要维修时进行闭合，使得所述用户敏感负载处于被供电状态。

可选地，所述双向晶闸管快速切换开关还用于：

当配电网电压发生暂降时，根据关断指令通过强迫关断技术控制所述双向晶闸管快速切换开关进行关断。

本申请第二方面提供一种电压暂降治理方法，应用于第一方面的电压暂降治理系统，所述方法包括：

当配电网电压处于正常范围内时，双向晶闸管快速切换开关根据导通指令保持导通状态，单级型PCS根据充电指令控制对应的退役电池组进行充电；

当配电网电压发生暂降时，所述双向晶闸管快速切换开关根据关断指令进行关断，所述单级型PCS根据逆变指令控制对应的退役电池组进行浮充电；

当所述退役电池组发生故障时，所述单级型PCS根据切断指令进行切断，使得所述单级型PCS对应的退役电池组停止充电或放电。

可选地，还包括：

当所述退役电池组处于放电状态且配电网电压仍发生暂降时，通过所述单级型PCS判断所述退役电池组是否超过预置放电时长，若是，控制所述退役电池组停止放电，否则降低所述退役电池组的放电功率。

可选地，还包括：

当配电网系统需要维修时，对旁路开关进行闭合，使得所述用户敏感负载处于被供电状态。

本申请第三方面提供一种电压暂降治理设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第二方面所述的电压暂降治理方法的步骤。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第二方面所述的电压暂降治理方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种电压暂降治理系统，包括：单级型接入柜、双级型接入柜、工频隔离变压器、双向晶闸管、维修旁路开关；单级型接入柜包括：若干个单级型储能单元；每个单级型储能单元均由：退役电池组、第一断路器、单级型PCS和第二断路器依次串联构成，并将每个单级型储能单元的PCS依次进行并联连接构成单级型接入柜；每个单级型储能单元的第二断路器端均连接于工频隔离变压器的原边，工频隔离变压器与双向晶闸管快速切换开关的一端连接，双向晶闸管快速切换开关串联于配电网与用户敏感负载的输电线路上；双向晶闸管快速切换开关主要用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据导通指令保持导通状态，当配电网电压发生暂降时，根据关断指令进行快速关断；单级型PCS用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据充电指令控制PCS对退役电池组进行(浮)充电，当配电网电压发生暂降时，根据逆变指令控制对应的退役电池组进行放电，当退役电池组发生故障时，根据切断指令进行切断，使得单级型PCS对应的退役电池组停止充电或放电。

本申请的电压暂降治理系统，利用退役电池组和PCS组成储能单元，并将每个储能单元的PCS进行连接构成接入柜；由于双向晶闸管快速切换开关能够进行双向流通的特性，使得在配电网电压正常时，可以对储能单元的退役电池组进行充电，当配电网发生电压暂降时，通过储能单元的退役电池进行浮充电使得用户负载保持正常电压。由于退役电池组成本非常低，所以有效地降低了系统的成本，而且由于每个储能单元都有对应的PCS并且为并联关系，当其中一个储能单元发生故障时，其他储能单元还能进行充电或放电，保证了系统的可靠性，从而解决了现有暂降治理技术成本较高且可靠性差的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的一种电压暂降治理系统的系统架构图；

图2为本申请实施例中提供的一种电压暂降治理系统在配电网未发生暂降时的系统架构图；

图3为本申请实施例中提供的一种电压暂降治理系统在配电网发生暂降时的系统架构图；

图4为本申请实施例中提供的一种电压暂降治理方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1、图2和图3，本申请实施例提供的一种电压暂降治理系统的实施例，包括：

接入柜、工频隔离变压器、双向晶闸管快速切换开关(SCR)；接入柜包括：若干个单级型储能单元和双级型储能单元。

需要说明的是，单级型储能单元和双级型储能单元的区别在于：双级型储能单元多了一个双级型PCS，是由于部分退役电池成组后电压可能达不到有源逆变的条件，例如一般PCS支持的直流母线电压范围为600V-900V，退役电池成组或整包利用时，端电压可能无法达到PCS的直流母线电压要求，此时本实施例考虑增加一级直流电压变换，以满足PCS的输入电压要求。使用双向晶闸管快速切换开关是为了能够保证系统的电流双向流通，使得系统能够进行充电和放电，本领域技术人员可以使用强迫关断技术，保证发生电压暂降时能在5ms内彻底切断敏感负荷与配电网之间的电气联系。

每个单级型储能单元均由：退役电池组、第一断路器(SCBn-1)、单级型PCS和第二断路器(SCBn-2)依次串联构成，并将每个单级型储能单元的单级型PCS依次进行连接构成单级型接入柜。

需要说明的是，单级型接入柜由多个单级型储能单元组成，每个单级型储能单元通过PCS连接，也就是说每个单级型储能单元为并联关系，并均连接于工频隔离变压器用于进行对充电或放电，当某一个单级型储能单元发生故障时，还可以通过其他的单级型储能单元进行充电或放电，保证了系统的可靠性。

每个双级型储能单元均由：退役电池组、第三断路器(DCBn-1)、双级型PCS和第四断路器(DCBn-2)依次串联构成，并将每个双级型储能单元的双级型PCS依次进行连接构成双级型接入柜。

需要说明的是，本申请的电压暂降治理系统包括：单级型储能单元和双级型储能单元，但在实际的应用过程中，本领域技术人员可以根据需要进行组合，比如有：“单级型结构，双级型结构，单级+双级混合型结构”三种可选的组合；储能单元的具体数量可由用户根据敏感负荷的大小和需要电压暂降支撑时间长短来确定。

每个单级型储能单元和每个双级型储能单元的断路器端均连接于工频隔离变压器的原边，工频隔离变压器与双向晶闸管快速切换开关的一端连接，双向晶闸管快速切换开关串联于配电网与用户敏感负载的输电线路上。

双向晶闸管快速切换开关用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据导通指令保持导通状态，当配电网电压发生暂降时，根据关断指令进行关断。

可以理解的是，双向晶闸管快速切换开关根据控制指令进行闭合和关断处理。

单级型和双级型PCS均用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据充电指令控制PCS对应的退役电池组进行充电，当配电网电压发生暂降时，根据逆变指令控制对应的退役电池组进行浮充电，当退役电池组发生故障时，根据切断指令进行切断，使得PCS对应的退役电池组停止充电或放电；当退役电池组处于放电状态且配电网电压仍发生暂降时，判断退役电池组是否超过预置放电时长，若是，控制退役电池组停止放电，否则降低退役电池组的放电功率。

进一步地，还包括旁路开关、第五断路器(CB1)和第六断路器(CB2)，第五断路器、双向晶闸管快速切换开关和第六断路器依次串联连接，旁路开关并联于第五断路器和第六断路器的两端；旁路开关用于：当配电网系统需要维修时进行闭合，使得用户敏感负载处于被供电状态。

需要说明的是，当配电网供电电压在正常范围内时，第五断路器(CB1)和第六断路器(CB2)为闭合状态。

本申请的电压暂降治理系统，利用退役电池组和PCS组成储能单元，并将每个储能单元的PCS进行连接构成接入柜；由于双向晶闸管快速切换开关能够进行双向流通的特性，使得在配电网电压正常时，可以对储能单元的退役电池组进行充电，当配电网发生电压暂降时，通过储能单元的退役电池进行浮充电使得用户负载保持正常电压。由于退役电池组成本非常低，所以有效地降低了系统的成本，而且由于每个储能单元都有对应的PCS并且为并联关系，当其中一个储能单元发生故障时，其他储能单元还能进行充电或放电，保证了系统的可靠性，从而解决了现有暂降治理技术成本较高且可靠性差的技术问题。

本申请的电压暂降治理系统的工作原理为：

当配电网供电电压在正常范围内时，第五断路器(CB1)和第六断路器(CB2)闭合，旁路开关保持断开，此时系统接线如图2所示。此时控制系统给双向晶闸管快速切换开关发导通信号，双向晶闸管快速切换开关保持导通状态，使得用户负荷电流正常。配电网提供的能量通过双向晶闸管快速切换开关快速切换开关，从而供给用户敏感负荷的同时，通过工频隔离变压器对单级型和多级型接入柜内的退役电池组进行充电，电池充满后退役电池组保持浮充状态。

当配电网供电电压发生暂降或短时中断时，电压暂降治理系统的状态如图3所述，控制系统发送关断指令给关断双向晶闸管快速切换开关，使得双向晶闸管快速切换开关通过强迫关断技术保证在5ms以内关断双向晶闸管快速切换开关，与此同时，控制系统给PCS发逆变指令，触发PCS中的IGBT等开关器件导通，退役电池组开始放电，通过PCS-工频隔离变压器给用户的敏感负载供电，保证设备端电压在正常工作范围内。

由于电池组容量有限，如果在预置放电时间(例如1min)内，配电网电压仍然未恢复正常，为了避免退役电池组过放电，影响退役电池组使用寿命，此时PCS逐渐降低输出功率，直至停机；如果在预置放电时间内，配电网电压恢复正常，此时控制系统控制PCS输出功率按照一定的斜率递减，同时给晶双向闸管快速切换开关发导通指令，经过预置时间后，恢复至图2所示的工作状态，等待下一次电压暂降事件的发生。在由储能单元带负载期间，单级型接入柜和多级型接入柜内不同储能单元按照实际工作的PCS的容量比例均衡分配放电电流。在此期间，如果某一退役电池组发生故障，控制系统迅速发送指令控制相应储能单元的开关断开，隔离故障，其余储能单元按照剩余正常工作的PCS容量，重新分配退役电池组的放电电流，尽可能保证不同储能单元出力均衡。

以下为本申请实施例提供的一种电压暂降治理系统的实施例，以下为本申请实施例提供的一种电压暂降治理方法的实施例。

请参阅图4，本申请的一种电压暂降治理方法包括：

步骤103、当配电网电压处于正常范围内时，双向晶闸管快速切换开关根据导通指令保持导通状态，单级型PCS根据充电指令控制对应的退役电池组进行充电。

步骤102、当配电网电压发生暂降时，双向晶闸管快速切换开关根据关断指令进行关断，单级型PCS根据逆变指令控制对应的退役电池组进行浮充电。

步骤103、当退役电池组发生故障时，单级型PCS根据切断指令进行切断，使得单级型PCS对应的退役电池组停止充电或放电。

进一步地，本申请还提供一种电压暂降治理设备，其特征在于，设备包括处理器以及存储器：

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例的电压暂降治理方法。

进一步地，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例的电压暂降治理方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电压暂降治理系统，其特征在于，包括：接入柜、工频隔离变压器、双向晶闸管快速切换开关；所述接入柜包括：若干个单级型储能单元；

每个所述单级型储能单元均由：退役电池组、第一断路器、单级型PCS和第二断路器依次串联构成，并将每个所述单级型储能单元的单级型PCS依次进行连接构成单级型接入柜；

每个所述单级型储能单元的所述第二断路器端均连接于所述工频隔离变压器的原边，所述工频隔离变压器与所述双向晶闸管快速切换开关的一端连接，所述双向晶闸管快速切换开关串联于配电网与用户敏感负载的输电线路上；

所述双向晶闸管快速切换开关用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据导通指令保持导通状态，当配电网电压发生暂降时，根据关断指令进行关断；

所述单级型PCS用于：当配电网电压处于正常范围内时，根据充电指令控制所述单级型PCS对应的退役电池组进行浮充电，当配电网电压发生暂降时，根据逆变指令控制所述单级型PCS对应的退役电池组进行放电，当所述退役电池组发生故障时，根据切断指令进行切断，使得所述单级型PCS对应的退役电池组停止充电或放电。

2.根据权利要求1所述的电压暂降治理系统，其特征在于，所述接入柜还包括：若干个双级型储能单元；

每个所述双级型储能单元均由：退役电池组、第三断路器、双级型PCS、第四断路器依次串联构成，并将每个所述双级型储能单元的单级型PCS依次并联连接构成双级型接入柜；

每个所述双级型储能单元的第四断路器端均连接于所述工频隔离变压器的原边。

3.根据权利要求2所述的电压暂降治理系统，其特征在于，所述单级型PCS和所述双级型PCS还用于：

当所述退役电池组处于放电状态且配电网电压仍发生暂降时，判断所述退役电池组是否超过预置放电时长，若是，控制所述退役电池组停止放电，否则降低所述退役电池组的放电功率。

4.根据权利要求1所述的电压暂降治理系统，其特征在于，还包括：旁路开关、第五断路器和第六断路器；

所述第五断路器、所述双向晶闸管快速切换开关和所述第六断路器依次串联连接，所述旁路开关并联于所述第五断路器和所述第六断路器的两端；

所述旁路开关用于：当配电网系统需要维修时进行闭合，使得所述用户敏感负载处于被供电状态。

5.根据权利要求1所述的电压暂降治理系统，其特征在于，所述双向晶闸管快速切换开关还用于：

当配电网电压发生暂降时，根据关断指令通过强迫关断技术控制所述双向晶闸管快速切换开关进行关断。

6.一种电压暂降治理方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任意一种所述的电压暂降治理系统，包括：

当配电网电压处于正常范围内时，双向晶闸管快速切换开关根据导通指令保持导通状态，单级型PCS根据充电指令控制对应的退役电池组进行充电；

当配电网电压发生暂降时，所述双向晶闸管快速切换开关根据关断指令进行关断，所述单级型PCS根据逆变指令控制对应的退役电池组进行浮充电；

当所述退役电池组发生故障时，所述单级型PCS根据切断指令进行切断，使得所述单级型PCS对应的退役电池组停止充电或放电。

7.根据权利要求6所述的电压暂降治理方法，其特征在于，还包括：

当所述退役电池组处于放电状态且配电网电压仍发生暂降时，通过所述单级型PCS判断所述退役电池组是否超过预置放电时长，若是，控制所述退役电池组停止放电，否则降低所述退役电池组的放电功率。

8.根据权利要求6所述的电压暂降治理方法，其特征在于，还包括：

当配电网系统需要维修时，对旁路开关进行闭合，使得所述用户敏感负载处于被供电状态。

9.一种电压暂降治理设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求6-8任一项所述的电压暂降治理方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求6-8任一项所述的电压暂降治理方法。

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