CN114498698A - 一种基于配电台区的分布式储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于配电台区的分布式储能系统，应用于配电台区，包括与配电台区相连的分布式储能装置，分布式储能装置包括控制机柜和与电池机柜，控制机柜包括储能双向逆变模块和能量控制器，储能双向逆变模块一端与配电台区连接，另一端与电池机柜连接；能量控制器用于按照预设的控制策略对储能双向逆变模块的运行状态进行控制，以对分布式储能装置的工作状态进行控制；分布式储能装置的工作状态包括待机状态、充电状态与放电状态。本发明大大降低配了电台区负荷压力，通过能量协调控制，满足协调负荷、储能电池、电网之间的能量分配要求，同时提高配电台区电能质量。

Description

一种基于配电台区的分布式储能系统

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，尤其是涉及到一种基于配电台区的分布式储能系统。

背景技术

近几年，配电台区电能质量问题对居民生活、企业生产产生非常大的影响，是当前居民用电投诉的重点。造成台区电能质量问题主要原因是负荷增长，例如大规模电动汽车充电作为一种新型负荷对传统电网造成的影响越来越大，其充电具有一定的随机性，导致负荷峰谷差加剧、影响电能质量，引起台区供电线路压降过大、配变重载或超载等，给配电网的稳定运行带来了新挑战。

针对配电台区电能质量问题，通常采用装设无功补偿装置、调压装置或平衡装置等方式解决低压配电区电能质量问题，但是，上述几种方式只能解决单一的电能质量问题。而针对配电台区供电可靠性保障方面，传统解决措施有新建台区、增大低压线径、配变增容、无功补偿等。新建台区方式项目实施周期长，且在台区负荷波动较大、负荷增长缓慢的情况下，易造成电力资产利用率低、电网投资效益低等问题。从改变供电半径、有序用电等方面进行调控时不灵活，未考虑台区实际运行状况和电动汽车充电需求，同时改变供电半径意味着线路改造以及新设备的投入，投入资金大且工期长。

目前研究成果均存在一定局限性，有的在考虑配电台区低电压、无功补偿和三相不平衡治理等多种功能时，其系统复杂且成本较高；有的系统简单时又未考虑其运行的经济性，控制策略过于简单，未能充分考虑低压配电台区运行特性的差异性，尤其是配电台区低压接入的储能装置不能自适应台区运行工况进行主动调节控制。

发明内容

本发明提供了一种基于配电台区的分布式储能系统，用以改善配电台区储能系统在不同情况下运行的灵活性以及经济性的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于配电台区的分布式储能系统，应用于配电台区，包括与配电台区相连的分布式储能装置，分布式储能装置包括控制机柜和电池机柜，控制机柜包括储能双向逆变模块和能量控制器，储能双向逆变模块一端与配电台区连接，另一端与电池机柜连接；

能量控制器用于按照预设的控制策略对储能双向逆变模块的运行状态进行控制，以对分布式储能装置的工作状态进行控制；分布式储能装置的工作状态包括待机状态、充电状态与放电状态；

控制策略为根据配电台区的负载功率、电价计价时段、电池机柜的电荷状态确定储能双向变流器模块运行状态。

优选的，能量控制器内预设配电台区负载功率的第一级阈值X1、第二级阈值X2、第一回差值ΔY1和第二回差值ΔY2，还预设分布式储能装置的放电启动阈值、放电停止阈值、充电启动阈值和充电停止阈值。

优选的，控制策略包括：

A)当Pa≤X1，且分布式储能装置不在充电状态或配电台区当前的负载功率Pa低于充电启动阈值时，分布式储能装置以第一功率P1充电，即处于充电状态并保持Pa+P1≤X1+ΔY1，直至电池机柜的电荷状态达到分布式储能装置的充电停止阈值时待机；

B)当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于高峰时段时，分布式储能装置以第二功率P2放电，即处于放电状态并保持X1＜Pa-P2，直至电池机柜的电荷状态达到分布式储能装置的放电停止阈值时待机；

当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于平时段时，分布式储能装置处于待机状态；

当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于谷时段时，分布式储能装置以第三功率P3充电，即处于充电状态并保持X2≥Pa+P2，直至电池机柜的电荷状态达到分布式储能装置的充电停止阈值时待机；

C)当X2＜Pa时，分布式储能装置以第四功率P4放电，即处于放电状态并保持X2≥Pa-P4≥X2-ΔY2，直至电池机柜的电荷状态达到分布式储能装置的放电停止阈值时待机。

优选的，能量控制器与配电台区的台区负荷计量电表相连，用于获取配电台区的负载功率Pa。

优选的，控制机柜还包括交流断路器、储能双向逆变模块和双向计量电表；

交流断路器设于储能双向逆变模块和配电台区之间；

直流断路器设于储能双向逆变模块和电池柜之间；

双向计量电表与储能双向逆变模块连接。

优选的，电池柜组包括电池簇，电池簇由多个电池插箱串联组成，电池插箱由多个单体单芯串联和/或并联组成。

优选的，电池簇的电压数值范围是200～900V，电池插箱的电压数值范围为30～60V。

优选的，电池柜组还包括高压保护箱，高压保护箱设于直流断路器和电池簇之间，高压保护箱包括熔断器、接触器、断路器和簇控制单元，用于对电池簇进行保护与控制。

优选的，分布式储能装置接入充电桩，用于满足以电能驱动的交通工具或其他设备的充电需求和使用。

本发明具有以下有益效果：

本发明的一种基于配电台区的分布式储能系统，应用于配电台区，包括与配电台区相连的分布式储能装置，分布式储能装置包括控制机柜和与电池机柜，控制机柜包括储能双向逆变模块和能量控制器，储能双向逆变模块一端与配电台区连接，另一端与电池机柜连接；能量控制器用于按照预设的控制策略对储能双向逆变模块的运行状态进行控制，以对分布式储能装置的工作状态进行控制；分布式储能装置的工作状态包括待机状态、充电状态与放电状态，能够大大降低配电台区负荷压力的能量协调控制，满足协调负荷、储能电池、电网之间的能量分配要求，同时提高配电台区电能质量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的控制机柜的正视图；

图2是本发明优选实施例的控制机柜的后视图；

图3是本发明优选实施例的电池机柜的正视图；

图4是本发明优选实施例的电池机柜的俯视图。

图中各标号表示：

1、控制机柜；2、电池机柜；3、能量控制器；4、储能双向逆变模块；5、交流进线母排；6、充电桩交流断路器；7、交流断路器；8、直流断路器；9、交流微型断路器；10、防雷器；11、双向计量电表；12、触摸屏；13、工业交换机；14、4G路由器；15、温湿度传感器；16、漏水监测器；17、电池插箱；18、高压保护箱；19、工业空调；20、消防装置；21、烟雾传感器；22、水浸传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1-4，一种基于配电台区的分布式储能系统，应用于配电台区，包括与配电台区相连的分布式储能装置，分布式储能装置包括控制机柜1和电池机柜2，控制机柜1包括储能双向逆变模块4和能量控制器3，储能双向逆变模块4一端与配电台区连接，另一端与电池机柜2连接；

能量控制器3用于按照预设的控制策略对储能双向逆变模块4的运行状态进行控制，以对分布式储能装置的工作状态进行控制；分布式储能装置的工作状态包括待机状态、充电状态与放电状态；

需要说明的是，能量控制器3与储能双向逆变模块4通信连接，通过LAN或者RS485通信接口采集储能双向逆变模块4的运行信息，并控制储能双向逆变模块4的工作状态，以调整储能装置的充放电状态，以优化台区负荷率以及电能质量；储能双向逆变模块4与配电台区的交流母线相连，用于交流电和直流电之间的转换。

实施时，配电台区额输出交流侧通过一条交流母线接入控制机柜1的交流进线母排5，交流进线母排5与储能双向逆变模块4相连，位于控制机柜1下端。

控制策略为根据配电台区的负载功率、电价计价时段、电池机柜2的电荷状态确定储能双向变流器模块运行状态。

可选的，能量控制器3内预设配电台区负载功率的第一级阈值X1、第二级阈值X2、第一回差值ΔY1和第二回差值ΔY2，还预设分布式储能装置的放电启动阈值、放电停止阈值、充电启动阈值和充电停止阈值。

可选的，控制策略包括比对配电台区的负载功率Pa与第一级阈值X1、第二级阈值X2的大小：

A)当Pa≤X1，且分布式储能装置不在充电状态或配电台区当前的负载功率Pa低于充电启动阈值时，分布式储能装置以第一功率P1充电，即处于充电状态并保持Pa+P1≤X1+ΔY1，直至电池机柜2的电荷状态达到分布式储能装置的充电停止阈值时待机；

B)当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于高峰时段时，分布式储能装置以第二功率P2放电，即处于放电状态并保持X1＜Pa-P2，直至电池机柜2的电荷状态达到分布式储能装置的放电停止阈值时待机；

当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于平时段时，分布式储能装置处于待机状态；

当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于谷时段时，分布式储能装置以第三功率P3充电，即处于充电状态并保持X2≥Pa+P2，直至电池机柜2的电荷状态达到分布式储能装置的充电停止阈值时待机；

C)当X2＜Pa时，分布式储能装置以第四功率P4放电，即处于放电状态并保持X2≥Pa-P4≥X2-ΔY2，直至电池机柜2的电荷状态达到分布式储能装置的放电停止阈值时待机。

在本可选的实施方式中，控制策略通过对配电台区状态的监测，实时调整充放电功率、有功功率、无功功率输出，优化配电台区电能质量以及改善配电台区供电可靠性；同时可根据不同地区分时段不同电价的情况，在低电价时储能装置充电，在高电价时储能装置放电。能量控制器3可综合分时段电价、台区负荷率、电能质量等因素，智能化调整充放电策略，既可满足台区电能质量与供电可靠性要求，同时提高其运行的经济性。

可选的，能量控制器3与配电台区的台区负荷计量电表相连，用于获取配电台区的负载功率Pa。

实施时，能量控制器3根据获取的配电台区负载、电压和电流等数据，对储能双向逆变模块4进行有功、无功输出控制，调整功率因素，降低配电台区输入端无功功率，降低线路压降损耗，改善台区重过载、低电压等。

实施时，能量控制器3可以通过工业交换机13接入4G路由器14与云服务器连接，将能量控制器3内数据上传至云服务器，云服务器可以与终端连接，运维人员通过终端远程下发控制命令，改变储能装置运行状态。

可选的，控制机柜1还包括交流断路器7、储能双向逆变模块4和储能双向计量电表11；

交流断路器7设于储能双向逆变模块4和配电台区之间；

直流断路器8设于储能双向逆变模块4和电池柜之间；

双向计量电表11与储能双向逆变模块4连接。

在本可选的实施方式中，交流断路器7用于配电台区交流电与布式储能装置的切断与连接，且具备分励脱扣与辅助触点，可远程进行分合闸以及状态监测；直流断路器8具备分励脱扣与辅助触点，可远程进行分合闸以及状态监测；双向计量系统计量交流进线侧电量、功率、电压、电流等。实施时，为了防雷保护，储能装置交流进线侧还设有防雷器10。

可选的，电池柜组包括电池簇，电池簇由多个电池插箱17串联组成，电池插箱17由多个单体单芯串联和/或并联组成。

可选的，电池簇电压的数值范围是200～900V，电池插箱17电压数值范围为30～60V。

可选的，电池柜组还包括高压保护箱18，高压保护箱18设于直流断路器8和电池簇之间，高压保护箱18包括熔断器、接触器、断路器和簇控制单元，用于对电池簇进行保护与控制。

在本可选的实施方式中，高压保护箱18即为电池管理系统，与储能双向逆变模块4和能量控制器3通讯连接，可以上传数据并接收能量控制器3下发的指令；电池插箱17内设电池管理系统的数据采集单元用于采集单体电芯的电压、温度等数据；簇控制单元为电池管理系统的控制单元，与熔断器、接触器、断路器连接，工作时采集电池簇总电压、总电流、绝缘电阻等，可对电池簇进行保护与控制。

需要说明的是，电池机柜2内部配置控温装置，通过采用空调或液冷机组维持运行温度时刻处于控制温度范围内，同时保证电池机柜2内部温差不大于温差阈值；同时配置消防装置20和消防监测装置，消防监测装置包括烟雾传感器21、水浸传感器22、气体监测等传感器；当消防监测装置监测到异常后启动消防装置20，消防装置20采用感温式七氟丙烷灭火系统，设于电池机柜2内部后端底部，当机柜内温度达到一定范围时自动启动，同时可将异常情况上传至能量控制器3，亦可通过能量控制器3将告警信息上传至服务器，远程告知运维人员。实施时，控制机柜1内设有漏水监测器16，用于监测控制机柜1内漏水情况；

控制机柜1内设有温湿度传感器15用于监测控制机柜1内部温度以及湿度；

控制机柜1内设有工业空调19，当控制机柜1内部温度以及湿度不在正常范围内时启动；

控制机柜1内设有交流微型断路器9，与能量控制器3相连，为储能装置内部设备供电的总开关，例如用于工业空调19等；

控制机柜1上设有触摸屏12，触摸屏12与能量控制器3连接，用于显示分布式储能装置本地数据。

需要说明的是，本发明的分布式储能系统可以设置多个控制机柜1并联，同时可在一个控制机柜1内设置多个储能双向逆变模块4与多个电池机柜2连接，便于根据不同配电台区不同功率、使用要求进行灵活配置。

可选的，分布式储能装置接入充电桩，用于满足以电能驱动的交通工具或其他设备的充电需求和使用。

实施时，分布式储能装置内预设充电桩交流断路器6与充电桩连接，充电桩交流断路器6的闭合用于控制是否启用充电桩。

综上可知，本发明的一种基于配电台区的分布式储能系统，应用于配电台区，包括与配电台区相连的分布式储能装置，分布式储能装置包括控制机柜1和与电池机柜2，控制机柜1包括储能双向逆变模块4和能量控制器3，储能双向逆变模块4一端与配电台区连接，另一端与电池机柜2连接；能量控制器3用于按照预设的控制策略对储能双向逆变模块4的运行状态进行控制，以对分布式储能装置的工作状态进行控制；分布式储能装置的工作状态包括待机状态、充电状态与放电状态，能够大大降低配电台区负荷压力的能量协调控制，满足协调负荷、储能电池、电网之间的能量分配要求，同时提高配电台区电能质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于配电台区的分布式储能系统，应用于配电台区，其特征在于，包括与所述配电台区相连的分布式储能装置，所述分布式储能装置包括控制机柜(1)和电池机柜(2)，所述控制机柜(1)包括储能双向逆变模块(4)和能量控制器(3)，所述储能双向逆变模块(4)一端与配电台区连接，另一端与电池机柜(2)连接；

所述能量控制器(3)用于按照预设的控制策略对所述储能双向逆变模块(4)的运行状态进行控制，以对所述分布式储能装置的工作状态进行控制；所述分布式储能装置的工作状态包括待机状态、充电状态与放电状态；

所述控制策略为根据配电台区的负载功率、电价计价时段、电池机柜(2)的电荷状态确定储能双向变流器模块运行状态。

2.根据权利要求1所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述能量控制器(3)内预设配电台区负载功率的第一级阈值X1、第二级阈值X2、第一回差值ΔY1和第二回差值ΔY2，还预设分布式储能装置的放电启动阈值、放电停止阈值、充电启动阈值和充电停止阈值。

3.根据权利要求2所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述控制策略包括：

A)当Pa≤X1，且所述分布式储能装置不在充电状态或所述配电台区当前的负载功率Pa低于充电启动阈值时，所述分布式储能装置以第一功率P1充电，即处于充电状态并保持Pa+P1≤X1+ΔY1，直至电池机柜(2)的电荷状态达到分布式储能装置的充电停止阈值时待机；

B)当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于高峰时段时，分布式储能装置以第二功率P2放电，即处于放电状态并保持X1＜Pa-P2，直至电池机柜(2)的电荷状态达到分布式储能装置的放电停止阈值时待机；

当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于平时段时，所述分布式储能装置处于待机状态；

当X1＜Pa≤X2，且电价计价时段处于谷时段时，所述分布式储能装置以第三功率P3充电，即处于充电状态并保持X2≥Pa+P2，直至电池机柜(2)的电荷状态达到分布式储能装置的充电停止阈值时待机；

C)当X2＜Pa时，分布式储能装置以第四功率P4放电，即处于放电状态并保持X2≥Pa-P4≥X2-ΔY2，直至电池机柜(2)的电荷状态达到分布式储能装置的放电停止阈值时待机。

4.根据权利要求1所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述能量控制器(3)与配电台区的台区负荷计量电表相连，用于获取所述配电台区的负载功率Pa。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述控制机柜(1)还包括交流断路器(7)、所述储能双向逆变模块(4)和双向计量电表(11)；

所述交流断路器(7)设于所述储能双向逆变模块(4)和所述配电台区之间；

所述直流断路器(8)设于所述储能双向逆变模块(4)和所述电池柜之间；

双向计量电表(11)与所述储能双向逆变模块(4)连接。

6.根据权利要求5所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述电池柜组包括电池簇，所述电池簇由多个电池插箱(17)串联组成，所述电池插箱(17)由多个单体单芯串联和/或并联组成。

7.根据权利要求6所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述电池簇的电压数值范围是200～900V，所述电池插箱(17)的电压数值范围为30～60V。

8.根据权利要求6所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述电池柜组还包括高压保护箱(18)，所述高压保护箱(18)设于所述直流断路器(8)和所述电池簇之间，所述高压保护箱(18)包括熔断器、接触器、断路器和簇控制单元，用于对所述电池簇进行保护与控制。

9.根据权利要求1所述的基于配电台区的分布式储能系统，其特征在于，所述分布式储能装置接入充电桩，用于满足以电能驱动的交通工具或其他设备的充电需求和使用。

Images