CN114825599B - 一种基于能量路由器的智慧保供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于能量路由器的智慧保供电系统，包括公变、专变、两个能量路由器、两个快切开关、DC/DC模块、储能装置、采集终端和控制器，专变连接专变控制开关、旁路开关后，经负荷控制开关与相应的负荷连接；公变经公变控制开关、快切第一开关连接第一能量路由器，第一能量路由器经DC/DC模块连接储能装置，同时连接第二能量路由器，第二能量路由器经第二快切开关连接至专变控制开关与旁路开关之间，同时经负荷开关连接至旁路开关后；采集终端采集专变低压侧的电压、电流及功率信息并与控制器连接；控制器分别与各个能量路由器、DC/DC模块、控制开关连接。该系统有利于确保重要保电负荷的不间断供电，并增加电网弹性，提高重要用户设备的使用寿命。

Description

一种基于能量路由器的智慧保供电系统
技术领域
本发明属于供电领域，具体涉及一种基于能量路由器的智慧保供电系统。
背景技术
近年来，随着重要电力用户对不停电要求不断提高，传统的交流配电系统故障恢复慢，难以满足高可靠供电需求。特别是一些区域的特殊地理条件，双回路（公共电网）供电改造难度巨大，无法满足高供电可靠性要求。
根据目前典型的传统配电网构架，在重要用户需要保供电时，主要是通过柴油发电机、应急发电车作为应急电源，保证在变压器失电的情况下通过应急电源确保用电的正常供应，但是利用柴油发电机、应急发电车都无法做到“无感知”转供电，会出现短时间停电，影响重要负荷的正常运行，同时重要用户的变压器缺少动态调节能力，容易导致台区变压器短时重过载或长期低效运行，影响变压器使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于能量路由器的智慧保供电系统，该系统有利于确保重要保电负荷的不间断供电，并增加电网弹性，提高重要用户设备的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于能量路由器的智慧保供电系统，包括公变、专变、两个能量路由器、两个快切开关、DC/DC功率模块、储能装置、采集终端和系统控制器，专变的低压侧依次连接专变控制开关、旁路开关后，经多个负荷控制开关分别与相应的重要负荷和普通负荷连接；所述公变的低压侧经公变控制开关连接第一快切开关，所述快切第一开关连接第一能量路由器的交流接口，所述第一能量路由器的直流接口分两路，一路经DC/DC功率模块连接储能装置，另一路连接第二能量路由器的直流接口，所述第二能量路由器的交流接口分两路，一路经第二快切开关连接至专变控制开关与旁路开关之间的线路上，另一路经负荷开关连接至旁路开关与负荷控制开关之间的线路上；所述采集终端采集专变低压侧的电压、电流及功率信息并与系统控制器连接；所述系统控制器分别与各个能量路由器、DC/DC功率模块、公变控制开关、专变控制开关、负荷控制开关连接，以控制各个组成单元工作。
进一步地，正常运行时，公变控制开关、第一快切开关、第二快切开关、负荷开关、专变控制开关、需工作的负荷对应的负荷控制开关接通，旁路开关断开，第一能量路由器处于功率控制模式，即P/Q模式，第二能量路由器处于直流电压控制模式，即Udc模式；当专变负载率不高于设定的负载率阈值时，负荷全部由专变供电，台区间无功率转移，储能装置处于浮充状态；当专变负载率高于设定的负载率阈值时，第一能量路由器处于P/Q模式，第二能量路由器处于Udc模式，公变通过第一能量路由器和第二能量路由器给专变部分负荷供电，使专变负载率降至负载率阈值以下的经济区间，实现专变动态增容的效果，此时储能装置处于浮充状态。
进一步地，当专变或高压侧发生故障时，采集终端检测到专变低压侧电压降低，当电压低至设定阈值时，系统控制器控制第二快切开关和专变控制开关断开，以切断与专变的连接，隔离故障，同时控制第一能量路由器瞬间由P/Q模式切换至Udc模式，控制第二能量路由器瞬间由Udc模式切换至交流电压控制模式，即V/F模式，负荷由公变供电，在公变正常运行时，储能装置处于浮充状态。
进一步地，当第二能量路由器发生故障时，第二能量路由器自动保护，闭锁自身与保电负荷及专变的连接，系统控制器控制第二快切开关、负荷开关断开，控制旁路开关接通，负荷由专变供电；当第二能量路由器恢复正常后，第二能量路由器恢复与保电负荷及专变的电气连接，系统控制器控制第二快切开关、负荷开关接通，控制旁路开关断开，恢复正常运行方式。
进一步地，当专变低压母线或其出线发生故障时，采集终端检测到专变低压侧电压降低，当电压低至设定阈值时，系统控制器控制第二快切开关迅速断开，以切断与专变的连接，同时控制第一能量路由器瞬间由P/Q模式切换至Udc模式，控制第一能量路由器瞬间由Udc模式切换至V/F模式，继续为交流负荷供电；但此时故障点未隔离，第一能量路由器检测到供电范围内存在故障，其自身的保护动作，第一能量路由器和第二能量路由器停机并断开与交流负荷的电气连接，等待专业人员查找并排除故障后，再重新投入运行。
进一步地，当公变与专变均发生故障时，系统控制器控制第一能量路由器、两个快切开关断开，DC/DC功率模块处于Udc模式，第二能量路由器由Udc模式切换至V/F模式，控制负荷开关接通，同时控制普通负荷对应的负荷控制开关断开，储能装置通过DC/DC功率模块只给重要负荷供电。
进一步地，所述储能装置的配备容量与重要负荷相匹配，以保证当公变与专变均发生故障时，重要负荷仍能正常运行一段时间。
进一步地，还包括融合终端，所述系统控制器与融合终端连接，以通过融合终端与物联网管理平台通讯，所述物联网管理平台将相关数据上传至配电主站和供电服务指挥系统，所述融合终端接收物联网管理平台下发的调度指令，以控制第一能量路由器、第二能量路由器内的联络线功率及开关机，构建配电主站与本地系统的多级控制架构。
进一步地，所述系统控制器通过RS-485/CAN总线与第一能量路由器、第二能量路由器和DC/DC功率模块连接，以实现对系统内能量流动信息采集与控制；所述系统控制器通过RS-485与采集终端以及各个公变控制开关、专变控制开关、负荷控制开关连接；所述系统控制器通过以太网接入融合终端，所述融合终端通过无线网络接入物联网管理平台。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种基于能量路由器的智慧保供电系统，该系统不需要进行配网改造，基于有限的设备即实现了供电公司对重要用户保供电期间“无感知”转供电，确保重要负荷的不间断供电，同时解决用户专变无法动态调节能力的问题，增加电网弹性，提高重要用户设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例的系统架构示意图。
图2是本发明实施例的通信架构图。
图3是本发明实施例中系统正常运行示意图。
图4是本发明实施例中专变或高压侧故障示意图。
图5是本发明实施例中能量路由器故障示意图。
图6是本发明实施例中公变与专变均故障示意图。
图中：1、公变；2、融合终端；3、第一快切开关；4、第一能量路由器；5、DC/DC功率模块；6、储能装置；7、第二能量路由器；8、第二快切开关；9、负荷开关；10、采集终端；11、专变；12、专变控制开关；13、旁路开关；14、第一负荷控制开关；15、第二负荷控制开关；16、第三负荷控制开关；17、系统控制器；18、公变控制开关。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种基于能量路由器的智慧保供电系统，包括公变1、专变11、两个能量路由器、两个快切开关、DC/DC功率模块5、储能装置6、采集终端10和系统控制器17，专变11的低压侧依次连接专变控制开关12、旁路开关13后，经多个负荷控制开关分别与相应的重要负荷和普通负荷连接；所述公变1的低压侧经公变控制开关18连接第一快切开关3，所述快切第一开关连接第一能量路由器4的交流接口，所述第一能量路由器4的直流接口分两路，一路经DC/DC功率模块5连接储能装置6，另一路连接第二能量路由器7的直流接口，所述第二能量路由器7的交流接口分两路，一路经第二快切开关8连接至专变控制开关12与旁路开关13之间的线路上，另一路经负荷开关9连接至旁路开关13与负荷控制开关之间的线路上；所述采集终端10采集专变低压侧的电压、电流及功率信息并与系统控制器17连接；所述系统控制器17分别与各个能量路由器、DC/DC功率模块5、公变控制开关18、专变控制开关12、负荷控制开关连接，以控制各个组成单元工作。
如图3所示，正常运行时，公变控制开关18、第一快切开关3、第二快切开关8、负荷开关9、专变控制开关12、需工作的负荷对应的负荷控制开关接通，旁路开关13断开，公变侧的第一能量路由器4处于功率控制模式，即P/Q模式，第二能量路由器7处于直流电压控制模式，即Udc模式；当专变负载率不高于设定的负载率阈值（本实施例为70%）时，负荷全部由专变供电，台区间无功率转移，第一能量路由器4处于P/Q模式，第二能量路由器7处于Udc模式，储能装置6处于浮充状态；当专变负载率高于设定的负载率阈值时，第一能量路由器4处于P/Q模式，第二能量路由器7处于Udc模式，公变1通过第一能量路由器4和第二能量路由器7组成的柔性互联装置给专变部分负荷供电，使专变负载率降至60%～70%经济区间，实现专变动态增容的效果，此时储能装置6处于浮充状态。
如图4所示，当专变或高压侧发生故障时，采集终端10检测到专变低压侧电压降低，当电压低至设定阈值时，系统控制器17控制第二快切开关8和专变控制开关12断开，以切断与专变电气回路的连接，隔离故障，同时控制第一能量路由器4瞬间由P/Q模式切换至Udc模式，控制第二能量路由器7瞬间由Udc模式切换至交流电压控制模式，即V/F模式，负荷由公变1供电，在公变正常运行时，储能装置6处于浮充状态。
如图5所示，当第二能量路由器7发生故障时，第二能量路由器7自动保护，闭锁自身与保电负荷及专变的连接，系统控制器17控制第二快切开关8、负荷开关9断开，控制旁路开关13接通，负荷由专变供电；当第二能量路由器7恢复正常后，第二能量路由器7恢复与保电负荷及专变的电气连接，系统控制器17控制第二快切开关8、负荷开关9接通，控制旁路开关13断开，恢复正常运行方式。
当专变低压母线或其出线发生故障时，采集终端10检测到专变低压侧电压降低，当电压低至设定阈值时，系统控制器17控制第二快切开关8迅速断开，以切断与专变电气回路的连接，同时控制第一能量路由器4瞬间由P/Q模式切换至Udc模式，第二能量路由器7瞬间由Udc模式切换至V/F模式，继续为交流负荷供电；但此时故障点未隔离，第二能量路由器7检测到供电范围内存在故障，其自身的保护动作，第一能量路由器4和第二能量路由器7停机并断开与交流负荷的电气连接，等待专业人员查找并排除故障后，再重新投入运行。
如图6所示，当公变与专变均发生故障时，系统控制器17控制两个能量路由器、两个快切开关断开，控制负荷开关9接通，同时控制普通负荷对应的负荷控制开关断开，储能装置6通过DC/DC功率模块5只给重要负荷供电，此时DC/DC功率模块5处于Udc模式，第二能量路由器7由Udc模式切换至V/F模式。所述储能装置6的配备容量与重要负荷相匹配，以保证当公变与专变均发生故障时，重要负荷仍能正常运行一段时间。
如图2所示，本系统还包括融合终端2，所述系统控制器17与融合终端2连接，以通过融合终端2与物联网管理平台通讯，所述物联网管理平台将相关数据上传至配电主站和供电服务指挥系统，所述融合终端2接收物联网管理平台下发的调度指令，以控制第一能量路由器4、第二能量路由器7内的联络线功率及开关机，构建配电主站与本地系统的多级控制架构，实现多目标分层优化控制：（1）配电主站进行全局优化和指令下发，边端设备根据实时监测数据进行指令的动态分解与执行，同时实现组件级应急保护与故障隔离；（2）通过云边协控实现互联台区重载转供、空载优化、故障恢复与失电支援等优化控制，多维度提升台区供电水平。
在本实施例中，所述系统控制器17通过RS-485/CAN总线与第一能量路由器4、第二能量路由器7和DC/DC功率模块5连接，以实现对系统内能量流动信息采集与控制；所述系统控制器17通过RS-485与采集终端10以及各个公变控制开关18、专变控制开关12、负荷控制开关14、15、16连接；所述系统控制器17通过以太网接入融合终端2，所述融合终端2通过无线网络接入物联网管理平台。
本发明的智慧保供电系统，可以实现对重要负荷的保电，当重要用户专变发生故障无法供电时，系统可实现毫秒级切换，负荷“零秒”转供，通过另一路电源向重要保电负荷不间断供电。系统控制器与台区侧融合终端通讯，将重要信息上传配电自动化主站和现有供电服务指挥系统，将最优控制层的策略以微应用APP的形式部署于融合终端，对柔性互联系统进行全景化实时监测与控制。直流侧设置的储能装置，作为第三路应急电源，可方便移动，根据保电需求可将储能装置转移至其他场景应用，接口可实现即插即用。在本实施例中，直流侧预留了接口可适应光伏接入的背景和需求，通过分布式光伏增加保电电源，进一步提升供电可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于能量路由器的智慧保供电系统，其特征在于，包括公变、专变、两个能量路由器、两个快切开关、DC/DC功率模块、储能装置、采集终端和系统控制器，专变的低压侧依次连接专变控制开关、旁路开关后，经多个负荷控制开关分别与相应的重要负荷和普通负荷连接；所述公变的低压侧经公变控制开关连接第一快切开关，所述快切第一开关连接第一能量路由器的交流接口，所述第一能量路由器的直流接口分两路，一路经DC/DC功率模块连接储能装置，另一路连接第二能量路由器的直流接口，所述第二能量路由器的交流接口分两路，一路经第二快切开关连接至专变控制开关与旁路开关之间的线路上，另一路经负荷开关连接至旁路开关与负荷控制开关之间的线路上；所述采集终端采集专变低压侧的电压、电流及功率信息并与系统控制器连接；所述系统控制器分别与各个能量路由器、DC/DC功率模块、公变控制开关、专变控制开关、负荷控制开关连接，以控制各个组成单元工作；
正常运行时，公变控制开关、第一快切开关、第二快切开关、负荷开关、专变控制开关、需工作的负荷对应的负荷控制开关接通，旁路开关断开，第一能量路由器处于功率控制模式，即P/Q模式，第二能量路由器处于直流电压控制模式，即Udc模式；当专变负载率不高于设定的负载率阈值时，负荷全部由专变供电，台区间无功率转移，储能装置处于浮充状态；当专变负载率高于设定的负载率阈值时，第一能量路由器处于P/Q模式，第二能量路由器处于Udc模式，公变通过第一能量路由器和第二能量路由器给专变部分负荷供电，使专变负载率降至负载率阈值以下的经济区间，实现专变动态增容的效果，此时储能装置处于浮充状态；
当专变或高压侧发生故障时，采集终端检测到专变低压侧电压降低，当电压低至设定阈值时，系统控制器控制第二快切开关和专变控制开关断开，以切断与专变的连接，隔离故障，同时控制第一能量路由器瞬间由P/Q模式切换至Udc模式，控制第二能量路由器瞬间由Udc模式切换至交流电压控制模式，即V/F模式，负荷由公变供电，在公变正常运行时，储能装置处于浮充状态；
当第二能量路由器发生故障时，第二能量路由器自动保护，闭锁自身与保电负荷及专变的连接，系统控制器控制第二快切开关、负荷开关断开，控制旁路开关接通，负荷由专变供电；当第二能量路由器恢复正常后，第二能量路由器恢复与保电负荷及专变的电气连接，系统控制器控制第二快切开关、负荷开关接通，控制旁路开关断开，恢复正常运行方式；
当专变低压母线或其出线发生故障时，采集终端检测到专变低压侧电压降低，当电压低至设定阈值时，系统控制器控制第二快切开关迅速断开，以切断与专变的连接，同时控制第一能量路由器瞬间由P/Q模式切换至Udc模式，控制第一能量路由器瞬间由Udc模式切换至V/F模式，继续为交流负荷供电；但此时故障点未隔离，第二能量路由器检测到供电范围内存在故障，其自身的保护动作，第一能量路由器和第二能量路由器停机并断开与交流负荷的电气连接，等待专业人员查找并排除故障后，再重新投入运行；
当公变与专变均发生故障时，系统控制器控制第一能量路由器、两个快切开关断开，DC/DC功率模块处于Udc模式，第二能量路由器由Udc模式切换至V/F模式，控制负荷开关接通，同时控制普通负荷对应的负荷控制开关断开，储能装置通过DC/DC功率模块只给重要负荷供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量路由器的智慧保供电系统，其特征在于，所述储能装置的配备容量与重要负荷相匹配，以保证当公变与专变均发生故障时，重要负荷仍能正常运行一段时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于能量路由器的智慧保供电系统，其特征在于，还包括融合终端，所述系统控制器与融合终端连接，以通过融合终端与物联网管理平台通讯，所述物联网管理平台将相关数据上传至配电主站和供电服务指挥系统，所述融合终端接收物联网管理平台下发的调度指令，以控制第一能量路由器、第二能量路由器内的联络线功率及开关机，构建配电主站与本地系统的多级控制架构。
4.根据权利要求3所述的一种基于能量路由器的智慧保供电系统，其特征在于，所述系统控制器通过RS-485/CAN总线与第一能量路由器、第二能量路由器和DC/DC功率模块连接，以实现对系统内能量流动信息采集与控制；所述系统控制器通过RS-485与采集终端以及各个公变控制开关、专变控制开关、负荷控制开关连接；所述系统控制器通过以太网接入融合终端，所述融合终端通过无线网络接入物联网管理平台。
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