CN118232377A - 一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源电站配电设备技术领域，具体涉及一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法。包括：箱变箱体和两台储能变流器集成框架；箱变箱体内分为变压器室、高压室、低压室和通讯室；直流侧储能电池通过电缆与储能变流器连接，储能变流器通过铜排与变压器低压侧进行连接，变压器高压侧通过电缆与高压开关连接，高压开关下开有电缆孔接入局域电网；变压器室内安装有一台SCB13型3600kVA干变式变压器。本发明的智能组串式储能变流升压一体机及控制方法相比于常规集中式方法及产品，占地面积更小。

Description

一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法

技术领域

本发明涉及新能源电站配电设备技术领域，具体涉及一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法。

背景技术

随着新能源的发展，对配置储能的需求越来越大，目前电化学储能电池在我国应用范围较广。而电化学储能电池所产生的为直流电，与电网之间需要变流设备和变压设备进行转换。目前市场上将储能变流器与传统箱变集成在一起为储能变流升压一体机，应用较多的为集中式储能变流升压一体机，其多用于新能源发电站以及电网侧储能电站。另一种将储能变流器与储能电池集成在一个小柜子里，该种柜子单体容量较小，充放电倍率大多为0.5C或1C，成本较高，适用于小型工商业配储。随着市场发展，目前一种用于大型工厂或小区的储能电站被提出，该类型电站占地面积小，容量大，充放电倍率较小，储能电池以多簇集成在集装箱里或安装在站房里，急需一种配置储能电池的变流升压装置。

对于大型工厂或小区的储能电站，其剩余可利用空地面积较少，而其对储能电池容量需求较大，充放电倍率要求较小。当采用工商业储能柜时，同等容量下较集中式方案整体项目占地面积较大，且工商业储能柜价格较高，项目电缆等附件需求也更多，经济性较差。当采用集装箱或站房式安装储能电池联合集中式储能变流升压一体机方案时，由于是小倍率充放电，对储能变流升压一体机数量要求增大，占地面积会进一步增加；且集中式方案中储能变流器非模块化设计，当储能变流器故障时会影响到整个集装箱或多簇储能电池工作及安全；集中式方案电池簇间直接并联，随着运行时间加长，簇间电芯的不一致性加大，簇间差异会导致系统可用容量减小；集中式方案对电池一致性要求较高，不支持新旧电池搭配使用，新旧电池的内阻差异较大，会导致环流效应，从而加大发热，造成安全问题以及电池使用寿命减短；进行运维时，更换模组电池后需人工均衡调节簇间电池SOC，较为麻烦，且成本高。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法。本发明的智能组串式储能变流升压一体机及控制方法相比于常规集中式方法及产品，占地面积更小，单台一体机功率更大，集成度更高，散热效果更好，成本更低，适应性更强，运维更简洁，更加智能化，安全性更强。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

一种智能组串式储能变流升压一体机，包括：箱变箱体和两台储能变流器集成框架；

箱变箱体内分为变压器室、高压室、低压室和通讯室；

直流侧储能电池通过电缆与储能变流器连接，储能变流器通过铜排与变压器低压侧进行连接，变压器高压侧通过电缆与高压开关连接，高压开关下开有电缆孔接入局域电网；变压器室内安装有一台SCB13型3600kVA干变式变压器。

进一步的，所述的箱变箱体和两台储能变流器集成框架安装在底托上。

进一步的，所述变压器室内安装有一台SCB13型干变式变压器，在变压器室侧板上方安装有风机，变压器每个线圈内都安装一个温度探头，所述的温度探头与风机连接，变压器室侧板处安装有温湿度感应，变压器室顶部安装有烟雾报警器和防爆灯。

进一步的，所述的变压器线圈底部安装有轴流式风机，变压器底部底座上开有进风孔，进风孔上安装有防尘网。

进一步的，所述的高压室安装有一套12kV/630A高压环网开关柜，包括两面SF6气体绝缘开关柜，左侧为进线柜，右侧为出线柜，避雷器及其计数器安装在进线柜下方，电流互感器安装在出线柜下方；高压环网开关柜通过电缆与主变压器高压侧相连，设置分合闸指示灯及储能状态指示器；高压室顶部安装有烟雾报警器和防爆灯。

进一步的，所述的低压室内安装有集成低压元器件的低压柜和辅助变压器，辅助变压器安装在低压柜最下方。

进一步的，辅助变压器690V侧通过电缆连接至低压柜内塑壳断路器下口，塑壳断路器上口通过电缆连接至主变压器低压侧进行取电，辅助变压器380V侧连接至低压柜内的开关电源。

进一步的，低压柜内电路中通过熔断器式隔离开关接入浪涌保护器；低压柜面板上安装有箱变测控装置和变压器温控装置，高压开关控制信号、烟感信号、温控信号、门锁信号接入箱变测控装置，变压器温控装置用来监测控制变压器线圈温度。低压柜下部安装有加热器，低压柜内侧板上安装有温湿度感应器，低压室侧板上会安装有排风风机，铅酸蓄电池和UPS放置在低压柜内下部位置，微型断路器通过卡槽和自攻钉固定在低压柜内安装板上。

进一步的，所述的通讯室内安装有一台通讯柜，通讯柜内安装有网络交换机及储能变流器中控设备，通过通讯柜进行处理转换信号来进行远程监测控制储能系统。

一种智能组串式储能变流升压一体机的控制方法，包括如下步骤：

储能电池箱通过电缆接入一体机储能变流器侧，一体机高压开关下口通过电缆接入局域电网，从而将储能系统并入电网系统；储能电池箱进行充放电前，需要先将储能系统接入局域电网，保证高压开关合闸，变压器处于空载状态；当储能电池箱进行充放电时，控制室给出远端信号，先控制储能电池箱内的断路器进行合闸，再储能变流器工作进行合闸，此时储能电池进行一定功率下充放电，主变压器进入负载状态，一体机内各元器件也进行工作，变压器工作时会产生较多热量，当监测到变压器某一线圈温度达到100℃时，启动变压器本体风机和排风风机进行强制散热，此时变压器室内热量被带走至环境中，当变压器三个线圈温度都降到80℃以下时，停止风机运行；低压柜内元器件发热会产生一定热量，当监测到温度超过40℃时，启动低压室排风机进行强制散热，当散热至温度低于30℃时，停止风机运行；当储能电池箱充满电或放完电时，储能变流器会自动降低充放电功率至0，此时主变压器恢复至空载状态。

本发明实施例具有如下有益效果：

本发明的智能组串式储能变流升压一体机及控制方法相比于常规集中式方法及产品，占地面积更小，单台一体机功率更大，集成度更高，散热效果更好，成本更低，适应性更强，运维更简洁，更加智能化，安全性更强。通过使用环保气体高压开关和设计合适的框架式低压柜对空间利用率更高效，并且安装更加模块化，储能变流器集成框架的设计使得储能变流器模块化程度高，合理的结构设计减少了空间使用，简洁了安装程序，通过合理布局使得单台一体机占地面积更小，单台一体机功率更大，集成度更高；箱变箱体和PCS集成框架都设计了合理的风道及散热装置使得散热效果更好，避免了过热造成的安全问题；组串式储能变流器设置了电池模组级能量优化器和智能单簇电池簇控制器，避免了失配和环流导致容量损失问题，提高了储能电池生命周期放电量；支持直流侧新旧电池搭配使用，避免了木桶效应，降低了电池一致性要求；模块化的控制设计使得单台储能变流器故障或单模组电池故障时，可单独切离故障组，其它电池模组和储能变流器仍能正常工作；组串式储能变流器可自动调节电池充放电，降低了运维难度，一体机内设置了多种传感器与系统进行链接，通过AI智能算法进行识别处理及控制，保证了安全性。

附图说明

图1为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中一次主方案示意图(为使得附图清晰，将附图1分为图1a与图1b，二图连接处连接线已经引出，方便理解)；

图2为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中储能变流升压一体机俯视图；

图3为为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中储能变流升压一体机正视图；

图4为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中储能变流升压一体机后视图；

图5为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中储能变流升压一体机侧视图；

图6为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中储能变流器集成框架后视图；

图7为本发明一种智能组串式储能变流升压一体机及控制方法中储能变流器集成框架正视图。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。

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，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。

结合附图1-6，一种智能组串式储能变流升压一体机，包括：箱变箱体和两台储能变流器集成框架1(中间连接有桥架8和汇流排10)；

箱变箱体内分为变压器室2(外侧设有变压器室外门22)、高压室3(外设有高压室门42)、低压室4(外设有低压室门52和低压室出风口53)和通讯室5；

直流侧储能电池通过电缆与储能变流器连接，储能变流器通过铜排与变压器32低压侧进行连接，变压器32高压侧通过电缆与高压开关连接，高压开关下开有电缆孔31接入局域电网；变压器室2内安装有一台SCB13型3600kVA干变式变压器32。

在本发明的一些实施例中，所述的箱变箱体(顶部设有箱变室顶盖6，侧面的出风口处设有出风口防雨罩7)和两台储能变流器集成框架1安装在底托9(底托上设有底托接地铜排91和吊杆92)上。

在本发明的一些实施例中，所述的变压器室2内安装有一台SCB13型干变式变压器32，变压器32线圈底部安装有6个轴流式风机进行强制散热，变压器32底部底座上开有足够的进风孔，进风孔上安装有防尘网，在变压器室2侧板上方安装有8个风机进行排风，与变压器32本体风机形成良好的散热循环，避免变压器32工作时超温。变压器32每个线圈内都安装一个温度探头，实时监测变压器32温度变化并反馈至温度控制器，当监测到变压器32某一个线圈温度达到100℃时，启动变压器32本体风机和排风风机，当变压器32三个线圈温度都降到80℃以下时，停止风机运行，当监测到变压器32某一个线圈温度达到140℃时，进行报警跳闸，保护一体机内元器件安全运行。变压器室2侧板处安装有温湿度感应器监测变压器室2环境，当发现变压器室2温湿度超出限定值时，启动排风风机进行降温和排湿。变压器室2顶部安装有烟雾报警器和防爆灯，烟雾报警器连接跳闸信号，当发生起火时感应并跳闸，防爆灯保证变压器室2内照明。

在本发明的一些实施例中，所述的高压室3安装有一套12kV/630A高压环网开关柜，包括两面SF6气体绝缘开关柜，左侧为进线柜，右侧为出线柜，避雷器及其计数器安装在进线柜下方，电流互感器23安装在出线柜下方。高压环网开关柜通过电缆与主变压器32高压侧相连，为保证电缆安装空间在两面开关柜下方增加一个底座抬高开关柜。开关柜操作机构面板可实现就地手动分合闸操作，并设置分合闸指示灯及储能状态指示器等；断路器可通过二次回路设计实现远方电动控制，并设置远方/就地操作模式切换开关；高压室3门内的断路器、隔离开关、接地开关及高压柜门之间设计了严谨的机械及电气闭锁关系(机械闭锁为主，电气闭锁为辅)，以充分满足电气五防的要求；高压室3顶部安装有烟雾报警器和防爆灯，烟雾报警器连接跳闸信号，当发生起火时感应并跳闸，防爆灯保证高压室3内照明。

在本发明的一些实施例中，所述的低压室4内安装有集成低压元器件的低压柜和辅助变压器，辅助变压器由于体积较小，因此安装在低压柜最下方，辅助变压器690V侧通过电缆连接至低压柜内塑壳断路器下口，塑壳断路器上口通过电缆连接至主变压器32低压侧进行取电，辅助变压器380V侧连接至低压柜内的开关电源，双电源切换转换开关和各个元器件的控制微型断路器开关并联接入开关电源，UPS和铅酸蓄电池接入其控制微型断路器上，浪涌保护器通过熔断器式隔离开关接入低压柜内电路中。箱变测控装置和变压器32温控装置安装在低压柜面板上，其中高压开关控制信号、烟感信号、温控信号、门锁信号接入箱变测控装置，变压器32温控装置用来监测控制变压器32线圈温度。加热器安装在低压柜下部，温湿度感应器安装在低压柜内侧板上，低压室4侧板上会安装有排风风机，当监测到低压室4内温度大于40摄氏度时，会启动排风风机进行散热，低于30℃时风机停止运行，当监测到湿度大于设定值时启动加热器提高低压室4内干燥度。由于铅酸蓄电池较重，因此将铅酸蓄电池和UPS放置在低压柜内下部位置，微断等元器件通过卡槽和自攻钉固定在低压柜内安装板上。

在本发明的一些实施例中，所述的通讯室5内安装有一台通讯柜51，通过底座将其抬高，方便安装及电缆连接，通讯柜51内安装有网络交换机及储能变流器中控设备，通过通讯柜51进行处理转换信号来进行远程监测控制储能系统。

本发明的智能组串式储能变流升压一体机及控制方法相比于常规集中式方法及产品，高压开关选用SF6气体环网柜相比较户内断路器更加节省空间；2.组串式储能变流器单台体积较小，并且能堆叠排布，相比较单台功率较大体积较大的集中式储能变流器更加节省空间，占地面积更小。单台一体机功率更大，集成度更高，散热效果更好，成本更低，适应性更强，运维更简洁，更加智能化，安全性更强。通过使用环保气体高压开关和设计合适的框架式低压柜41对空间利用率更高效，并且安装更加模块化，储能变流器集成框架1的设计使得储能变流器模块化程度高，合理的结构设计减少了空间使用，简洁了安装程序，通过合理布局使得单台一体机占地面积更小，单台一体机功率更大，集成度更高；箱变箱体和PCS集成框架1都设计了合理的风道(分别在上部和下部设有PCS集成框架上出风口、PCS集成框架下出风口13和PCS集成框架下进风口12)及散热装置使得散热效果更好(箱变箱体的进风口面积和出风口面积经过理论计算和仿真优化得出，在变压器32底部和门板下侧都开有进风口21，变压器32本体风机抽出下侧的冷风吹扫变压器32进行散热，箱体上部开有出风口并带有排风扇，将变压器32本体风机吹上来的热风排出箱体外，形成一个良好的散热循环。每个储能变流器上都安装有散热风机，设计集成框架1时考虑风机排风位置对一体机两侧吹出，避免内部热风被二次吸入一体机内，影响散热效果。)，避免了过热造成的安全问题；组串式储能变流器设置了电池模组级能量优化器和智能单簇电池簇控制器(储能变流器为成熟产品，内部自带电池模组能量优化器和智能单簇电池簇控制器。)，避免了失配和环流导致容量损失问题，提高了储能电池生命周期放电量；支持直流侧新旧电池搭配使用(组串式储能系统方案下电池侧的电池包是串联的，每一台储能变流器控制对应的电池包，储能变流器内部自带电池模组能量优化器和智能单簇电池簇控制器对电池包进行控制优化，可以实现每个电池包单独充放，不同电池包之间受影响程度较小，因此支持新旧电池混用。)，避免了木桶效应，降低了电池一致性要求；模块化的控制设计使得单台储能变流器故障或单模组电池故障时，可单独切离故障组，其它电池模组和储能变流器仍能正常工作；组串式储能变流器可自动调节电池充放电，降低了运维难度，一体机内设置了多种传感器与系统进行链接，通过AI智能算法进行识别处理及控制，保证了安全性。一种智能组串式储能变流升压一体机的控制方法，包括如下步骤：

储能电池箱通过电缆接入一体机储能变流器侧，一体机高压开关下口通过电缆接入局域电网，从而将储能系统并入电网系统。储能电池箱进行充放电前，需要先将储能系统接入局域电网，保证高压开关合闸，变压器32处于空载状态。

当储能电池箱进行充放电时，控制室给出远端信号，先控制储能电池箱内的断路器进行合闸，再储能变流器工作进行合闸，此时储能电池进行一定功率下充放电，主变压器32进入负载状态，一体机内各元器件也进行工作，变压器32工作时会产生较多热量，当监测到变压器32某一线圈温度达到100℃时，启动变压器32本体风机和排风风机进行强制散热，此时变压器室2内热量被带走至环境中，当变压器32三个线圈温度都降到80℃以下时，停止风机运行。低压柜内元器件发热会产生一定热量，当监测到温度超过40℃时，启动低压室4排风机进行强制散热，当散热至温度低于30℃时，停止风机运行。当储能电池箱充满电或放完电时，储能变流器会自动降低充放电功率至0，此时主变压器32恢复至空载状态。

附图1中部分部件示意如下表：

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍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之内。

Claims (10)

1.一种智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，包括：箱变箱体和两台储能变流器集成框架；

箱变箱体内分为变压器室、高压室、低压室和通讯室；

直流侧储能电池通过电缆与储能变流器连接，储能变流器通过铜排与变压器低压侧进行连接，变压器高压侧通过电缆与高压开关连接，高压开关下开有电缆孔接入局域电网；变压器室内安装有一台SCB13型3600kVA干变式变压器。

2.根据权利要求1所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，所述的箱变箱体和两台储能变流器集成框架安装在底托上。

3.根据权利要求1所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，所述变压器室内安装有一台SCB13型干变式变压器，在变压器室侧板上方安装有风机，变压器每个线圈内都安装一个温度探头，所述的温度探头与风机连接，变压器室侧板处安装有温湿度感应，变压器室顶部安装有烟雾报警器和防爆灯。

4.根据权利要求1所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，所述的变压器线圈底部安装有轴流式风机，变压器底部底座上开有进风孔，进风孔上安装有防尘网。

5.根据权利要求1所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，所述的高压室安装有一套12kV/630A高压环网开关柜，包括两面SF6气体绝缘开关柜，左侧为进线柜，右侧为出线柜，避雷器及其计数器安装在进线柜下方，电流互感器安装在出线柜下方；高压环网开关柜通过电缆与主变压器高压侧相连，设置分合闸指示灯及储能状态指示器；高压室顶部安装有烟雾报警器和防爆灯。

6.根据权利要求1所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，所述的低压室内安装有集成低压元器件的低压柜和辅助变压器，辅助变压器安装在低压柜最下方。

7.根据权利要求6所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，辅助变压器690V侧通过电缆连接至低压柜内塑壳断路器下口，塑壳断路器上口通过电缆连接至主变压器低压侧进行取电，辅助变压器380V侧连接至低压柜内的开关电源。

8.根据权利要求7所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，低压柜内电路中通过熔断器式隔离开关接入浪涌保护器；低压柜面板上安装有箱变测控装置和变压器温控装置，高压开关控制信号、烟感信号、温控信号、门锁信号接入箱变测控装置，变压器温控装置用来监测控制变压器线圈温度。低压柜下部安装有加热器，低压柜内侧板上安装有温湿度感应器，低压室侧板上会安装有排风风机，铅酸蓄电池和UPS放置在低压柜内下部位置，微型断路器通过卡槽和自攻钉固定在低压柜内安装板上。

9.根据权利要求1所述的智能组串式储能变流升压一体机，其特征在于，所述的通讯室内安装有一台通讯柜，通讯柜内安装有网络交换机及储能变流器中控设备，通过通讯柜进行处理转换信号来进行远程监测控制储能系统。

10.一种智能组串式储能变流升压一体机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

储能电池箱通过电缆接入一体机储能变流器侧，一体机高压开关下口通过电缆接入局域电网，从而将储能系统并入电网系统；储能电池箱进行充放电前，需要先将储能系统接入局域电网，保证高压开关合闸，变压器处于空载状态；当储能电池箱进行充放电时，控制室给出远端信号，先控制储能电池箱内的断路器进行合闸，再储能变流器工作进行合闸，此时储能电池进行一定功率下充放电，主变压器进入负载状态，一体机内各元器件也进行工作，变压器工作时会产生较多热量，当监测到变压器某一线圈温度达到100℃时，启动变压器本体风机和排风风机进行强制散热，此时变压器室内热量被带走至环境中，当变压器三个线圈温度都降到80℃以下时，停止风机运行；低压柜内元器件发热会产生一定热量，当监测到温度超过40℃时，启动低压室排风机进行强制散热，当散热至温度低于30℃时，停止风机运行；当储能电池箱充满电或放完电时，储能变流器会自动降低充放电功率至0，此时主变压器恢复至空载状态。