CN204559131U - 接有储能系统的变配电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接有储能系统的变配电站，所述变配电站通过数台降压变压器向低压侧供电，每台所述降压变压器的低压侧出线分别经一出线开关柜引出接至用户负荷侧，所述变配电站的低压侧母线还连接一电池储能系统，所述电池储能系统包括：一用于输出直流电信号的蓄电池组、一用于将直流电转换为三相交流电的DC/AC变流器及一用于升压的升压变压器，所述蓄电池组经所述DC/AC变流器接入所述升压变压器的低压侧，并且通过所述升压变压器接入所述变配电站的10kV一段电网。采用本实用新型，能起到为变配电站重要用户提供应急电源、就地削峰填谷平滑变、配电站负荷的作用，为提高供电可靠性及电网可持续发展提供了有力保障。

Description

接有储能系统的变配电站

技术领域

本实用新型涉及储能系统技术领域，特别涉及一种接有储能系统的变配电站。

背景技术

随着社会经济的发展，对电力的依赖程度越来越大。一方面，电网负荷迅速增长，峰谷差不断加大，而电网的发电厂以火电为主，调峰能力受到限制且调峰成本较高，同时电厂的建设规模必须满足负荷高峰时的用电需求，使得投资效率较低。另一方面，某些地区一次能源匮乏，市内没有煤炭、水能资源，风能资源有限，所需一次能源基本上由市外输入。

由于电厂的建设受到限制，本地电源容量不足，越来越倚重外来电力，安全稳定问题日益突出，当对供电可靠性要求较高时，需要利用新的技术提高电网的供电可靠性。

为了满足日益增长的用电需求，减少发电厂的建设规模，如何才能提高能源利用效率，并且保证可再生能源系统的稳定供电，提高电网对关键用户的供电可靠性，寻求技术经济可行的储能技术，对电网的可持续发展极为重要。

现有的储能系统接入变配电站的方案仅局限于接入变配电站低压侧出线间隔，而110kV及以上变配电站却无配电功能。所以有必要进行储能元件在110kV及以下变配电站中的接入方案研究，解决本领域技术人员一直以来无法解决的技术困扰。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种能接入110kV及以下变配电站，进而为用户侧提供应急电源、变地削峰填谷平滑变配电站负荷功能的 一种接有储能系统的变配电站，所述变配电站(例如110(35)kV变配电站)通过数台降压变压器向低压侧(指变配电站的低压侧)供电，每台所述降压变压器的低压侧出线分别经一出线开关柜引出接至用户负荷侧，其特点在于，所述变配电站的低压侧母线还连接一电池储能系统，所述电池储能系统包括：一用于输出直流电信号的蓄电池组、一用于将直流电转换为三相交流电的DC/AC变流器及一用于升压的升压变压器，所述蓄电池组经所述DC/AC变流器接入所述升压变压器的低压侧，并且通过所述升压变压器接入所述变配电站的10kV一段电网。

在一些实施例中，所述电池储能系统通过一10kV出线开关柜接入所述10kV一段电网的低压侧母线。本方案中，电池储能系统可用来作为10kV一段电网的应急电源或削峰填谷电源。

在一些实施例中，所述电池储能系统通过一10kV出线开关柜与所述10kV一段电网的用户供电的出线端相连。本方案中，电池储能系统可用来保证重要负荷的应急供电。

在一些实施例中，所述电池储能系统通过一10kV出线开关柜接入一应急母线，所述应急母线分别通过一开关柜与所述10kV一段电网、所述变配电站的10kV二段电网的用户供电的出线端相连。本方案中，电池储能系统可用来同时保证两段不同供电场所的应急供电。

在一些实施例中，所述DC/AC变流器为一三相PWM逆变器。“三相PWM逆变器”是一种常用的“DC/AC变流器”，PMW的意思是脉冲宽度调制，即Pulse-Width Modulation；数字信号处理芯片可以对其进行控制。

在一些实施例中，所述升压变压器为一10/0.4kV变压器。本方案中的10/0.4kV变压器为市售可得。

在一些实施例中，所述蓄电池组为一钠硫蓄电池组。钠硫电池是目前唯一的一种同时完全适用于功率型储能和能量型储能的储能电池。由于钠硫电池以金属钠和单质硫分别为阳极和阴极，以beta一氧化铝为电解质，原材料丰富，价格低廉，和目前的各种液流电池以及锂离子电池等各种可能的储能电池相比，钠硫电池的原材料价格是最低廉的，而且相关的元素储量很高，不存在价 格不稳定的因素。同时，钠硫电池具有高的比功率和比能量、温度稳定性以及无自放电等方面的突出优势，使得钠硫电池成为目前最具应用前景的储能电池。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实施例。

本实用新型的有益效果：

1、首先，本实用新型的电池储能系统可应用于110(35)kV及以下电压等级的变(配)站，起到为重要用户提供应急电源、就地削峰填谷平滑负荷的功能。

2、另外，本实用新型能使电池储能系统能够在变配电站就地布置，起到为变、配电站重要用户提供应急电源、就地削峰填谷平滑变、配电站负荷等作用，为提高供电可靠性及电网可持续发展提供有力保障，为电池储能系统应用于电网建设起到引领作用。

3、此外，本实用新型还有助于提高能源利用效率，并且保证可再生能源系统的稳定供电，提高电网对关键用户的供电可靠性，进而减小发电厂建设规模，从而获得较好的经济环境效益。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本实用新型应用于110(35)kV变配电站低压母线的主接线示意图。

图2为本实用新型电池储能系统的电气接线图。

图3为电池储能系统接入110(35)kV变配电站的低压母线时的接线图。

图4为将本实用新型电池储能系统接在重要用户出线时的电气接线图。

图5为将本实用新型电池储能系统接在应急母线时的电气接线图。

图6为本实用新型电池储能系统的电气原理图。

图7为本实用新型电池储能系统的电气控制电路图。

图8为本实用新型储能系统用作削峰填谷时的效果仿真图。

附图标记说明：110kV变配电站1、降压变压器2、出线开关柜3、

电池储能系统4、PCS装置41、DC/AC变流器411、滤波器412、蓄电池组42、升压变压器43、

变压器T1、变压器t1、开关柜A1、开关柜B1、出线开关柜a2、出线开关柜an、10kV引线柜s1、

出线开关柜a1、出线电缆la1、出线开关柜b1、出线电缆lb1、10kV出线开关柜S1、开关柜Sa1、开关柜Sb1

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

有鉴于目前该领域缺乏储能系统接入变配电站的方案研究，本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

储能技术主要作用是实现电能的储存和释放。电池储能(电化学储能)技术具有能量密度较高、使用寿命长、循环次数较多等特点，在电子设备、电动工具电源、电动汽车、储能电站以及其它储能领得到了广泛应用。

电池储能系统的最大容量可达MW级，随着电池储能系统规模化、国产化，其成本较以往大幅度降低，在电网中亦呈现出良好的应用前景。MW级储能系统在电网中的应用主要包括如下几方面：作为应急备用电源、提高用户供电可靠性和电能质量、削峰填谷、平抑新能源发电的出力波动。

根据电网设计规定，10kV电压等级用户变配电站的变压器装接容量在250～6300kVA之间，重要用户一般情况下由两路及以上独立回路供电，每回线路各供一半负荷，约150kW～3MW，而从110(35)kV变配电站直接出线的用户一般负荷较大，因此储能容量一般应在MW级，具体需求容量按重要用户负荷大小而定。

根据运行策略及电池容量选择的不同，电池储能系统接入变、配电站可采用多种接入系统的方式。下面，将电池储能系统用作变配电站应急电源或用于变配电站负荷的削峰填谷时，接入110(35)kV变配电站低压侧母线的出线柜为 例，来详细说明本实用新型的第一种接入方案。

图1所示为110(35)kV变配电站低压母线主接线示意图。如图1所示，某现有电网110kV变配电站1对应不同的主变容量：40MVA、50MVA、80MVA，所述变配电站配有2～3台降压变压器2，并通过降压变压器向变配电站的低压侧供电。假定每台所述降压变压器2的低压侧母线分别有12、14、16回出线，则通常的，每回出线经出线开关柜3引出送至负荷侧(用户)。

图2为电池储能系统的电气接线图。如图2所示，本实用新型的所述电池储能系统4，包括：一用于输出直流电信号的蓄电池组42、一用于将直流电转换为三相交流电的DC/AC变流器(置于一PCS装置41内，PCS装置，power conversion system，是储能电池和电网系统之间连接的主要设备)及一用于升压的升压变压器43，所述蓄电池组42经所述DC/AC变流器接入所述升压变压器43的低压侧(即由蓄电池输出的直流电信号经过变流器转换为合格的三相交流电信号，就可以接入变压器低压侧了)，并且通过所述升压变压器43接入所述变配电站1的10kV一段电网。

其中，PCS装置的主要任务是进行交直流电源的可控转换。PCS装置只需选择容量购买采用现有技术中已公知的市售的蓄电池和与其配套的PCS装置设备即可。

如图6和图7所示，常见的PCS装置的构成系统包括：DC/AC(直流/交流)双向变流系统、电池充放电接口、滤波环节等。根据PCS系统复杂程度的不同，还可以加入其它的反馈、控制环节。“蓄电池组”通常由许多电池串并联组成，PCS装置中的DC/AC变流器411，例如三相PWM逆变器，是由许多电力电子元器件(如晶闸管等)串并联组成，PCS装置中的“滤波器412(也称LC滤波器)”由许多电感(L)和电容(C)联接而成。安装时按照三相的顺序接入三相变压器的低压侧即可。

作为一种优选方案，本实用新型的电池储能系统为钠硫电池储能系统，用于输出/输出的400V交流电。如图3所示，电池储能系统可通过独立的用于升压的10/0.4kV变压器t1升压后接入变配电站的10kV一段电网。

总体而言，本实用新型的储能电池系统可以用于三种工作阶段：充电阶段、 放电阶段、备用阶段，进而实现各阶段的储能与供电功能。

①充电阶段：PCS装置在此期间工作在整流状态，电网向电池储能系统的蓄电池组提供能量；

②放电阶段：PCS装置控制电池放电，电池储能系统向电网提供储存的电能；

③备用阶段：包括两个部分，其一是充电结束到下一个放电阶段开始之间的一段时间，其二放电过程结束到下一个充电阶段开始之前的一段时间。处于备用阶段时，PCS装置将变流器各控制脉冲信号封锁，电池储能系统不参与和外界的能量交换。

通过本实施例的接入方案，储能系统可以用作变配电站应急电源也可以用于变配电站负荷的削峰填谷。具体为：

①用于应急电源：如图3所示，当开关柜A1断开，10kV一段母线上的出线开关柜a2～出线开关柜an(n是出线开关柜数目)对应的负荷无法继续从配电网取得电能。因此，PCS装置控制电池储能系统放电，储能系统的电能经变压器t1、出线开关柜a1，可将电能送至10kV一段母线，进而向一段母线上的其余出线开关柜a2～出线开关柜an(n是开关柜数目)所供应的全部或部分用户提供电能。

②用于削峰填谷。PCS装置控制电池储能系统在夜晚用电低谷时对电池充电储存电能，在白天用电高峰时将电能释放，充电阶段→备用阶段→放电阶段3个阶段循环运行，以平抑变压器T1负荷的峰谷差。

采用本方案，不仅接线简单，而且当储能系统容量不大时，适用于应急电源运行模式。另外，若储能容量足够大，还能满足整段母线负荷紧急供电要求，可采用应急电源、削峰填谷或两者相结合的运行模式。

配电装置方面，除需为储能系统配置必要的升压装置外，还需增加一台10kV出线开关柜。这样可适用于多种运行模式，增加配电装置较少，减少了电网投资，且应急供电灵活。

实施例2

本实施例为电池储能系统接在重要用户出线上，用作某条出线应急电源或 用于变配电站负荷的削峰填谷时的第二种接入变配电站的方案。

如图4所示，电池储能系统可以输入/输出400V交流电，通过独立的10/0.4kV变压器t1升压后经一台10kV引线柜s1接入10kV出线开关柜a1的出线电缆上。

采用本实施例的接入方案，储能可以用作某条用户出线应急电源也可以用于变配电站负荷的削峰填谷。具体为：

①用于应急电源：当出线开关柜a1断开，该开关柜出线对应的用户无法继续取得电能。PCS控制电池储能系统放电,储能系统的电能经变压器t1、10kV引线柜s1向用户出线提供电能。

②用于削峰填谷。PCS控制电池储能系统在夜晚用电低谷时对电池充电储存电能，在白天用电高峰时将电能释放，充电阶段→备用阶段→放电阶段3个阶段循环运行，以平抑变压器T1负荷的峰谷差。

本实施例的接线方式仅能对一条出线提供紧急供电，适用于储能系统容量不大，但可满足一条重要用户出线负荷，采用应急电源、削峰填谷或两者相结合的运行模式，确保该重要用户不间断供电，同时实现变配电站削峰填谷。

本实施例的接入方式的优点是储能系统容量要求低，增加配电装置较少，投资少，运行策略简单。

本实施例的其它部分与实施例1相同。

实施例3

本实施例为采用在变配电站新增一条应急母线，将电池储能系统接在低压侧应急母线上，用作若干条出线应急电源或用于变配电站负荷的削峰填谷时的第三种接入变配电站的方案。具体如下：

如图5所示，电池储能系统可以输入/输出400V交流电，通过独立的10/0.4kV变压器t1升压后经一台10kV出线开关柜S1接入变配电站内增加的应急母线(10kV一段母线经出线开关柜a1的出线电缆la1、10kV二段母线经出线开关柜b1的出线电缆lb1也分别经开关柜Sa1、开关柜Sb1支接在应急母线上)。

本实施例的其它部分与实施例1相同。

本实施例的接入方案，储能系统可以用作若干条出线(此处以两条出线la1、lb1为例)的应急电源也可以用于变配电站负荷的削峰填谷。具体而言，即：

①用作应急电源：如图5所示，当开关柜A1、开关柜B1断开，各开关柜出线对应的用户无法继续取得电能。PCS控制电池储能系统放电，储能系统的电能经变压器t1、10kV出线开关柜S1向应急母线供电，应急母线汇集的电能向开关柜Sa1和开关柜Sb1所分别对应支接的出线电缆la1、出线电缆lb1所连的负荷供电。

②用作削峰填谷。PCS控制电池储能系统在夜晚用电低谷时对电池充电储存电能，在白天用电高峰时将电能释放，充电阶段→备用阶段→放电阶段3个阶段循环运行，以平抑变配电站负荷的峰谷差。

本实施例的接线方式可选择对两条及以上出线中的其中一条或多条线路应急供电，适应性较强，但需增加较多设备。采用应急电源、削峰填谷或两者相结合的运行模式，确保该接入应急母线的重要用户不间断供电，同时实现变配电站削峰填谷。本实施例的优点是对各种运行模式的适应性强，运行策略灵活，能够充分发挥储能系统的优势。

效果实施例4

根据本实用新型提出的储能接入系统方案，以110kV某变配电站初步设计为基础，完成了储能系统接入110kV变配电站的方案充放设计。在原负荷曲线的基础上，仿真储能系统充放电对负荷曲线的削峰填谷效果，得到图8所示的效果仿真图。

如图8所示，当固定在一个用电低谷时段，电网对储能系统充电；当固定在一个时段或多个用电高峰时段，储能系统以额定功率输出，可补偿高峰负荷。

因此，采用本实用新型，能起到为变配电站重要用户提供应急电源、就地削峰填谷平滑变配电站负荷的作用，为提高供电可靠性及电网可持续发展提供了有力保障。

以上详细描述了本实用新型的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变 化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种接有储能系统的变配电站，所述变配电站通过数台降压变压器向低压侧供电，每台所述降压变压器的低压侧出线分别经一出线开关柜引出接至用户负荷侧，其特征在于，所述变配电站的低压侧母线还连接一电池储能系统，所述电池储能系统包括：一用于输出直流电信号的蓄电池组、一用于将直流电转换为三相交流电的DC/AC变流器及一用于升压的升压变压器，所述蓄电池组经所述DC/AC变流器接入所述升压变压器的低压侧，并且通过所述升压变压器接入所述变配电站的10kV一段电网。

2.如权利要求1所述的变配电站，其特征在于，所述电池储能系统通过一10kV出线开关柜接入所述10kV一段电网的低压侧母线。

3.如权利要求1所述的变配电站，其特征在于，所述电池储能系统通过一10kV出线开关柜与所述10kV一段电网的用户供电的出线端相连。

4.如权利要求1所述的变配电站，其特征在于，所述电池储能系统通过一10kV出线开关柜接入一应急母线，所述应急母线分别通过一开关柜与所述10kV一段电网、所述变配电站的10kV二段电网的用户供电的出线端相连。

5.如权利要求1所述的变配电站，其特征在于，所述DC/AC变流器为一三相PWM逆变器。

6.如权利要求1所述的变配电站，其特征在于，所述升压变压器为一10/0.4kV变压器。

7.如权利要求1～6中任意一项所述的变配电站，其特征在于，所述蓄电池组为一钠硫蓄电池组。