CN218181355U - 一种光储互补智能箱式变电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供本实用新型提供一种光储互补智能箱式变电系统，包括：光伏系统、控制器、环境监测传感器、大数据平台以及箱式变电站；光伏组件通过光伏逆变器输出交流电送入箱式变电站，光伏组件还通过储能变流器将电能存储在电池组中，电池组通过可控逆变器输出交流电送入箱式变电站，储能变流器、电池组、可控逆变器与光伏逆变器皆与控制器连接，环境监测传感器、大数据平台以及箱式变电站皆与控制器连接，箱式变电站对电网输出电能。有益效果：保证系统持续可靠，保证对负载持续、稳定地供电。改善电能质量，使系统的稳定性增强，增加了光伏并网运行时的可靠性。

Description

一种光储互补智能箱式变电系统

技术领域：

本实用新型涉及光伏发电应用技术领域，特别涉及一种光储互补智能箱式变电系统。

背景技术：

近十年来新能源的应用发展迅速，特别是风力和光伏发电的应用极为明显。而且光伏发电已经深入到国家扶贫项目，比如农光互补发电、渔光互补发电及采煤沉陷区改造等工程。光伏发电的规模不断壮大，由过去的分布式→集中式→分布式+集中并网式共同发展转换，在国内，随着经济的高速发展，电力供应需求不断扩大，社会质量意识不断提高，对变电站的供电可靠性要求也越来越高。但光伏、风电等分布式电源受环境因素影响非常明显，非常容易导致其输出产生波动，故光伏电站的有功功率具有不完全可控的特点，影响电网稳定运行。

发明内容：

本实用新型提供一种光储互补智能箱式变电系统，包括：光伏系统、控制器、环境监测传感器、大数据平台以及箱式变电站；光伏系统包括光伏组件、光伏逆变器、储能变流器、电池组以及可控逆变器；光伏组件通过光伏逆变器输出交流电送入箱式变电站，光伏组件还通过储能变流器将电能存储在电池组中，电池组通过可控逆变器输出交流电送入箱式变电站，储能变流器、电池组、可控逆变器与光伏逆变器皆与控制器连接，环境监测传感器、大数据平台以及箱式变电站皆与控制器连接，箱式变电站对电网输出电能。

较佳的，环境监测传感器包括辐照度传感器、温度传感器和湿度传感器；环境监测传感器固定安装于光伏组件上，辐照度传感器用于采集太阳辐照度，温度传感器用于采集周围环境实时温度、湿度传感器用于采集周围环境实时湿度。

较佳的，辐照度传感器为光功率计或光照传感器。

较佳的，电池组包括多个电池单体，电池为磷酸铁锂电池。

较佳的，控制器与储能变流器通过通讯总线连接，储能变流器用于将光伏组件中的直流电存储在电池组中。

本实用新型有益效果包括：保证系统持续可靠地供电当环境因素或外部条件变化较快，分布式发电设备不能稳定地输出电能，系统中存储装置的能量可以产生一定的能量和功率支撑作用，保证对负载持续、稳定地供电。光伏发电设备的输出功率会随环境因素变化，在一些特殊情况下，储能装置能够起到过渡的作用，储能装置可以及时地将储存的能量释放出来，向用户供电。保证供电的连续性和可靠性。2.改善电能质量，使系统的稳定性增强，在光伏发电系统中，能量存储使得系统在发电设备输出功率或负荷功率波动较大时，仍然能够保持较好的稳定性。在系统出现扰动时，由储能装置释放或吸收短时峰值功率。应用储能装置是改善发电设备输出电压和频率质量的有效途径，同时增加了光伏并网运行时的可靠性。

附图说明：

附图1是一幅较佳实施方式的光储互补智能箱式变电系统的结构示意图；

附图2是一幅较佳实施方式的光储互补智能箱式变电系统的运行流程图。

具体实施方式：

鉴于此，本实用新型提供了一种光储互补智能箱式变电系统，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1所示，一种光储互补智能箱式变电系统，包括：光伏系统、控制器1、环境监测传感器、大数据平台4以及箱式变电站2；光伏系统包括光伏组件501、光伏逆变器502、储能变流器505、电池组504以及可控逆变器503；电池组504包括多个电池单体，电池为磷酸铁锂电池。光伏组件501通过光伏逆变器502输出交流电送入箱式变电站2，光伏组件501还通过储能变流器505将电能存储在电池组504中，电池组504通过可控逆变器503输出交流电送入箱式变电站2，储能变流器505、电池组504、可控逆变器503与光伏逆变器502皆与控制器1连接，控制器1与储能变流器505通过通讯总线连接，环境监测传感器、大数据平台4以及箱式变电站2皆与控制器1连接，箱式变电站2对电网输出电能。

具体地，光伏电厂包括光伏组件501（光伏阵列）、汇流箱、逆变器以及气象站；光伏组件501将光能转化为电能经过汇流箱、光伏逆变器502，转换为能够并网供电的电能量，再由并网供电供给电力负荷（10kv电网），光伏发电的另一部分峰值能量通过储能变流器505向储能电池进行充放电，储能电池在光伏发电能力不足时，给电力负荷供电。

光伏组件501将光能转化为电能，通过光伏逆变器502将直流电转换为交流电，直接输入箱式变电站2；或者光伏组件501将多余的直流电通过储能变流器505，存储在电池组504中，需要通过电池组504储存的能量补充供电时，通过可控逆变器503转换为交流电，通过箱式变电站2对10kV电网输出；环境监测传感器包括辐照度传感器301、温度传感器302以及湿度传感器303等，用于实时监测环境辐照度、温湿度数据，与历史环境数据参照，对系统稳定输出形成一个反馈，历史环境数据通过大数据平台4提供，主要用于选出合适的参考日，对当天光伏系统总的输出功率进行预测。

环境监测传感器包括辐照度传感器301、温度传感器302和湿度传感器303；环境监测传感器固定安装于光伏组件501上，辐照度传感器301用于采集太阳辐照度，温度传感器302用于采集周围环境实时温度、湿度传感器303用于采集周围环境实时湿度。辐照度传感器301为光功率计或光照传感器。

以下为光储互补智能箱式变电系统的控制方法：

将测定太阳辐照度的传感器同角度安装于太阳能板的支架上，实时测定太阳辐照度，以及测定环境温度的温度传感器302提供气温。

通常一天之中太阳辐照度具有随机性强，变化幅度大的特点，晴天的光伏发电系统输出功率随时间变化的典型趋势为倒U形，但其中也有许多时候因为天气原因，有一些剧变，会迅速跌至平均功率以下；而阴天时的光伏发电输出功率随时间变化的趋势就相对更为随机，变化也更大。

获取当地的环境类型，根据该环境类型，获取同样环境类型的地区的光伏发电的气象历史数据，该历史数据包括当地气象条件下，太阳辐照度与时间的关系；该历史数据存储于大数据平台4，至少需要存储五年以上的历史数据，具有实时运行数据以及归入历史统计功能，对光伏发电量的峰、谷、平进行统计。监控逆变器的输入输出，逆变器机内温度等情况；气象数据，温度传感器302用于测定环境温度，光照传感器用于测定光照强度。

设定每日开始预测时间，在预测时间到达时，根据当天天气预报，选取前一两年中与当天天气环境相似的日期，在该日期的前后选取几天最相似日期，通过分析该几天最相似日期的输出功率与时间的关系，根据气象数据中的历史太阳辐照量，确定该几天的输出功率平均值，计算出该几天的日均输出功率平均值作为预测输出功率基准值；通常，太阳辐射量×光伏组件501的总面积×组件的转换效率，可计算得到光伏系统的输出功率值，从而计算出各时间点光伏系统的输出功率值，从而计算得到该天输出功率的平均值；将输出功率总值，平均分布到光伏发电开始至结束的时段上，也即光伏组件501的的平均输出功率值作为基准发电功率，将光伏系统（包括光伏发电和储能电池补偿）的输出功率维持基准发电功率状态运行，能够最有效的将光伏系统的输出功率维持在平稳输出的状态，减小并网后对电网系统的影响。

夜间不对系统进行切换，白天设定时间内，实时测定太阳辐照度，光伏电站的输出功率与太阳辐照度具有较高的一致性；

根据实时太阳辐照度和输出发电量相对于平均功率减少或增加的百分比，当光伏系统的发电功率小于基准平均功率时，则投入储能电源并网发电，储能电源的发电功率等于基准平均功率与实时光伏系统发电功率的差值；当光伏系统的实时发电功率大于基准平均功率时，则投入储能电源的充电，减少光伏系统并网发电的功率。从全天来看，光伏储能系统输出的功率的波动始终保持在一个很小的范围内，从而保障光伏储能系统对电网输出电能的稳定，减少对电网的冲击。

具体的，计算光伏组件501的实时发电功率，计算基准发电功率与实时发电功率的差值，判断该差值是否是正值；若是，则根据计算出的差值，补偿并网的输出功率，发送储能变流器505并网的指令，将电池组504存储的能量通过储能变流器505并入电网，将并网的输出功率补充至基准发电功率；否则，根据计算出的差值，给电池组504充电，给电池组504充电的功率，即为当前光伏组件501输出功率高于基准发电功率的部分。

基准发电功率为一个预测值，在运行过程中，由于预测日的情况与当天环境情况不完全一致，只是高度相似，则可能由于当日天气变化莫测，导致基准发电功率预测的准确度不足；在计算完基准发电功率后，还可以获取当前的太阳辐照度，与预测时使用的太阳辐照度作为对比，即对应历史时刻的太阳辐照度，若与当前太阳辐照度的差值过大，大于设定阈值的情况下，则重新计算基准发电功率；经过不断调整，将基准功率调整至较为准确的值，否则可能基准发电功率预测较大，到太阳落山的傍晚，电池组504内也没有存有足够的电能向外输出。

参阅图2所示，以下为控制器1处理整个流程的详细步骤：

步骤100：控制器1从大数据平台4读取历史环境数据；

步骤101：通过对历史环境数据的分析，从过去五年中选取与当日相近日期，相近天气情况的日期；

步骤102：计算选定的预测日的总发电功率，由总发电功率计算出初始基准发电功率；

步骤103：获取当前太阳辐照度，温湿度，与对应历史时刻的太阳辐照度，计算当前太阳辐照度与对盈利时时刻的太阳辐照度的差值；

步骤104：判断上述差值的绝对值是否大于设定阈值；若是，则进行步骤102；否则，进行步骤105；

步骤105：通过光伏逆变器502的输出电压和输出电流计算实时发电功率；

步骤106：每设定时间间隔，计算基准发电功率与实时发电功率的差值；

步骤107：判断上述差值是否为正值；若是，则进行步骤步骤108；否则，进行步骤109；

步骤108：根据差值设置储能并网的功率，发出储能变流器505并网指令；

步骤109：根据差值设置充电电流，发出储能充电指令，将多余电能储存至电池组504；经过设定时间间隔，继续进行步骤106，直到当日光伏组件501发电功率过低，电池组504也没有足够电能补足基准发电功率向外输出为止。

Claims (5)

1.一种光储互补智能箱式变电系统，其特征在于，包括：光伏系统、控制器、环境监测传感器、大数据平台以及箱式变电站；光伏系统包括光伏组件、光伏逆变器、储能变流器、电池组以及可控逆变器；光伏组件通过光伏逆变器输出交流电送入箱式变电站，光伏组件还通过储能变流器将电能存储在电池组中，电池组通过可控逆变器输出交流电送入箱式变电站，储能变流器、电池组、可控逆变器与光伏逆变器皆与控制器连接，环境监测传感器、大数据平台以及箱式变电站皆与控制器连接，箱式变电站对电网输出电能。

2.如权利要求1中所述的光储互补智能箱式变电系统，其特征在于，环境监测传感器包括辐照度传感器、温度传感器和湿度传感器；环境监测传感器固定安装于光伏组件上，辐照度传感器用于采集太阳辐照度，温度传感器用于采集周围环境实时温度、湿度传感器用于采集周围环境实时湿度。

3.如权利要求2中所述的光储互补智能箱式变电系统，其特征在于，辐照度传感器为光功率计或光照传感器。

4.如权利要求1中所述的光储互补智能箱式变电系统，其特征在于，电池组包括多个电池单体，电池为磷酸铁锂电池。

5.如权利要求1中所述的光储互补智能箱式变电系统，其特征在于，控制器与储能变流器通过通讯总线连接，储能变流器用于将光伏组件中的直流电存储在电池组中。

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