一种柔性配电站

摘要

本发明公开了一种配电站，其包括公共电网系统、蓄能系统及多用接口系统；其中公共电网系统包括通过依次连接于公共电网与电网低压侧的高压开关柜、配电变压器、低压开关柜；蓄能系统包括相互连接的蓄能充放电电池组件、变压器以及用于接入低压侧的接口开关柜，其中该蓄能系统还包括控制系统；多用接口系统主要包括一双向电力电子变压器，以及将双向电力电子变压器一端接入低压侧的开关柜。按照本发明实现的柔性配电站，提供了一种工作制式为长期在线工作，可实现电力负荷的均衡和平移、可方便分布式设置的能源发电的应用，更进一步的是方便第三方直供电源的接入，组成网状的静止动态电能消纳系统。

权利要求

1.一种柔性配电站的设计方法，所述柔性配电站包括公共电网系统、蓄能系统及多用接口系统，其中所述蓄能系统谷电时充电蓄能，峰电时放电使用；

其中所述公共电网系统包括依次连接于公共电网与电网低压侧之间的高压开关柜、配电变压器、低压开关柜；

所述蓄能系统包括相互连接的蓄能充放电电池组件、变流器以及用于接入低压侧的接口开关柜，其中该蓄能系统还包括控制系统，其中所述控制系统用于控制所述蓄能充放电电池组件的充放电，及控制所述变流器的输出；

所述多用接口系统主要包括有双向电力电子变压器，以及将所述双向电力电子变压器一端接入低压侧的开关柜，其特征在于，该设计方法包括如下步骤：(1)根据负荷需要，确定最大负荷功率容量和平均负荷功率容量；

(2)所述配电变压器容量按照所述平均负荷功率容量乘以1.1～1.2的裕度系数来选择；

(3)所述蓄能系统的功率容量由所述最大负荷功率容量减去所述配电变压器容量，之后乘以1.1～1.2的裕度系数来进行选择；

(4)确定所述蓄能系统的蓄能电量；

(5)所述双向电力电子变压器的配置数量和容量由其配入配出需求情况具体决定，原则是：所述负荷与配出容量之和应不大于配电变压器、储能与配入的容量之和；若所述双向电力电子变压器的另外一端可接入新能源，则所述新能源优先使用，多余的可经所述蓄能系统实现蓄能。

2.如权利要求1所述的柔性配电站的设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述蓄能系统的蓄能电量按照如下方式实现：按照所述最大负荷功率容量减去所述配电变压器容量的部分所对应的电量乘以1.1～1.2的裕度系数。

3.如权利要求1所述的柔性配电站的设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中的所述蓄能系统的蓄能电量按照如下方式实现：所述步骤(4)中的蓄能系统的蓄能电量按照电网高峰电价时间段所对应的电量选择确定。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的柔性配电站的设计方法，其特征在于，所述多用接口系统中的所述双向电力电子变压器的另外一端接入新能源、负载或其它第三方电网。

5.如权利要求4所述的柔性配电站的设计方法，其特征在于，所述控制系统控制所述变流器实现有功和无功的输出。

说明书

一种柔性配电站

技术领域

[0001] 本发明属于配电站领域，更具体地，涉及一种柔性配电站。

背景技术

[0002] 随着社会经济的发展，生活水平的提高，对电力的需求也越来越大。一方面，商场、工厂、民用等用电需求的增加，对电网负荷以及电网的灵活性要求增高，使得电网的投入增大，同时为了满足灵活性的需求，使得电网的投资效率较低，造成资源浪费。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，再加上电厂的建设受到限制，在遇到电力的灵活需求的问题时，需要利用新的技术来提高电网的供电可靠性，研究新的电力能源的接入方式来实现灵活的供电是亟待解决的问题。

[0003] 为了实现能量的利用，目前采用的一种技术是采用蓄能电池系统接入的方式来进行储能从而实现削峰填谷的作用从而来提高电能的利用效率，这种接入方式并不够灵活，还存在如下的问题，例如：传统城乡配电系统一般由10千伏公共电网经变压器降压后提供给低压电力负荷，常见问题是变压器容量一般按照最大负荷乘以一定裕度的系数取值，这样造成电力变压器的平均负荷率20％左右，不仅造成资源浪费，而且增加了用户电费负担。特别是工商企业类电力用户，以天为周期的波峰波谷用电规律，不仅用的是最高价的电力(尖峰电价)，还要为制造尖峰负荷付出巨大的一次性投资代价和长期固定容量电费；其次存在的问题是并未解决灵活的能源供给问题。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性配电站，其目的在于提供一种长期在线工作的、实现能量和信息交互的多端接口配电方案。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性配电站，其特征在于，该配电站包括公共电网系统、蓄能系统及多用接口系统；

[0006] 其中所述公共电网系统包括通过依次连接于公共电网与电网低压侧的高压开关柜、配电变压器、低压开关柜；

[0007] 所述蓄能系统包括相互连接的蓄能充放电电池组件、变流器以及用于接入低压侧的接口开关柜，其中该蓄能系统还包括控制系统，其中所述控制系统用于控制所述蓄能充放电电池组件的充放电，及控制所述变流器的输出；

[0008] 所述多用接口系统主要包括一双向电力电子变压器，以及将所述双向电力电子变压器一端接入低压侧的开关柜。

[0009] 进一步地，所述多用接口系统中的所述双向电力电子变压器的另外一端可接入新能源、负载或其它第三方电网。

[0010] 进一步地，所述控制系统控制所述变流器实现有功和无功的输出。

[0011] 本发明还提出了一种针对所述的柔性配电站的设计方法，其中所述蓄能系统谷电时充电蓄能，峰电时放电使用，其特征在于，该方法包括如下步骤：

[0012] (1)根据负荷需要，确定最大负荷功率容量和平均负荷功率容量；

[0013] (2)所述配电变压器容量按照平均负荷乘以1.1～1.2的裕度系数来选择；

[0014] (3)所述蓄能系统的功率容量由所述最大负荷功率容量减去所述配电变压器容量，之后乘以1.1～1.2的裕度系数来进行选择；

[0015] (4)确定所述蓄能系统的蓄能电量；

[0016] (5)所述双向电力电子变压器的配置数量和容量由其配入配出需求情况具体决定，原则是：所以负荷与配出容量之和应不大于配电变压器、储能与配入的容量之和；若所述双向电力电子变压器的另外一端可接入新能源，则其能源优先使用，多余的可经所述蓄能系统实现蓄能。

[0017] 进一步地：所述步骤(4)中所述蓄能系统的蓄能电量按照如下方式实现：按照所述最大负荷容量减去所述配电变压器容量的部分所对应的电量乘以1.1～1.2的裕度系数。

[0018] 进一步地：所述步骤(4)中的所述蓄能系统的蓄能电量按照如下方式实现：所述步骤(4)中的蓄能系统的蓄能电量按照电网高峰电价时间段所对应的电量选择确定。

[0019] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

[0020] (1)本发明在网络的接入方式上，除了使用蓄能电池系统的接入，还提供了一种新能源的接入方式，还有直供电力接口，使得整体成为一个良好的可扩展的并且可接受外来电源使用的有序网络，有利于推进新型智能电网建设；

[0021] (2)本发明能使电池储能系统能够在配电站提供有功和无功的各种输出，起到为用户端提供应急电源、并且就地削峰填谷，极大地提高了配电站电能的利用效率；需要的时候还可以为公共电网提供电压支撑和频率支撑；

[0022] (3)本发明还提出了一种针对上述配电站的部件的设置方法，按照上述的设计方式，能够显著地提高固定资产利用率，并且节省50％以上的固定电费支出。

[0023] 总之，按照本发明的柔性交流电配电站，提供了一种工作制式为长期在线工作，可实现电力负荷的均衡和平移、可方便分布式能源发电的应用，更进一步的是方便第三方直供电源的接入，组成网状的静止动态电能消纳系统。对于电网而言，另外一方面，由于蓄能系统的使用，使得可以实现削峰填谷的作用，特别适用于以天为周期的波峰波谷用电规律的工商企业类电力用户，降低一次性投资，减少高价电费，减少固定电费。更进一步，在新能源广泛使用的能源背景下，解决发电与用电的匹配难题，为实现能源互联网提供了一个简单易行的技术方案。

附图说明

[0024] 图1是按照本发明实现的柔性配电站的系统组成结构示意图；

[0025] 图2是商场供电负荷的分布示意图；

[0026] 图3是按照本发明的配电站进行供电后的供电负荷分布示意图。

具体实施方式

[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0028] 本发明提供一种长期在线工作的、可实现能量和信息交互的多端接口配电方案，多端接口配电技术是智能电网建设必须突破的技术之一。

[0029] 本发明的配电站的结构如图1所示：

[0030] 配电站的主要部分包括公共电网系统、蓄能系统及多用接口系统；

[0031] 其中公共电网系统包括通过依次连接于公共电网与电网低压侧的高压开关柜、配电变压器、低压开关柜；

[0032] 蓄能系统包括相互连接的蓄能充放电电池组件、变流器以及用于接入低压侧的接口开关柜，其中该蓄能系统还包括控制系统，该控制系统包括能够执行有功无功输出的控制方式，使得蓄能系统能够实现有功无功的输出。

[0033] 该控制系统用于控制蓄能充放电电池组件以及变流器，在控制指令的实现上，包括充电、放电的有功指令和感性无功、容性无功的无功指令，由此使得对变流器回路的输出电流进行预设的方式实现控制，从而可以在四个象限工作，输出PWM正弦波电压。

[0034] 作为本发明的进一步的改进点，本发明还具有一多用接口系统，该多用接口系统主要包括一双向电力电子变压器，以及将其接入低压侧的接入开关柜。

[0035] 按照本发明实现的该多用接口系统，能够接入各种新能源，各种类型的新能源在经过双向电力电子变压器的作用从而形成适配于低压侧应用的新能源供应；当然，在低压侧可以设多个这种新能源供应线路，能够显著地提高新能源的利用率，从而达到节省电能的效果和目的。

[0036] 另外一方面，该新能源的接入可以不为新能源，而是负载，由于双向电力电子变压器的存在，使得可以利用蓄能系统和公共电网的电能给负责供电；

[0037] 更进一步的，该接入端口可以接入其它用户的供电能源端，从而利用用户的供电系统来实施供电，从而形成有序的供电网络，有利于在小范围内形成智能电网网络，技术上方便智能电网建设，网状结构，几家用户串起来一个网，可能多端口接入，可以面对国家电网，或者向邻居直供，要电或者是买电，从而为更加灵活的智能电网网络形成提供了可能。

[0038] 本发明的电池蓄能系统的变流器和多用接口系统中的变压器，皆优选为四象限工作且有功和无功均可调。为了配合蓄能系统的使用，从而形成能够提供各类需求的网络，并且配合控制系统形成有功无功均可调的电能供给，于是皆优选为四象限工作且有功和无功均可调的变压器。如上对控制系统的描述，可以通过设定的控制方法来实现四象限工作且有功和无功的可调。

[0039] 进一步地，本发明的蓄能电池系统中的充放电回路的直流母线，还有可方便电容蓄能或其他直流电源接入的端口设置。

[0040] 如上本发明所提出的柔性交流电配电站，由于其采用了新的线路设置方式，使得其设计方法上也需要调整，首先根据企业负荷需要，确定峰平谷用电负荷功率容量；变压器容量按照平均负荷来选择，降低固定投资，不是按照最大负荷来设置，可以减少一次性投资，提高资产利用率，也降低电力用户的使用费用。

[0041] 以上的设置方式能够显著地减少用电固定电费；蓄能的功率容量按照峰值负荷减变压器的容量选择，满足最大负荷时的用电需要，同时兼顾经济性；蓄能的蓄能电量按照峰值负荷减变压器的容量后所需要的电能选择；蓄能的使用方法为谷电时充电蓄能，峰电时放电使用，充放电功率以不高于变压器容量为限。由此，在蓄能系统的实现下，可以实现削峰填谷的作用，并且在削峰填谷的工作模式下，可以对上述柔性交流电配电站进行进一步的选择，从而达到进一步节省电能和节约资源的目的。

[0042] 如上所述本发明的柔性交流电配电站，设计方法是：

[0043] 1、根据企业负荷需要，确定峰平谷用电负荷功率容量；在具体的实施例中，比如某一个商场，其最大的用电负荷是在1000kW，以天为周期的平均功率为300kW；

[0044] 2、变压器容量按照平均负荷来选择；

[0045] 现有技术中，变压器的容量匹配方法是这样计算的，S＝(1000kW/0.8)*1.2＝1500kVA，1.2为一个裕度系数，0.8是功率因数，按变压器的标准序列选配，一般选择的变压器容量为1600kVA，在这种设计方式之下，容易造成投资大，固定资产的浪费，并且客户的固定电费明显增高，固定电费为月结电费，等于单价乘以变压器容量。

[0046] 而按照本发明的选择方法，可以采用按照平均负荷300kW来选择变压器的容量，为300*1.2，这里可以不考虑功率因数问题，因为蓄能部分具有动态无功补偿功能。匹配变压器的标准值后，可选择400kVA型号的变压器。

[0047] 3、蓄能的功率容量由最大负荷功率容量减去配电变压器容量，之后乘以1.1～1.2的裕度系数，并考虑部分无功来进行选择，约800kVA。

[0048] 4、本发明蓄能系统的蓄能电量选择的计算方法比较理论化，按照所述高于配电变压器容量部分的负荷容量所对应的电量乘以1.1～1.2的裕度系数，即获得蓄能系统的蓄能电量，实际中可以把某些用电设备比如空调、照明等交由蓄能解决，也可以计算尖峰电价期间的用电量来选择。这种解决方式能够充满满足变压器，以免出现变压器容量不足的问题。另外电量还可按照电网高峰电价时间段所对应的电量选择确定。这样可以实现充分的将低价电进行存储，从而在高峰用电期进行释放，从而能够实现充分的电价的节省。

[0049] 5、双向电力电子变压器的配置数量和容量由新能源发电、配入配出需求等具体情况决定，原则是：所以负荷与配出容量之和应不大于配电变压器、储能与配入的容量之和；新能源发电尽量就地消化，多余的发送到蓄能系统进行蓄能电量的存储；第三方电网接入容量应只是补充本站的不足且有较低的电价。

[0050] 致此，按照上述的设计原则来选择系统的各参数。

[0051] 6、蓄能的使用方法为谷电时充电蓄能，峰电时放电使用，充放电功率以不高于变压器容量为限。

[0052] 本发明的柔性交流电配电站工作制式为一种长期在线工作，可实现电力负荷的均衡和平移、可方便分布式能源发电的应用，更进一步的是方便第三方直供电源的接入，组成网状的静止动态电能消纳系统。特别适用于以天为周期的波峰波谷用电规律的工商企业类电力用户，降低一次性投资，减少高价电费，减少固定电费。对于电网而言，可以实现削峰填谷的作用。更进一步，在新能源广泛使用的能源背景下，解决发电与用电的匹配难题，为实现能源互联网提供了一个简单易行的技术方案。

[0053] 上述配电站的设置必须科学的满足本地负荷的用电需要，如图2所示就是一个典型的商场负荷分布特征图。

[0054] 图3所示的为平移后的商场负荷分布特征图，所谓平移，就是利用蓄能系统在夜间电力充裕时储存低价电能，在用电高峰电价最高时释放使用。一方面降低公共电网的峰谷压力，一方面降低企业的用电费用。

[0055] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。