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一种熔盐储能配电系统的节能方法

申请号 CN202210265947.X 申请日 2022-03-17 公开(公告)号 CN114696346A 公开(公告)日 2022-07-01
申请人 西安热工研究院有限公司; 发明人 薛磊; 高峰; 孙钢虎; 兀鹏越; 柴琦; 王小辉; 杨沛豪;
摘要 本 发明 公开了一种熔盐储能配电系统的节能方法,该方法通过电加热器回路设置备用支路,在正常工作时,备用支路也投入运行,与工作支路共同承担负荷,可有效减小电加热器回路的损耗,当某一工作支路发生故障时,剩余的工作支路和备用支路平均分担由工作支路转移过来的 电流 。 变压器 并列运行可以通过本发明提供的负荷分配方法实现节能效果最大化;正常工作时,所有的电加热器回路投入运行,并且通过控制晶闸管的触发脉冲实现各回路同时承担均分负荷,可有效减少线路损耗。本发明公开的一种熔盐储能配电系统的节能方法,有较大的应用价值。
权利要求

1.一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,该方法适用于采用多台容量相同、参数相近的变压器共同进行配电的熔盐储能系统,根据损耗最小的原则对总负荷在多台变压器之间进行分配,包括以下步骤:
1)熔盐储能配电系统采用容量相同的多台变压器进行配电,变压器的额定容量为SN,kVA;变压器空载有功损耗为P0,kW;变压器额定负载损耗为Pk,kW;变压器空载时的无功损耗为Q0,kvar;变压器额定负载时的无功损耗为Qk,kvar;无功经济当量为KQ,kW/kvar;变压器综合功率空载损耗为P0z=P0+KQQ0;变压器综合功率额定负载损耗为Pkz=Pk+KQQk;
2)熔盐储能系统的总负荷向上调节过程中,当总负荷Sσ小于 则只投入
一台变压器运行;当总负荷大于或等于 同时小于 时,投入两
台变压器共同运行;当总负荷大于或等于 同时小于 时,投入
三台变压器共同运行;以此类推,当总负荷大于或等于 同时小于
投入n台变压器共同运行,n≤N‑1;当总负荷大于或等于
投入全部N台变压器共同运行;
3)当熔盐储能系统的总负荷向下调节过程中,变压器的退出临界负荷与投入临界负荷计算方法相同,但是为避免变压器短时间内反复投入和退出,采用滞回特性;
4)因为熔盐储能配电系统采用参数相近的配电变压器进行配电,因此当投入n台变压器共同运行时,每台变压器分配的负荷相同,均为
5)当新投入或退出一台变压器时,负荷在多台变压器之间重新进行分配,负荷分配的过程通过调整电加热器回路晶闸管的导通来实现;
6)为保证电加热器回路中的损耗最小,随着变压器的投入或退出,每台变压器的负荷应平均分配给每个电加热器回路,每台变压器低压侧设置的电加热器回路数为m,则每个电加热器回路的负荷为 电加热器回路晶闸管的触发导通角应根据变压器分配的负荷进行调整;
7)为提高电加热器回路的可靠性,设置备用回路,当工作支路发生故障时,投入备用支路,电加热器的回路数为m,m=m1+m2,m1为基本工作支路数,m2为备用支路数,正常工作情况下,备用支路仍投入运行,当某一工作支路发生故障时,剩余的工作支路和备用支路平均分担由工作支路转移过来的电流
2.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤1)中,熔盐储能配电系统应采用同型号、同厂家的配电变压器,同型号的变压器可以保证变压器的短路阻抗参数相同或相近,同厂家的变压器可以保证变压器的空载损耗和负载损耗参数相同。
3.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤1)中,变压器的低压侧不设置断路器,只设置隔离开关,只在设备检修时用于隔离变压器和熔盐段母线及电加热器回路。
4.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤1)中,无功经济当量KQ取0.05,适用于接入火电厂厂用电系统的熔盐储能系统。
5.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤2)中,参数经过适当的调整,本方法即可适用于多台容量相同、参数相差较大的熔盐配电系统,即其中P0zn、
Pkzn为第n台变压器的综合功率空载损耗和负载损耗。
6.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤3)中,滞回系数取0.9,当某时刻n台变压器并列运行,熔盐储能系统的总负荷向下调节,当总负荷小于0.9×S(n‑1)n时,退出一台变压器,保持n‑1台变压器共同运行。
7.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤6)中,变压器低压侧电加热器回路的均流系数不小于0.9,其中均流系数的定义为并联运行各支路电流的平均值与最大支路电流值之比。
8.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤6)中,每个支路配置独立的脉冲触发装置,每个晶闸管的触发脉冲能够独立调节,每个支路独立进行动态均流计算,支路电流采用霍尔传感器进行采样
9.根据权利要求1所述的一种熔盐储能配电系统的节能方法,其特征在于,步骤7)中,加热器支路的额定电流为Ie,变压器的低压侧额定电流为Ir,则基本工作支路数 当m1≤6时,备用支路数m2=1;当m1≥7时,备用支路数m2=2。

说明书全文

一种熔盐储能配电系统的节能方法

技术领域

[0001] 本发明属于电系统节能技术领域,具体涉及一种熔盐储能配电系统的节能方法。

背景技术

[0002] 热电联产机组厂用电系统增设熔盐储能设备,可实现实现热电解耦,即深度调峰的同时保证电厂供热能力不下降,可有效提升新能源装机利用小时数,降低石化能源消耗,减少二排放,有助于实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标。
[0003] 但是,能源的多次转换必然带来能源的损耗,节约能源是我国的基本国策。
[0004] 对于配电系统,通常可采用高压深入负荷中心缩短低压配电线路的方法来减少电能损耗。高电压等级线路较低电压等级在提高输电能力、促进节能损耗、加大供电半径等方面具有显著优势。但是,对于熔盐储能系统,受限于电加热器的绝缘能力,目前电压等级最高只能采用660V。
[0005] 相较于380V系统,660V供电系统具有输电能力强、电能损耗低、电压质量高、节约金属材料、供电安全可靠等优点。例如,送电线路长度和导线截面不变的情况下,电压由380V升压到660V后,线路输电能力为380V电压时的3倍,功率损耗是380V时的1/3。
[0006] 但是,相较于直接采用10kV或6kV电压等级供电系统来说,采用电压等级较低的660V系统,必然要增加变压级数,增加了降压变压器部分的损耗,另一方面在负荷不变的情况下,电流较高电压等级的大,相应的功率损耗也更大。
[0007] 在无法提高电压等级的情况下,可以采用双回路或多回路供电,各回路同时承担2
负荷来节电。一回线路供电时的线路损耗为ΔP=3IR,其中I为供电电流,R为线路电阻。若在供电容量和供电线路不变的情况下,由两回路供电,且平衡负荷,在线路阻抗不变的条件下,每回线路的供电电流I2=I/2,两回路总的线路损耗为 可见,在双
回路或多回路供电时,各回路同时承担负荷,可有效减少线路损耗。
[0008] 对于变压器损耗,主要有空载损耗、负载损耗、介质损耗和杂散损耗。其中介质损耗和杂散损耗相对较小,可忽略不计。变压器的空载损耗主要是芯损耗,由磁滞损耗和涡流损耗组成,也称为铁损。变压器的负载损耗主要为负载电流通过绕组时的损耗,也称为损,其值与负载电流的二次方成正比。在相同负载条件下,变压器并列运行的功率损耗不仅与运行方式的组合技术参数有关,而且与变压器间负载的分配有关。
[0009] 考虑到熔盐储能系统,日常参与电厂的调频、调峰和供热,负荷较大,优化配电系统对于节能的意义重大。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于针对大容量熔盐储能系统的配电系统功率损耗较大的问题,提供了一种旨在降低熔盐储能配电系统功率损耗的节能方法,优化熔盐储能配电系统负荷分配方法。
[0011] 本发明采用如下技术方案来实现的:
[0012] 一种熔盐储能配电系统的节能方法,该方法适用于采用多台容量相同、参数相近的变压器共同进行配电的熔盐储能系统,根据损耗最小的原则对总负荷在多台变压器之间进行分配,包括以下步骤:
[0013] 1)熔盐储能配电系统采用容量相同的多台变压器进行配电,变压器的额定容量为SN,kVA;变压器空载有功损耗为P0,kW;变压器额定负载损耗为Pk,kW;变压器空载时的无功损耗为Q0,kvar;变压器额定负载时的无功损耗为Qk,kvar;无功经济当量为KQ,kW/kvar;变压器综合功率空载损耗为P0z=P0+KQQ0;变压器综合功率额定负载损耗为Pkz=Pk+KQQk;
[0014] 2)熔盐储能系统的总负荷向上调节过程中,当总负荷Sσ小于 则只投入一台变压器运行;当总负荷大于或等于 同时小于 时,投入两台变压器共同运行;当总负荷大于或等于 同时小于 时,
投入三台变压器共同运行;以此类推,当总负荷大于或等于 同时小于
投入n台变压器共同运行,n≤N‑1;当总负荷大于或等于
投入全部N台变压器共同运行;
[0015] 3)当熔盐储能系统的总负荷向下调节过程中,变压器的退出临界负荷与投入临界负荷计算方法相同,但是为避免变压器短时间内反复投入和退出,采用滞回特性;
[0016] 4)因为熔盐储能配电系统采用参数相近的配电变压器进行配电,因此当投入n台变压器共同运行时,每台变压器分配的负荷相同,均为
[0017] 5)当新投入或退出一台变压器时,负荷在多台变压器之间重新进行分配,负荷分配的过程通过调整电加热器回路晶闸管的导通来实现;
[0018] 6)为保证电加热器回路中的损耗最小,随着变压器的投入或退出,每台变压器的负荷应平均分配给每个电加热器回路,每台变压器低压侧设置的电加热器回路数为m,则每个电加热器回路的负荷为 电加热器回路晶闸管的触发导通角应根据变压器分配的负荷进行调整;
[0019] 7)为提高电加热器回路的可靠性,设置备用回路,当工作支路发生故障时,投入备用支路,电加热器的回路数为m,m=m1+m2,m1为基本工作支路数,m2为备用支路数,正常工作情况下,备用支路仍投入运行,当某一工作支路发生故障时,剩余的工作支路和备用支路平均分担由工作支路转移过来的电流。
[0020] 本发明进一步的改进在于,步骤1)中,熔盐储能配电系统应采用同型号、同厂家的配电变压器,同型号的变压器可以保证变压器的短路阻抗参数相同或相近,同厂家的变压器可以保证变压器的空载损耗和负载损耗参数相同。
[0021] 本发明进一步的改进在于,步骤1)中,变压器的低压侧不设置断路器,只设置隔离开关,只在设备检修时用于隔离变压器和熔盐段母线及电加热器回路。
[0022] 本发明进一步的改进在于,步骤1)中,无功经济当量KQ取0.05,适用于接入火电厂厂用电系统的熔盐储能系统。
[0023] 本发明进一步的改进在于,步骤2)中,参数经过适当的调整,本方法即可适用于多台容量 相同、参数相差较大的熔盐配电 系统 ,即其中P0zn、Pkzn为第n台变压器的综合功率空载损耗
和负载损耗。
[0024] 本发明进一步的改进在于,步骤3)中,滞回系数取0.9,当某时刻n台变压器并列运行,熔盐储能系统的总负荷向下调节,当总负荷小于0.9×S(n‑1)n时,退出一台变压器,保持n‑1台变压器共同运行。
[0025] 本发明进一步的改进在于,步骤6)中,变压器低压侧电加热器回路的均流系数不小于0.9,其中均流系数的定义为并联运行各支路电流的平均值与最大支路电流值之比。
[0026] 本发明进一步的改进在于,步骤6)中,每个支路配置独立的脉冲触发装置,每个晶闸管的触发脉冲能够独立调节,每个支路独立进行动态均流计算,支路电流采用霍尔传感器进行采样
[0027] 本发明进一步的改进在于,步骤7)中,加热器支路的额定电流为Ie,变压器的低压侧额定电流为Ir,则基本工作支路数 当m1≤6时,备用支路数m2=1;当m1≥7时,备用支路数m2=2
[0028] 本发明至少具有如下有益的技术效果:
[0029] 1、本发明提出的一种熔盐储能配电系统的节能方法,可以降低熔盐储能系统由电能转换为热能过程中的能源损耗,在双回路或多回路供电时,各回路同时承担负荷,有效减少变压器和线路的损耗,提升整个熔盐储能配电系统的效率。
[0030] 2、本发明提出的一种熔盐储能配电系统的节能方法,电加热器回路设置备用支路,在正常工作时,备用支路也投入运行,与工作支路共同承担负荷,可有效减小电加热器回路的损耗,当某一工作支路发生故障时,剩余的工作支路和备用支路平均分担由工作支路转移过来的电流,这样既可以提高熔盐储能系统的工作可靠性,同时可以降低线路中的损耗,提高系统效率。
[0031] 本发明对比已有技术具有以下显著优点:
[0032] 1、本发明提出的一种熔盐储能配电系统的节能方法,优化熔盐储能系统的负荷分配方法,可以使变压器运行于经济区间,降低熔盐储能配电系统中的损耗,提高整个熔盐储能系统能量转化的效率。
[0033] 2、本发明提出的一种熔盐储能配电系统的节能方法,变压器低压侧可以设置隔离开关,不需设置断路器,降低了熔盐储能系统的建造成本。
[0034] 3、本发明提出的一种熔盐储能配电系统的节能方法,适用于容量相同、参数相近的多台变压器,这种系统设计方法在实际中比较多见,但是只需对本方法进行较小的修改,就可以应用于多台容量相同、参数不同的熔盐储能配电系统。附图说明
[0035] 图1为根据本发明的一种可选的熔盐储能方案示意图。
[0036] 图2为现有技术的一种可选的熔盐储能方案示意图。
[0037] 附图标记说明:
[0038] E为电加热器,KM为接触器,SCR为晶闸管,QS为隔离开关。

具体实施方式

[0039] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0040] 本方法适用于采用多台容量相同、参数相近的变压器共同进行配电的熔盐储能系统,其特征在于,根据损耗最小的原则对总负荷在多台变压器之间进行分配,包括以下步骤:
[0041] 1)熔盐储能配电系统采用容量相同的多台变压器进行配电,变压器的额定容量为SN,kVA;变压器空载有功损耗为P0,kW;变压器额定负载损耗为Pk,kW;变压器空载时的无功损耗为Q0,kvar;变压器额定负载时的无功损耗为Qk,kvar;无功经济当量为KQ,kW/kvar;变压器综合功率空载损耗为P0z=P0+KQQ0;变压器综合功率额定负载损耗为Pkz=Pk+KQQk。
[0042] 2)熔盐储能系统的总负荷向上调节过程中,当总负荷Sσ小于 则只投入一台变压器运行;当总负荷大于或等于 同时小于 时,投入两台变压器共同运行;当总负荷大于或等于 同时小于 时,
投入三台变压器共同运行;以此类推,当总负荷大于或等于 同时小于
投入n台变压器共同运行,n≤N‑1;当总负荷大于或等于
投入全部N台变压器共同运行。
[0043] 3)当熔盐储能系统的总负荷向下调节过程中,变压器的退出临界负荷与投入临界负荷计算方法相同,但是为避免变压器短时间内反复投入和退出,采用滞回特性。
[0044] 4)因为熔盐储能配电系统采用参数相近的配电变压器进行配电,因此当投入n台变压器共同运行时,每台变压器分配的负荷相同,均为
[0045] 5)当新投入或退出一台变压器时,负荷在多台变压器之间重新进行分配,负荷分配的过程通过调整电加热器回路晶闸管的导通角来实现。
[0046] 6)为保证电加热器回路中的损耗最小,随着变压器的投入或退出,每台变压器的负荷应平均分配给每个电加热器回路,每台变压器低压侧设置的电加热器回路数为m,则每个电加热器回路的负荷为 电加热器回路晶闸管的触发导通角应根据变压器分配的负荷进行调整。
[0047] 7)为提高电加热器回路的可靠性,设置备用回路,当工作支路发生故障时,投入备用支路,电加热器的回路数为m,m=m1+m2,m1为基本工作支路数,m2为备用支路数。正常工作情况下,备用支路仍投入运行,当某一工作支路发生故障时,剩余的工作支路和备用支路平均分担由工作支路转移过来的电流。
[0048] 步骤1)中,熔盐储能配电系统应采用同型号、同厂家的配电变压器,同型号的变压器可以保证变压器的短路阻抗参数相同或相近,同厂家的变压器可以保证变压器的空载损耗和负载损耗参数相同或相近。
[0049] 步骤1)中,变压器的低压侧不设置断路器,只设置隔离开关,只在设备检修时用于隔离变压器和熔盐段母线及电加热器回路。
[0050] 步骤1)中,无功经济当量KQ取0.05,适用于接入火电厂厂用电系统的熔盐储能系统。
[0051] 步骤2)中,参数经过适当的调整,本方法即可适用于多台容量相同、参数相差较大的熔盐配电系统,即其中P0zn、
Pkzn为第n台变压器的综合功率空载损耗和负载损耗。
[0052] 步骤3)中,滞回系数取0.9,当某时刻n台变压器并列运行,熔盐储能系统的总负荷向下调节,当总负荷小于0.9×S(n‑1)n时,退出一台变压器,保持n‑1台变压器共同运行。
[0053] 步骤6)中,变压器低压侧电加热器回路的均流系数不小于0.9,其中均流系数的定义为并联运行各支路电流的平均值与最大支路电流值之比。
[0054] 步骤6)中,每个支路配置独立的脉冲触发装置,每个晶闸管的触发脉冲能够独立调节,每个支路独立进行动态均流计算,支路电流采用霍尔传感器进行采样。
[0055] 步骤7)中,加热器支路的额定电流为Ie,变压器的低压侧额定电流为Ir,则基本工作支路数 当m1≤6时,备用支路数m2=1;当m1≥7时,备用支路数m2=2。
[0056] 在无法提高电压等级的情况下,可以采用双回路或多回路供电,各回路同时承担负荷来节电。正常工作时,所有的电加热器回路投入运行,并且通过控制晶闸管的触发脉冲实现各回路同时承担均分负荷,可有效减少线路损耗。
[0057] 实施例
[0058] 为达到节能效果,降低能量转化过程中的损耗,熔盐储能配电系统可采用图2的接线,即增设660V熔盐段,660V熔盐段经断路器连接所有变压器的低压侧,从而可实现变压器的并列运行,同时,所有的电加热器也并联接于660V熔盐段。
[0059] 如果采用图2的接线,虽然可以实现变压器的并列运行,自动实现负荷在多台变压器之间的平均分配,但是存在如下安全问题:
[0060] (1)当660V熔盐段上发生接地或相间短路故障时,则多台并列运行的变压器同时向短路点提供短路电流,导致短路电流很大,极大的短路电流很难切除,对断路器的要求较高,增加了设备成本。
[0061] (2)变压器并列运行时,当变压器内部发生短路故障时,660V熔盐段会向短路点反方向提供短路电流,因此除了需要在变压器高压侧设置过流保护之外,还必须在变压器低压侧增加过流保护,保证在变压器内部故障情况下能够通过检测低压侧熔盐段提供的短路电流来断开变压器与熔盐段的连接,保证熔盐系统其余部分正常连续运行。
[0062] (3)变压器并列运行,虽然可以自动调整负荷,实现总负荷在多台变压器之间的平均分配,达到节能效果,但是,当多台变压器并列运行时,如果其中一台变压器由于故障被切除,则总负荷在剩余的多台变压器之间分配,则有可能导致剩余变压器的过负荷,给变压器的安全运行带来了不确定因素,因此变压器必须在高压侧配置过负荷保护,在变压器的低压侧断路器中配置长延时保护,用于保护变压器并列运行时可能出现的过负荷情况。
[0063] 根据本发明,提出的一种实施例如图1所示,某熔盐储能配电系统采用4台容量为10000kVA的变压器共同进行配电,变压器的空载损耗为27.7kW,负载损耗为80.5kW,空载电流为2.8%,短路阻抗为7.7%。每台变压器低压侧电加热器回路数为10个,其中8个回路为工作回路,2个回路为备用回路。
[0064] 变压器综合功率空载损耗为P0z=27.7+0.05×2.8%×10000=41.7kW,变压器综合功率额定负载损耗为Pkz=80.5+0.05×7.7%×10000=119kW。
[0065] 熔 盐 储 能 系 统 的 总 负 荷 向 上 调 节 过 程 中 ,当 总 负 荷 Sσ小 于则只投入一台变压器运行,变压器承担全部的负荷Sσ,每个电加热器回路分配的负荷为
[0066] 当 总 负 荷 Sσ大 于 或 等 于 同 时 小 于时,投入两台变压器共同运行,每台变压器分配的负荷为
每个电加热器回路分配的负荷为
[0067] 当 总 负 荷 大 于 或 等 于 同 时 小 于时,投入三台变压器共同运行,每台变压器分配的负荷为
每个电加热器回路分配的负荷为
[0068] 当总负荷大于或等于 投入四台变压器共同运行,每台变压器分配的负荷为 每个电加热器回路分配的负荷为
[0069] 当熔盐储能系统的总负荷向下调节过程中,当总负荷小于0.9S34=10655.4kVA时,退出运行的四台变压器中的一台变压器,保持三台变压器共同运行,每台变压器分配的负荷为 每个电加热器回路分配的负荷为
[0070] 当总负荷小于0.9S23=9227.8kVA时,退出投入运行的三台变压器中的一台变压器,保持两台变压器共同运行,每台变压器分配的负荷为 每个电加热器回路分配的负荷为
[0071] 当总负荷小于0.9S12=7534.4kVA时,退出投入运行的两台变压器中的一台变压器,保持一台变压器运行,变压器承担全部的负荷Sσ,每个电加热器回路分配的负荷为[0072] 虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。