一種分布式可再生能源智能站用電系統的製作方法
2023-06-08 00:47:01
一種分布式可再生能源智能站用電系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及變電站智能站用電的技術領域，尤其是一種分布式可再生能源智能站用電系統，主要由站控層、網絡層、調度層和信息層組成；當補充電源儲能系統剩餘電量不足，調度層中的決策分析伺服器下發控制命令給站控層中的併網/離網切換裝置進行切投並將光伏、風電、風光作為變電站輔助補充電源。在變電站站用電系統中實現利用可再生能源進行分布式發電、分布式儲能和分布式用能，從長遠來看具有良好的經濟效益，同時提高站用電的智能化系統的開放性、經濟性和可靠性。
【專利說明】
一種分布式可再生能源智能站用電系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及變電站智能站用電的技術領域，尤其是一種分布式可再生能源智能站用電系統。
【背景技術】
[0002]能源問題是未來人類面臨的最為嚴峻的挑戰之一。傳統的以煤炭、石油等化石燃料為主的能源模式將帶來一系列問題，如環境汙染、化石能源儲量下降等，從而對可持續發展造成很大的障礙。因此，可再生能源是解決能源問題的重要途徑。規模化的可再生能源包括太陽能、風能、潮汐能、生物能等。可再生能源作為一種清潔高效的新能源已受到廣泛關注，隨著可再生能源發電技術的日漸成熟，將可再生能源發電、儲能、供電技術應用於變電站內越來越廣泛。
[0003]變電站站用電系統是保障變電站安全、可靠運行的一個重要環節。一旦站用電系統出現問題，將直接或間接地影響變電站安全、可靠的運行，嚴重時會擴大事故範圍，導致電網解列等惡性事故發生。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:提供一種分布式可再生能源智能站用電系統，有效利用可再生能源系統，在變電站站用電系統中實現利用可再生能源進行分布式發電、分布式儲能和分布式用能。
[0005]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:一種分布式可再生能源智能站用電系統，主要由站控層、網絡層、調度層和信息層組成；當補充電源儲能系統剩餘電量不足，調度層中的決策分析伺服器下發控制命令給站控層中的併網/離網切換裝置進行切投並將光伏、風電、風光作為變電站輔助補充電源。
[0006]進一步地，站控層主要由分布式光伏發電設備、分布式風機發電設備、分布式風光發電設備及採集網關組成，其提供子站所有設備的接入、監控和管理，視頻監控以及將數據上傳到調度層。
[0007]進一步地，網絡層包括現場網絡交換設備和網絡鏈路；網絡層主要通過現場網絡交換設備和網絡線路提供全站運行系統和監控設備的互聯與通信。
[0008]進一步地，調度層還包括實時冗餘伺服器、歷史伺服器、關係資料庫、報警伺服器和Web伺服器;調度層用於實現對可再生能源的分布式光伏發電子系統、分布式風機發電子系統和分布式風光發電子系統的海量數據的採集、歷史數據存儲、決策分析判斷自動化運行和WEB發布。
[0009]進一步地，信息層由調度層中的Web伺服器實現並通過WEB客戶端、手機客戶端、遠程訪問伺服器和安全網關方式進行遠程訪問；信息層用於操作及運維人員遠程監測重要的實時數據及歷史資料庫的數據並且以圖表的形式展示。
[0010]本實用新型的有益效果是:該分布式可再生能源智能站用電系統具有以下優點:
[0011]一、利用可再生能源作為發電，儲能作為電站應急電源，若儲能系統剩餘電量不足，無法支持足夠時間，再投運光伏、風機等可再生能源結合作為變電站輔助電源，整個電站切入分布式可再生能源智能化供電運行方式，從而提高站內電系統的輸出電能質量，通過該智能化站用電系統在經濟環保的基礎上為變電站站內電系統提供有效可靠的用電保障；
[0012]二、通過智能化站內電系統對變電站的站內電站控層內各個發電、儲能設備、智能能量管理系統決策分析及智能化併網/離網切換設備進行監測和控制，為了加強對整個系統的智能化管理，使得對整個系統能夠直觀、動態、綜合的掌握整個系統的情況，杜絕各個環節設備運行數據的錯報，採用的這種智能化分層的技術方案，為變電站的有效監測，控制及智能化運維提供了有力的保障；
[0013]三、通過採用分布式儲能裝置，通過智能能量管理系統對數據進行大數據決策分析通過設置電源切換裝置為備用電源自投裝置或雙電源自動切換開關裝置ATS，保證兩個斷路器的自動切換的方式來控制主電源和備用儲能電源之間進行安全可靠平滑的切換，當主電源故障時刻及時切換至備用儲能電源，故障排除後可及時切換回主電源，保證了站內電安全運行的可靠性，使站內電能夠正常工作；
[0014]四、融合新型分布式可再生能源組成的微電網智能化系統，具有接納分布式電源採用智能化發電分析、電能質量管理、運用電源容量優化和儲能系統容量優化技術，採取決策分析伺服器對各個分布式可再生能源系統的數據進行大數據運算分析從而進行決策控制，輔助大電網安全運行，實現可再生能源發電的無縫併網/離網自動化運行切投，通過這種分布式可再生能源系統即綠色又環保，節約變電站自身能耗，顯著的降低變電站能耗，從長遠來看具有良好的經濟效益，同時提高站用電的智能化系統的開放性、經濟性和可靠性。
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0016]圖1是本實用新型的分層圖；
[0017]圖2是本實用新型的接線圖。
【具體實施方式】
[0018]見圖1，一種分布式可再生能源智能站用電系統，採用多種分布式能源系統組合方案，即分布式光伏能源系統、分布式風電能源系統和分布式風光能源系統三種系統自由組合搭配作為可再生能源作為變電站站用電系統供電電壓方案。利用分布式可再生能源發電、儲能、供電為變電站站用電提供備用輔助用電，經濟環保的同時增加變電站站用電系統供電的穩定可靠性。
[0019]該分布式可再生能源智能站用電系統主要由站控層、網絡層、調度層和信息層組成。該系統包括分布式可再生能源採能子系統、分布式儲能子系統、分布式用能子系統架構組成，這種分布式可再生能源智能站用電智能化系統分別由站控層、網絡層、調度層和信息層這四個層次組成實現。站控層主要通過分布式光伏發電設備、分布式風機發電設備、分布式風光發電設備及採集網關等設備組成，其提供子站所有設備的接入、監控和管理，視頻監控以及將數據上傳到調度層。站控層包括風機、測風塔、工業採集網關、風場SCADA、光伏電池列陣、匯流箱、低壓直流櫃、併網櫃、逆變櫃、交流低壓櫃、SST變壓器、併網/離網切換裝置和儲能裝置。網絡層包括現場網絡交換設備和網絡鏈路。調度層包括實時冗餘伺服器、歷史伺服器、關係資料庫、報警伺服器、決策分析伺服器和Web伺服器。信息層由調度層中的Web伺服器實現並通過WEB客戶端、手機客戶端、遠程訪問伺服器和安全網關方式進行遠程訪問。
[0020]站控層中的發電設備採用固態變壓器SST為站用電系統中實現能量轉換提供核心技術。站控層採用分布式儲能器技術，並且採用超級電容電池儲能與其他儲能結合方式，為可再生能源通過微網接入站用電提供可靠的支撐。站控層主要由可再生能源光伏發電、可再生能源風力發電、可再生能源風光發電通過發電裝置發電，通過智能化併網/離網切換裝置控制逆控單元進行併網/離網切換，通過充放電單元對系統各種分布式儲能裝置進行儲能處理，同時為變電站內的站內電負荷提供交直流供電。站控層中各種發電、儲能、切換、負荷都帶有智能化接口，將這些設備的智能化接口進行組網，可以對整個站控層各種設備進行數據採集、監測。站控層組網後通過網絡層的網絡交換設備、路由器、交換機組、集中器、集線器、通信伺服器和網絡線路光纖等設備進行網絡傳輸，將站控層收集到各類設備採集監測的數據上傳到調度層。
[0021]網絡層主要通過現場網絡交換設備和網絡線路等構成提供全站運行系統和監控設備的互聯與通信。
[0022]調度層用於實現對可再生能源的分布式光伏發電子系統、分布式風機發電子系統，分布式風光發電子系統的海量數據的採集、歷史數據存儲、決策分析判斷自動化運行、WEB發布等。調度層負責對站控層設備實時採集重要參量並進行定期存儲於歷史伺服器及關係資料庫中，這種通過工業採集網關採集到的數據通過實時冗餘伺服器來達到系統數據不會丟失，保證系統的數據的安全可靠，操作及運維人員可通過信息層的WEB客戶端、手機客戶端、遠程訪問伺服器等方式遠程監測重要的實時數據及歷史資料庫的數據，並且以報表和曲線、棒圖、柱狀圖和餅圖等形式展示，同時可以列印數據，為運維管理人員分析系統運行狀況提供科學的依據。
[0023]調度層的決策分析伺服器通過對採集站控層的設備進行分析及關聯運算，當系統任何節點或任務模塊中出現故障或異常，在處理系統實時歷史數據過程中發現異常故障時，調度層報警伺服器將自動發出各種報警提示，主要告警方式包括預設的語音報警、報警簡報窗口顯示、報警總表顯示、報警及時列印、監控界面集中告警、手機簡訊告警、E-mail電子郵件報警等，報警伺服器同時將系統產生的報警信息如告警時間、站點信息、告警類別、告警描述等存儲到報警伺服器中，同時按時間、地域信息、報警類別、描述等做複雜的關鍵字組合查詢和進行複雜的統計。
[0024]調度層通過網絡層接收到的站控層的各種智能設備的採集數據存儲到實時數據伺服器、冗餘伺服器，歷史資料庫、關係資料庫中。調度層的報警伺服器實時監控系統的採集數據，當系統任何節點、任務模塊出現故障或異常，在處理系統實時的數據或歷史的數據過程中發現異常、故障時，報警伺服器能夠自動發出各種報警提示，同時將報警信息包括報警事件、站點信息、告警類別、告警描述等同時存到歷史資料庫和關係資料庫中，可以提供給相關人員按時間、地點、報警類型、描述等做複雜的關鍵字組合及進行複雜的統計、檢索查詢。調度層的決策分析伺服器通過將接收到的站控層的各種智能設備的採集數據進行分類大數據採集分析運算進行決策控制，正常狀態下通過主變站用變給系統母線供電，可再生能源發電系統一直給儲能系統進行儲能充電。故障狀態下將補充電源儲能系統作為電站的應急電源，若儲能系統剩餘電量不足，無法支撐足夠時間，則調度層的決策分析伺服器下發控制命令給站控層子系統中的併網/離網切換裝置進行切投，將光伏、風電、風光作為變電站輔助補充電源，整個站用電系統切入微網運行方式。調度層的的WEB伺服器用於將採集到的站控層的各種數據以報表、曲線、棒圖、柱狀圖、餅圖、各種界面形式展示進行WEB發布，這樣操作及運維人員可通過信息層的WEB客戶端、手機客戶端、遠程伺服器等方式遠程監測站控層的各個設備的實時數據及歷史資料庫的數據及以上述各種形式界面進行訪問，為智能化遠程運維根系提供了科學的管理依據。
[0025]信息層可以使各種權限的人員對不同權限數據進行遠程監控訪問和管理，保證整個系統的安全性。調度層的Web伺服器主要是為信息層服務的設備，網絡伺服器是在網絡環境下為客戶端提供各種服務的專用設備，通過WEB伺服器在信息層就能以WEB客戶端、手機客服端、遠程訪問伺服器等方式對整個系統進行遠程監控訪問和管理，在系統分權限遠程訪問的同時保證系統的安全性又提高系統的智能性。
[0026]系統通過決策分析伺服器採集到各個子系統數據進行分析運算進行決策控制，將補充電源儲能系統作為電站的應急電源，當補充電源儲能系統剩餘電量不足，無法支撐足夠時間，調度層中的決策分析伺服器下發控制命令給站控層中的併網/離網切換裝置進行切投並將光伏、風電、風光作為變電站輔助補充電源，整個站用電系統切入微網運行方式，通過這種方式運維人員只需要信息層通過WEB客戶端、手機客戶端和遠程訪問伺服器等方式遠程監測系統併網/離網切投狀態，從而大大減輕運維人員的管理負擔實現智能化運維管理。
[0027]分布式可再生能源採能裝置採用固態變壓器SST作為能源轉換的核心部件，相對於傳統變壓器來說有獨特的優點，能夠適應可再生能源發電特殊要求。SST不僅僅可以實現高壓與低壓之間的電壓轉換，還能夠實現傳統變壓器不能實現的直流電與交流電之間的頻變換，SST同時具有交流和直流環節，可實現直流低壓、直流高壓、交流低壓、交流高壓四種狀態之間的轉換，SST還具有雙向輸入輸出，兼有故障隔離功能，SST頻率變化和電壓變換的靈活性有效阻斷變壓器兩端故障傳遞，相比於傳統變壓器只適用於單一頻率、單向電壓傳遞、SST幾乎可以適用於各種情況下電壓的雙向傳遞。由於可再生能源的多樣性，SST可將可再生能源發電網絡併入電網，太陽能發電實現低壓直流電向高壓交流電的轉換，風能發電網絡併入電網實現低壓交流電向高壓交流電的轉換，SST將分布式儲能裝置與電力總線相連，實現直流電與交流電的雙向傳導。從而滿足各種分布式可再生能源計入電力系統的需求同時適應了可再生能源發電應用的多樣性和寬泛性的特點。
[0028]分布式可再生能源儲能系統採用智能能量管理系統，智能能量管理系統的主要控制設備有可再生分布式電源控制器、可控負荷管理器、儲能控制器、繼電保護裝置和監控終端。在運行控制過程中IEMS可以基於本地信息對電網中的事件做出快速獨立的響應，當網內電壓跌落、故障、停電時，智能能量管理系統可以採用控制策略使其具有自愈、自治、和自組織等功能，同時實現分布式系統獨立方式與併網方式的安全運行及自動實現獨立運行於併網運行之間的靈活平滑的切換。
[0029]分布式組合儲能儲能採用的是超級電容電池儲能與傳統的蓄電池儲能結合的分布式儲能系統，傳統的電力儲能技術主要有抽水儲能、壓縮空氣儲能、蓄電池儲能、飛輪儲能等，其中，蓄電池儲能由於技術相對成熟，得到各行業廣泛的應用，是其它儲能技術沒有重大突破前的主要手段，隨著可再生能源的推廣應用，在變電站站用電中需要採用高效、小型的儲能器和儲能管理系統是分布式儲能技術的進一步需求，在該系統中，為了達到能量密度、小型化、環保化、使用壽命長、安全性高的目的採用超級電容電池應用於變電站站用電中，超級電容電池安全性高、成本低、比能量與比功率高、循環壽命長，與鋰離子電池、鎳氫電池相比壽命更長，且電容量受溫度影響很小等特點非常適合應用於傳統儲能方式的分布式儲能器。
[0030]由於可再生能源的間隙性和分散性，變電站站用電系統為了使得電網穩定，採用分布式儲能裝置，分布式儲能裝置包括分布式儲能器、儲能智能管理和信息採集。
[0031]見圖2，可再生能源站用電接線圖，系統站用電系統利用可再生能源互補的特性，建設可再生能源站用電系統代替T接站外電源。正常狀態下I號和2號站用變同時運行，各自帶I段母線。故障狀態下I號或2號站用變故障退出運行，分布式可再生能源系統歹徒故障變壓器進行供電，在全站失電的情況下，由分布式可再生能源系統為全站站內二次設備、照明系統、視頻監控和門禁用電負荷、站內日常供電負荷以及其他用電負荷進行供電。
[0032]可再生能源發電系統接入變電站直流配電櫃直流屏系統，直流屏主要用於為變電站提供穩定的直流電源，即將380V交流轉換為220V直流電源，在無市電輸入時，通過分布式儲能裝置放電，為合閘母線和控制母線提供220V直流電。由此可見，由分布式可再生能源接入可以有效防範全站停電的風險，一旦電網失電，則可以通過分布式儲能裝置逆變出的交流電位直流屏供電，輸出正常的合母電壓及控母電壓，保證變壓站關鍵設備的安全運行。
[0033]權衡各方面因素特別是變電站站用電的安全性和穩定性，可將分布式可再生能源系統接入站內室內應急照明系統中，這樣即使全站和備用電源同時出現故障，分布式可再生能源系統仍然可以保證照明系統的運行，為故障恢復贏得時間。
[0034]以上述依據本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
【主權項】
1.一種分布式可再生能源智能站用電系統，其特徵是:主要由站控層、網絡層、調度層和信息層組成；當補充電源儲能系統剩餘電量不足，調度層中的決策分析伺服器下發控制命令給站控層中的併網/離網切換裝置進行切投並將光伏、風電、風光作為變電站輔助補充電源。2.如權利要求1所述的一種分布式可再生能源智能站用電系統，其特徵是:所述站控層主要由分布式光伏發電設備、分布式風機發電設備、分布式風光發電設備及米集網關組成，其提供子站所有設備的接入、監控和管理，視頻監控以及將數據上傳到調度層。3.如權利要求2所述的一種分布式可再生能源智能站用電系統，其特徵是:所述網絡層包括現場網絡交換設備和網絡鏈路;網絡層主要通過現場網絡交換設備和網絡線路提供全站運行系統和監控設備的互聯與通信。4.如權利要求3所述的一種分布式可再生能源智能站用電系統，其特徵是:所述調度層還包括實時冗餘伺服器、歷史伺服器、關係資料庫、報警伺服器和Web伺服器;調度層用於實現對可再生能源的分布式光伏發電子系統、分布式風機發電子系統和分布式風光發電子系統的海量數據的採集、歷史數據存儲、決策分析判斷自動化運行和WEB發布。5.如權利要求4所述的一種分布式可再生能源智能站用電系統，其特徵是:所述信息層由調度層中的Web伺服器實現並通過WEB客戶端、手機客戶端、遠程訪問伺服器和安全網關方式進行遠程訪問；信息層用於操作及運維人員遠程監測重要的實時數據及歷史資料庫的數據並且以圖表的形式展示。
【文檔編號】H02J9/08GK205725147SQ201620556398
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】黃新春, 沈偉, 蔣亞峰, 徐愷, 路偉希
【申請人】上海南華蘭陵電氣有限公司