具有分布式储能装置的配电台区配电系统及其控制方法与流程

本发明属于电力储能装置在配电系统中的应用，具体涉及一种具有分布式储能装置的配电台区配电系统。

背景技术：

随着经济发展人民生活水平提高从而用电负荷增加，造成很多地区的一些配电台区平时运行正常，但在一年中出现若干次高峰负荷，会逼近甚至超过现有变压器和线路的容量，导致跳闸停电，降低了供电可靠性。给电网公司的供电服务、运行管理带来了很大的困难，目前主要采用配电台区增容扩建的方式进行解决。但是这种方式建设周期长，设备利用率不高的缺点也很明显。

另一方面，大多数的配电台区到了如夏季、春节等高峰负荷时期，会出现高峰功率，经常发生逼近甚至超过变压器和线路容量的情况。这种情况的发生很容易发生跳闸停电现象。另外，如某地举行重大活动或发生重大事件，现场用电负荷大增，往往出现线路、变压器过载甚至跳闸现象。所以，提高客户满意度，降低配电网一次设备投资，提高配电网设备利用率越来越受到用电客户和电网公司的重视。因此，研究和开发用于配电台区的分布式储能装置，可用于处理这种季节性、间歇性的高峰负荷，具有重要意义。

技术实现要素：

发明目的：针对现有的一些配电台区的变压器和线路建造时裕量较小无法满足供电需要和节能问题，本发明的第一目的是提供一种具有分布式储能装置的配电台区配电系统。基于该系统，本发明的第二目的是提供一种具有分布式储能装置的配电台区配电系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种具有分布式储能装置的配电台区配电系统，所述配电系统中变压器通过低压配电开关连接分布式储能系统装置，所述储能系统包括储能变流器、电池组、电池管理系统、智能控制器和通讯模块，所述的储能变流器直流侧接电池组，交流侧与台区低压母线相连，同时与所处的配电台区ttu保持通信。

其次，所述的电池组以磷酸铁锂电池作为电能存储介质，单体电池串并联集成后，组成一个电池组包；

所述的电池管理系统实时监测计算电池的状态信息，状态信息包括soc、soh、电压、电流和温度参数，以实现电池组的主动均衡控制、热管理控制及告警；

所述的储能变流器为将电网交流电和电池直流电相互转化；

所述的智能控制器根据ttu传输信息以及bms的状态信息决定运行策略、控制pcs运行模式；

所述的通讯模块用于传输系统监控网的信号传输和数据采集。

进一步的，所述系统通过智能配变终端连接到配电自动化主站系统，所述配电自动化主站系统采集低压配电开关、温度传感器、集中器、三相不平衡调节装置、分支监测单元、分布式储能装置和用户端的数据信息，实现监控和配电调控。

再进一步的，所述的储能电池模组的容量根据台区容量配置，由各单台分布式储能装置并联输出。

再进一步的，所述配电系统的变流器为三相四线制拓扑构架，通过外接电流互感器实时监测系统电流，判断系统是否处于不平衡状态，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，实现不平衡治理，包括对补偿点电压进行采样，判断补偿点电压是否超过设定值，调节输出感性电流或容性电流，使各相电压稳定在预设阈值范围内。

更进一步的，所述的储能电池管理系统包括电池单元检测bmu、电池组监测bcmu、电池系统控制bams构成：

所述的电池单元检测bmu实时监测单体电池的运行状态信息，包括单体电池的温度、电压电流、soc和soh；

所述的电池组监测bcmu实现对电池组的检测与控制，包括电压均衡指标检测、各电池组运行状态，并对电池组电压进行均衡控制；

所述的电池系统控制bams显示电池管理系统的状态信息，对单体电池组成的电池包进行检测和控制，包括电网运营监控参数的阈值设定和告警、故障信息显示。

一种具有分布式储能装置的配电台区配电系统的控制方法，所述系统中的分布式储能装置内部集成谐波在线监测单元，无需设置独立的数据采集单元，当检测到系统谐波电流超过一定给定值时，装置自身的剩余容量范围内以有源方式进行谐波电流滤除，储能变流器一次侧相当于有源电力滤波器，通过对电力电子器件的控制使其产生与谐波电流相反的谐波量，从而使电网电流正弦化。

进一步的，所述配电系统在智能配电终端ttu的边缘计算设备调度下，在用电低谷时pcs充电，将电网交流电转换为电池直流电，存储电能；在用电高峰时pcs充电，电池直流电转换为电网交流电，释放电能，实现电力系统负荷水平控制和负荷转移。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的具有分布式储能装置的配电系统对于台区集有功调节功能、无功调节与不平衡治理功能、谐波治理功能、调峰功能、离网运行功能、即插即用与智能通讯匹配功能于一体，实现增大台区和线路供电容量、电网削峰填谷、台区电能质量治理、智能台区自治的功能。包括如下几个显著的效果：

(1)该装置由储能变流器pcs、储能电池、电池管理系统bms、智能控制器和通讯模块构成，储能变流器直流侧接电池组，交流侧与台区低压母线相连，同时与台区ttu保持通信，所有储能装置集成在一个标准jp柜中。可多个同类装置并联运行以扩大系统容量，方便灵活；同时可与台区内其他设备(如电动汽车充电桩等设备)组成能量管理单元，实现配电网的潮流柔性控制。整个装置拥有较强的兼容性与灵活性。

(2)本发明所述系统中的分布式储能装置支持恒流、恒压或恒功率等多种充放电模式，可实现对60ms内完成满功率充电至满功率放电或满功率放电至满功率充电过程，可有效平抑台区内冲击性负荷或分布式电源功率波动。可接受智能配电终端(ttu)智能调度控制公共连接点(pcc)点功率，提升分布式电源就地消纳水平，以及在用电高峰期降低台区变压器负载率，避免过载跳闸断电故障发生。

(3)变流器采用三相四线制拓扑构架，通过外接电流互感器(ct)实时监测系统电流，判断系统是否处于不平衡状态，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，实现不平衡治理。对补偿点电压进行采样，判断补偿点电压是否超过设定值，调节输出感性电流或容性电流，使各相电压稳定在正常范围内。

(4)本发明所提供的分布式储能装置内部集成谐波在线监测功能，无需设置独立的数据采集单元，当监测谐波电流量超过设定值时，储能变流器不在进行充放电运行，而是改为apf运行模式，通过对拓扑电路的控制，实时跟踪电流变化，产生与系统谐波电流相位相反的谐波注入电网，使得电网电流滤除或减小谐波。

(5)本发明所提供的分布式储能装置可以在智能配电终端ttu的边缘计算设备调度下，用电低谷时pcs充电存储电能，用电高峰时pcs放电释放电能，减弱电网峰谷差，从而改善电网负荷特性，实现电力系统负荷水平控制和负荷转移。

(6)用于配电台区的分布式储能装置可与台区内部的分布式电源、电动汽车、负荷、或蓄冷及蓄热装置构建成为一个能量管理单元。用于配电台区的分布式储能装置作为储能元素支撑台区智能配变终端进行经济运行、削峰填谷、紧急功率支撑等多种控制策略的执行，通过有序引导分布式储能充放电策略，柔性调控用电负荷分布，从而实现配电网的潮流柔性控制，达到削峰填谷、提高电网设备利用率的目标。

(7)当该装置接入到现场监控网络时，可以被智能配电终端(ttu)自动识别为新插入的设备，并对其进行管理，而不需要更改调度系统的应用程序。这样既减轻了系统编码的复杂性，使其更容易维护，又提高了系统的灵活性，使系统趋向智能化，在测控系统应用方面具有重要的意义。该装置支持modbus、104、61850/goose、61850/mms等多种通讯规约，与基于边缘计算的配电物联终端自动关联匹配，接受智能配电终端(ttu)装置调度控制，根据台区电能质量现状,实现控制模式优化组合，设置有功、无功、不平衡容量配比，对台区用电进行综合治理。

附图说明

图1是本发明所述配电系统的台区系统示意图；

图2是本发明所是分布式储能装置的结构示意图；

图3是本发明所述分布式储能装置的电池管理系统结构示意图。

具体实施方式

为详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合说明书附图及具体实施例做进一步的阐述。

随着经济发展人民生活水平提高从而用电负荷增加，造成我国很多地区的一些配电台区平时运行正常，但在一年中出现若干次高峰负荷，会逼近甚至超过现有变压器和线路的容量，导致跳闸停电，降低了供电可靠性。这给电网公司的供电服务、运行管理带来了很大的困难，目前主要采用配电台区增容扩建的方式进行解决。但是这种方式建设周期长，设备利用率不高的缺点也很明显。

本发明为解决上述技术问题所提供的是一种具有分布式储能装置的配电台区配电系统。该装置对于台区，集有功调节功能、无功调节与不平衡治理功能、谐波治理功能、调峰功能、离网运行功能、即插即用与智能通讯匹配功能于一体，实现增大台区和线路供电容量、电网削峰填谷、台区电能质量治理、智能台区自治、与台区内其他设备(如电动汽车充电桩等设备)即插即用协调控制的智能控制装置。用于配电台区的分布式储能装置由储能电池模组、电池管理系统、变流器、智能控制器、智慧通讯模块组成，采用紧凑小型化设计，能直接安装在台区。系统框架如图1至图3所示。

储能电池模组采用锂电池组成电池模组，容量配置是以常见配电台区变压器容量来考虑。配电台区变压器有100kva、200kva、400kva等型号，因此单台装置选用100kwh的电池容量，单台装置功率配置为50kw或100kw。本装置具有可拆卸、各单台装置可并联使用等特点。整台装置的体积做成台区标准柜大小，直接安装在配电台区电线杆中间，不再另外占地。

电池管理系统主要作用是对电池进行管理与监控。系统主要由人机界面、总控单元(bau)、主控单元(bcu)、从控单元(bmu)以及相应的线束组成。具有功能覆盖广，体积小，抗干扰性能强，安全可靠等特点。

变流器为三相变流器，采用三相四线制拓扑构架，单台额定功率为50kw或100kw，直流侧电压范围600v-850v，交流侧电压380v，最大输出功率55kw。变流器能够实现多变流器并联运行功能。

智能控制器能够与智能配变终端(ttu)和边缘计算装置自动关联匹配，接受智能配变终端(ttu)调度控制，根据台区电能质量现状,实现控制模式优化组合，设置有功、无功、不平衡容量配比，对台区用电进行综合治理。

智慧通讯模块支持modbus、104、61850/goose、61850/mms等多种通讯规约，与基于边缘计算的配电物联终端自动关联匹配。

有功调节功能：在配电台区发生高峰负荷时，可能会超过变压器和线路的额定容量。本分布式储能装置可对其进行功率补偿，防止因过负荷造成的断电和限电。支持恒流、恒压或恒功率等多种充放电模式，可有效平抑台区内冲击性负荷或分布式电源功率波动，以及在用电高峰期降低台区变压器负载率，避免过载跳闸断电故障发生。

无功调节与不平衡治理功能：储能装置可以用于无功补偿，调节母线电压，对补偿点电压进行采样，判断补偿点电压是否超过设定值，调节输出感性电流或容性电流，使各相电压稳定在正常范围内。本装置可判断台区是否处于不平衡状态，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，实现配电台区不平衡治理。

谐波治理功能：装置内部集成谐波在线监测功能，无需设置独立的数据采集单元，装置自身的剩余容量范围内以有源方式进行谐波电流滤除。

调峰功能：可根据电网公司调度中心的要求，用电低谷时存储电能，用电高峰时释放电能，减弱电网峰谷差，改善电网负荷特性，实现电力系统负荷水平控制和负荷转移。

离网运行功能：当台区与外部电网断开，独立与负载相连时，装置作为离网系统的主电源运行，为负荷提供稳定的电压和频率支撑，可保障部分重要负荷的不间断运行，减少因断电带来的经济损失。此模式下，需要保证负荷的功率不应超过装置和电池的容量范围。

即插即用与智能通讯匹配功能：该装置具备即插即用功能，为了保证本配电台区能自适应地应对电网阻抗的变化、具备电网电压调整的鲁棒性，以及适应电网平衡和不平衡电压跌落、畸变等故障运行状态，以及实现多分布式变流系统的孤岛检测，所以采用自适应接入的分布式变流系统控制策略。该装置接入的相对较弱的配电网末端，电网运行状态复杂、电网阻抗多变，给配电台区稳定带来了不小的挑战。因此，即插即用功能能够实现自适应电网阻抗的变化，根据电网阻抗的变化自适应的重构其输出阻抗。本装置的变流系统的输出阻抗通过其控制器耦合在一起，通过灵活的控制策略，可以得到有效地调节和重构。这功能对于改善接入分布式电源和电动汽车充电桩等负荷的配电台区的运行稳定性，提升配电台区对分布式电源的接纳能力都大有裨益。

当该装置接入到配电台区时，智能配电终端(ttu)可以在现场监控网络中自动识别为新插入的设备并对其进行管理。该装置支持modbus、104、61850/goose、61850/mms等多种通讯规约，与基于边缘计算的配电物联终端自动关联匹配，接受智能配电终端(ttu)装置调度控制，根据台区电能质量现状,可实现与配电台区内其他设备，如电动汽车充电桩、分布式光伏、可控负荷等的协调控制，使配电台区内的各项设备都可以安全稳定可靠地使用。