一種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，包括一箱式拖掛車，拖掛車的密閉箱體內(nèi)設(shè)置有副變壓器、副斷路器、第二400V交流網(wǎng)母線、電氣量測量裝置、儲能陣列、逆變單元、子EMS工控機、電池管理系統(tǒng)和充電機，拖掛車的密閉箱體上設(shè)有一個或多個可與電動汽車插接的充電接口、一個可與儲配一體化智能箱式變壓器連接的即插即用式接口，一個可直接接入10kV高壓網(wǎng)母線的高壓網(wǎng)接口。本實用新型能為需要補電的電動汽車提供移動應(yīng)急充電服務(wù)，同時可以方便接入儲配微網(wǎng)或10kV配電網(wǎng)進行補電，增加靈活性，甚至可參與儲配微網(wǎng)的運行，實現(xiàn)多用途應(yīng)急供電服務(wù)，進一步提高微網(wǎng)工作在動態(tài)負荷增容狀態(tài)下的可靠性。
【專利說明】
一種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種電動汽車充電設(shè)施，具體涉及一種用于電動汽車應(yīng)急救援的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車存在續(xù)駛里程較短的問題，容易出現(xiàn)途中缺電的情況。而目前設(shè)置在公路沿線的電動汽車充電設(shè)施還比較少，這降低了電動汽車途中及時補電的成功率，所以現(xiàn)急需一種可移動式充電設(shè)施，實現(xiàn)對途中缺電的電動汽車的應(yīng)急救援。
[0003]同時，原有配網(wǎng)容量對電動汽車大規(guī)模接入規(guī)劃嚴重不足，而配網(wǎng)大面積改造難度大、成本高，只能按照“儲配一體設(shè)計微型配電網(wǎng)控制方法”及其衍生方法，在終端配網(wǎng)安裝儲能陣列，通過移峰填谷，在保證供電可靠性前提下實現(xiàn)配網(wǎng)內(nèi)供電負荷的動態(tài)增容。動態(tài)增容允許微網(wǎng)內(nèi)負荷大大超過變壓器容量，對出現(xiàn)頻率很低的持續(xù)高峰用電場景，缺少一種可移動式儲配一體化變電站，能繞過傳統(tǒng)配電設(shè)施的容量限制，為固定式儲能設(shè)施進行應(yīng)急補電，進一步提高儲配一體設(shè)計微型配電網(wǎng)的運行可靠性。
[0004]此外，可移動式充電車一般仍需通過充電機實現(xiàn)大功率補電，需實現(xiàn)專門充電接口，缺少面向400V交流母線的即插即用接口，同時需采用自身大功率雙向變流器實現(xiàn)補電，以節(jié)省成本。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決普通電動汽車充電設(shè)施較難移動，以及移動式充電車無法直接接入400V交流母線，并需實現(xiàn)專門充電接口，投資增加的問題，同時為了滿足在極端場景下為固定式儲配一體化微網(wǎng)補電的需求，本實用新型旨在提供一種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，使其作為主動智能微網(wǎng)及電動汽車規(guī)模應(yīng)用的必要的補充手段。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]—種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，包括一箱式拖掛車，所述拖掛車的密閉箱體內(nèi)設(shè)置有儲能陣列、逆變單元、充電機、子EMS工控機、電池管理系統(tǒng)、第二400V交流網(wǎng)母線和副變壓器，所述拖掛車的密閉箱體上設(shè)置有一個或多個可與電動汽車插接的充電接口、一個可與儲配一體化智能箱式變壓器插接的即插即用式接口和一個可連接1kV高壓網(wǎng)母線的高壓網(wǎng)接口 ；
[0008]所述即插即用式接口的第一接口與所述子EMS工控機連接，所述子EMS工控機可通過所述即插即用式接口的第一接口與所述儲配一體化智能箱式變壓器中的主EMS工控機保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接；
[0009]所述即插即用式接口的第二接口與所述第二400V交流網(wǎng)母線連接，所述第二400V交流網(wǎng)母線可通過所述即插即用式接口的第二接口與所述儲配一體化智能箱式變壓器中的第一400V交流網(wǎng)母線連接；
[00?0]所述儲能陣列經(jīng)所述逆變單元接入所述400V交流網(wǎng)母線，所述逆變單元和所述第二400V交流網(wǎng)母線之間設(shè)置有一個電氣量測量裝置，所述電池管理系統(tǒng)與所述儲能陣列連接，所述逆變單元、所述電氣量測量裝置和所述電池管理系統(tǒng)均與所述子EMS工控機保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接；
[0011 ] 所述副變壓器的一端經(jīng)副斷路器接入所述第二400V交流網(wǎng)母線，所述副變壓器的另一端與所述高壓網(wǎng)接口連接；
[0012]所述充電機的一端經(jīng)一可控開關(guān)接入所述第二400V交流網(wǎng)母線，所述充電機和所述可控開關(guān)均與所述子EMS工控機保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接;所述充電機的另一端與所述充電接口連接，所述充電機可通過所述充電接口為所述電動汽車充電。
[0013]進一步的，所述子EMS工控機與運維人員的控制主機通過專線保持通訊連接。
[0014]進一步的，所述儲能陣列包括但不限于由鋰電池、超級電容、釩硫電池以及符合應(yīng)用的傳統(tǒng)電池所形成的可充電陣列單元。
[0015]進一步的，所述拖掛車的密閉箱體具備整體防潮、防火、防塵、電池隔間防水、控溫之功能。
[0016]進一步的，所述可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站所需的自用電由所述儲能陣列提供。
[0017]前文中提到的所述儲配一體化智能箱式變壓器(申請?zhí)?201620056833.4)，是一種實現(xiàn)儲配一體化微型配電網(wǎng)的關(guān)鍵組件。其以10kV/400V配電變壓器為基礎(chǔ)，在一多隔間容器內(nèi)集合了包括原屬配電箱一部分的主變壓器、主斷路器、電氣量測量裝置等設(shè)備以及儲能陣列等其它關(guān)鍵一次設(shè)備；同時還整合了用于控制上述一次設(shè)備的二次設(shè)備，包括主EMS(能量管理系統(tǒng))工控機、BMS(電池管理系統(tǒng))等，支持按照“儲配一體化微型配電網(wǎng)控制方法”(申請?zhí)?201510457657.5)及其衍生方法進行工作，其二次設(shè)備還向下延伸并可測控微網(wǎng)內(nèi)所有可調(diào)節(jié)負荷，具有智能開斷常規(guī)負荷的能力。該儲配一體化智能箱式變壓器有利于關(guān)鍵一、二次設(shè)備的集中管理、維護和控溫，簡化了儲配一體設(shè)計微網(wǎng)的運維管理并降低分散維護帶來的成本，提高了微網(wǎng)運行的可靠性。
[0018]本實用新型的工作原理如下:
[0019]1、補電方式的選擇:本實用新型可以選擇通過高壓網(wǎng)接口從1kV直接補電(充電方式一)，也可以選擇通過即插即用接口連接儲配一體化智能箱式變壓器實現(xiàn)補電(充電方式二)，但不能同時選擇這兩種補電方法。
[0020]2、PCS(由EMS工控機控制的逆變單元)運行模式的確定:當選擇充電方式一時，PCS只能運行在主模式；當選擇充電方式二時，若該微網(wǎng)中包含I套以上的按照儲配一體化微型配電網(wǎng)控制方法運行的PCS時，運維人員應(yīng)通過控制主機為每臺PCS設(shè)定主從模式，任何時候，主模式PCS有且僅有I臺，從模式PCS可沒有，也可有多臺。
[0021]3、主模式PCS的控制策略:
[0022]3.1、由EMS工控機測量變壓器低壓側(cè)功率；電網(wǎng)正常供電情況下，EMS工控機控制PCS，按照功率調(diào)節(jié)(P/Q)模式工作；如果儲能陣列SOC介于其最低允許值和最高允許值之間，并且變壓器負荷率(變壓器實測功率與其額定容量的比值)超過“變壓器高功率水平”，PCS以維持變壓器在該功率限值以下工作為目標控制儲能陣列放電。
[0023]3.2、當變壓器負荷率在“變壓器低功率水平”與“變壓器高功率水平”之間時，儲能陣列不充電也不放電；當變壓器負荷率低于“變壓器低功率水平”時，PCS應(yīng)盡可能將變壓器維持在“變壓器低功率水平”:如果PCS已以充電模式滿功率運行，并且用電負荷的確不夠，則維持充電滿功率運行，直到變壓器負荷率再次回到“變壓器低功率水平”以上。
[0024]3.3、對每個可調(diào)節(jié)負荷通過EMS工控機控制其用電狀態(tài)，并在控制主機中反映其開斷狀態(tài)及用電情況;如果儲能SOC低于最低允許值，降低部分或全部可調(diào)節(jié)負荷的功率直至切除全部可調(diào)節(jié)負荷，使儲能SOC不再下降；直到儲能SOC恢復(fù)到高于最低允許值之上一給定水平A S0C，才重新投入可調(diào)節(jié)負荷或?qū)⒖烧{(diào)節(jié)負荷的用電功率恢復(fù)到額定水平。
[0025]3.4、在全系統(tǒng)并網(wǎng)運行時:當儲能陣列SOC小于最低允許值時，儲能系統(tǒng)不再放電；當儲能陣列SOC大于最高允許值時，儲能系統(tǒng)不再充電。當充放電因SOC范圍限制無法繼續(xù)按當前功率運行時，應(yīng)使PCS充放電功率逐步由當前功率調(diào)整到0，避免因負荷沖擊造成頻率、電壓的暫態(tài)波動。
[0026]3.5、在全系統(tǒng)離網(wǎng)運行中，若檢測到電網(wǎng)突然斷電，PCS、儲能陣列和可調(diào)節(jié)負荷將從電網(wǎng)中自動切除，并在離網(wǎng)運行全過程中禁止可調(diào)節(jié)負荷使用；切除后應(yīng)通過控制主機向運維人員發(fā)出通知;如運維人員希望儲能系統(tǒng)繼續(xù)給應(yīng)急負荷供電，則需首先通過EMS控制主斷路器斷開防止倒送電，斷開全部非應(yīng)急負荷的斷路器開關(guān)，然后通過EMS工控機以電壓頻率調(diào)節(jié)(V/F)模式啟動PCS，恢復(fù)儲能陣列向400V交流網(wǎng)供電。當儲能SOC小于最低允許值時，PCS自動關(guān)閉，退出運行。
[0027]3.6、在全系統(tǒng)離網(wǎng)運行中，并且通過第一電氣量測量裝置檢測到電網(wǎng)恢復(fù)供電時，若此時PCS運行在V/F模式并給應(yīng)急負荷供電，則運維人員從控制主機接受到通知;如運維人員希望恢復(fù)并網(wǎng)運行，應(yīng)首先通過控制主機，經(jīng)EMS工控機關(guān)閉PCS，然后閉合主斷路器開關(guān)，以P/Q模式啟動PCS，使微網(wǎng)恢復(fù)到并網(wǎng)工作模式。第一電氣量測量裝置中應(yīng)包括頻率測量裝置，該裝置將電壓與相位信號傳送給PCS，當電網(wǎng)恢復(fù)供電時，PCS輸出電壓自動與電網(wǎng)同步。
[0028]4、從模式PCS的控制策略:
[0029]4.1、運維人員應(yīng)通過控制主機設(shè)定工作在“從模式”的PCS的充放電功率，如果儲能陣列SOC介于其最低允許值和最高允許值之間，儲能陣列需按照該設(shè)定功率值運行；
[0030]4.2、如果儲能SOC低于最低允許值，停止放電；直到儲能SOC恢復(fù)到高于最低允許值之上一給定水平A S0C，才可重新放電；當儲能陣列SOC大于最高允許值時，儲能系統(tǒng)不再充電。當充放電因SOC范圍限制無法繼續(xù)按當前功率運行時，應(yīng)使PCS充放電功率逐步由當前功率調(diào)整到O，避免因負荷沖擊造成頻率、電壓的暫態(tài)波動；
[0031]5、可移動式箱式充電站在不連接任何外部電網(wǎng)的孤網(wǎng)運行模式下，允許開啟包括充電機在內(nèi)的任何負荷;如果儲能陣列SOC介于其最低允許值和最高允許值之間，PCS運行在V/F模式;如果儲能SOC低于最低允許值，PCS退出運行。
[0032]本實用新型的有益效果是:
[0033]1、本實用新型的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站放置于封閉拖掛車內(nèi)，具有很強的道路機動性，能為需要補電的電動汽車提供應(yīng)急充電服務(wù)。
[0034]2、本實用新型的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站能以即插即用的方式接入儲配一體化智能箱式變壓器或1kV高壓交流網(wǎng)，在不借助標準充電接口下完成對本實用新型儲能陣列的補電，大大節(jié)省了設(shè)備投資。
[0035]3、當儲配一體化微型配電網(wǎng)遭遇持續(xù)高峰用電的特殊場景，其中的儲能單元需要應(yīng)急補電時，可接入本實用新型的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，對儲配一體化微型配電網(wǎng)進行反向補電，延緩及減少負荷切除，提高儲配一體化微型配電網(wǎng)的供電可靠性。
[0036]4、本實用新型的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站能臨時替代儲配一體化微型配電網(wǎng)中與動態(tài)負荷增容有關(guān)的一、二次設(shè)備，保證故障維修期的用電需求。
[0037]上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本實用新型的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【附圖說明】
[0038]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0039]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0040]圖2為本實用新型通過儲配一體化智能箱式變壓器充電時的連接關(guān)系示意圖；
[0041]圖3為本實用新型通過1kV高壓網(wǎng)母線充電時的連接關(guān)系示意圖；
[0042]圖4為本實用新型為電動汽車充電時的連接關(guān)系示意圖。
[0043]圖中標號說明:1、密閉箱體;2、儲能陣列;3、逆變單元;4、充電機;5、子EMS工控機；
6、電池管理系統(tǒng)；7、第二400V交流網(wǎng)母線;8、充電接口 ；9、即插即用式接口；10、電動汽車；
11、儲配一體化智能箱式變壓器；12、第一 400V交流網(wǎng)母線；13、主EMS工控機；14、電氣量測量裝置；15、可控開關(guān)；16、控制主機；17、副斷路器；18、尚壓網(wǎng)接口 ；19、1kV尚壓網(wǎng)母線；
20、副變壓器。
【具體實施方式】
[0044]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本實用新型。
[0045]參見圖1-4所示，一種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，包括一箱式拖掛車，所述拖掛車的密閉箱體I內(nèi)設(shè)置有儲能陣列2、逆變單元3、充電機4、子EMS工控機5、電池管理系統(tǒng)6、第二400V交流網(wǎng)母線7和副變壓器20，所述拖掛車的密閉箱體I上設(shè)置有一個或多個可與電動汽車10插接的充電接口 8、一個可與儲配一體化智能箱式變壓器11插接的即插即用式接口 9和一個可連接1kV高壓網(wǎng)母線19的高壓網(wǎng)接口 18;
[0046]所述即插即用式接口 9的第一接口與所述子EMS工控機5連接，所述子EMS工控機5可通過所述即插即用式接口9的第一接口與所述儲配一體化智能箱式變壓器11中的主EMS工控機13保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接；
[0047]所述即插即用式接口9的第二接口與所述第二 400V交流網(wǎng)母線7連接，所述第二400V交流網(wǎng)母線7可通過所述即插即用式接口 9的第二接口與所述儲配一體化智能箱式變壓器11中的第一400V交流網(wǎng)母線12連接；
[0048]所述儲能陣列2經(jīng)所述逆變單元3接入所述400V交流網(wǎng)母線7，所述逆變單元3和所述第二 400V交流網(wǎng)母線7之間設(shè)置有一個電氣量測量裝置14，所述電池管理系統(tǒng)6與所述儲能陣列2連接，所述逆變單元3、所述電氣量測量裝置14和所述電池管理系統(tǒng)6均與所述子EMS工控機5保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接；
[0049]所述副變壓器20的一端經(jīng)副斷路器17接入所述第二 400V交流網(wǎng)母線7，所述副變壓器20的另一端與所述高壓網(wǎng)接口 18連接；
[0050]所述充電機4的一端經(jīng)一可控開關(guān)15接入所述第二 400V交流網(wǎng)母線7，所述充電機4和所述可控開關(guān)15均與所述子EMS工控機5保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接;所述充電機4的另一端與所述充電接口 8連接，所述充電機4可通過所述充電接口 8為所述電動汽車10充電。
[0051 ]進一步的，所述子EMS工控機5與運維人員的控制主機16通過專線保持通訊連接。[0052 ] 進一步的，所述儲能陣列2包括但不限于由鋰電池、超級電容、釩硫電池以及符合應(yīng)用的傳統(tǒng)電池所形成的可充電陣列單元。
[0053]進一步的，所述拖掛車的密閉箱體I具備整體防潮、防火、防塵、電池隔間防水、控溫之功能。
[0054]進一步的，所述可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站所需的自用電由所述儲能陣列2提供。
[0055]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，其特征在于:包括一箱式拖掛車，所述拖掛車的密閉箱體(I)內(nèi)設(shè)置有儲能陣列(2 )、逆變單元(3 )、充電機(4 )、子EMS工控機(5)、電池管理系統(tǒng)(6)、第二 400V交流網(wǎng)母線(7)和副變壓器(20)，所述拖掛車的密閉箱體(I)上設(shè)置有一個或多個可與電動汽車(10)插接的充電接口(8)、一個可與儲配一體化智能箱式變壓器(11)插接的即插即用式接口(9)和一個可連接1kV高壓網(wǎng)母線(19)的高壓網(wǎng)接口(18); 所述即插即用式接口(9)的第一接口與所述子EMS工控機(5)連接，所述子EMS工控機(5)可通過所述即插即用式接口(9)的第一接口與所述儲配一體化智能箱式變壓器(11)中的主EMS工控機(13)保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接； 所述即插即用式接口(9)的第二接口與所述第二400V交流網(wǎng)母線(7)連接，所述第二400V交流網(wǎng)母線(7)可通過所述即插即用式接口(9)的第二接口與所述儲配一體化智能箱式變壓器(11)中的第一400V交流網(wǎng)母線(12)連接； 所述儲能陣列(2)經(jīng)所述逆變單元(3)接入所述400V交流網(wǎng)母線(7)，所述逆變單元(3)和所述第二 400V交流網(wǎng)母線(7)之間設(shè)置有一個電氣量測量裝置(14)，所述電池管理系統(tǒng)(6)與所述儲能陣列(2)連接，所述逆變單元(3)、所述電氣量測量裝置(14)和所述電池管理系統(tǒng)(6)均與所述子EMS工控機(5)保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接； 所述副變壓器(20)的一端經(jīng)副斷路器(17)接入所述第二 400V交流網(wǎng)母線(7)，所述副變壓器(20)的另一端與所述高壓網(wǎng)接口(18)連接； 所述充電機(4)的一端經(jīng)一可控開關(guān)(15)接入所述第二 400V交流網(wǎng)母線(7)，所述充電機(4)和所述可控開關(guān)(15)均與所述子EMS工控機(5)保持用于傳輸調(diào)控信息和指令的通訊連接;所述充電機(4)的另一端與所述充電接口( 8 )連接，所述充電機(4)可通過所述充電接口(8)為所述電動汽車(10)充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，其特征在于:所述子EMS工控機(5)與運維人員的控制主機(16)通過專線保持通訊連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，其特征在于:所述儲能陣列(2)包括但不限于由鋰電池、超級電容、釩硫電池以及符合應(yīng)用的傳統(tǒng)電池所形成的可充電陣列單元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，其特征在于:所述拖掛車的密閉箱體(I)具備整體防潮、防火、防塵、電池隔間防水、控溫之功能。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站，其特征在于:所述可移動式儲配一體化主動微電網(wǎng)箱式變電站所需的自用電由所述儲能陣列(2)提供。
【文檔編號】H02J3/28GK205544419SQ201620116552
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月5日
【發(fā)明人】彭旭華
【申請人】重慶京藏電力儲配技術(shù)開發(fā)有限公司