智能变电站新型站用电源解决方案

新型智能变电站的站用电源

技术方案

深圳泰昂能源科技股份有限公司

目录

1、系统概述 (3)

2、基于智能变电站的站用电源系统方案 (5)

3、项目的优势分析 (7)

4、主要元部件介绍 (8)

4.1磷酸铁锂电池介绍 (8)

4.2 PCS变流器介绍 (9)

5、成本和削峰填谷的经济性估计 (11)

5.1 成本估计 (11)

5.2 削峰填谷的经济性分析 (12)

6、总结 (12)

1、系统概述

本项目的目的是为变电站提供以磷酸铁锂电池储能装置为基础的、有可再生能源接口的、并具有削峰填谷功能的新型变电站站用电源解决方案。

变电站的站用负荷主要是照明，空调，主变压器冷却风机，消防水泵，继电保护屏，录波屏，监控屏，通讯屏和一些站用电脑等。现有的变电站用交直流一体化电源一般由四部分组成：

（1）低压交流电源:提供交流电源给照明、空调、主变压器冷却风机、消防水泵和直流操作电源、通讯电源（如果采用AC/DC结构）、UPS。

（2）直流操作电源：提供电源给信号、继保和电气操作机构、部分仪表、事故照明、通讯电源（如果采用DC/DC结构）和不间断电源的直流输入。

（3）通讯电源：提供-48V直流电源给交换机、电力载波机、光纤通讯设备等通讯设备。

（4）UPS：提供不间断的交流电源给变电站的微机、打印机等负荷。

大多数情况，现有的变电站交直流电源能够为变电站的可靠运行提供电源，但是在运行过程中，还存在着一些问题，主要体现在：（1）变电站站用电源的两路进线电源有可能在远端为同一电

源，存在着两路进线电源同时失去的情况。

（2）在变电站电源两路进线电源全部失去的时候，后备蓄电池只能供电给继电保护、开关跳闸、事故照明、通讯设备、部分电脑设备，而大功率的交流负荷如变压器冷却风机、消防水泵等设备将失电。变压器的冷却风机突然停止容易造成变压器温升升高，虽然在变压器的选择时对冷却风机的停用有考虑，但是在一些情况下仍然可能造成对变压器的损害。在火灾和变电站失电同时发生的情况下，消防水泵的失电可能造成消防救援将不力的后果。

（3）冷却风机、中央空调等在天气炎热的环境下，耗电较大，可以引入清洁能源如风能、太阳能补充部分耗电。太阳能和风能的介入，需要有储能元件对其能量进行存储，但是由于现有的铅酸电池一不能涓流充电，二有记忆效应，不能随充随放，对风能、太阳能发电的接入造成阻碍。

针对变电站站用电源的以上弱点，深圳市泰昂能源科技股份有限公司特推出一种新型的变电站站用电源解决方案。新方案与原有方案的区别在于：

（1）引入了以磷酸铁锂电池储能装置、PCS为变换装置的能量存储和释放系统，没有记忆效应，随充随放。

（2）由于有了基于磷酸铁锂电池的储能系统，太阳能和风能能够方便地接入和储存

（3）具有削峰填谷功能

（4）可以因应电网要求进行局部的有功、无功补偿

2、基于智能变电站的站用电源系统方案

项目的原理方案见图1 磷酸太阳能

电池

PCS DC/DC 风力发电新增部分

变流器

母联开关II II段母线

图1 新型变电站站用电源示意图

两段交流进线形成交流两段母线，在两端母线下接有直流操作电源，并在两段母线中间有母联开关I 连结，这部分和常规的变电站站用电源相同。增加的部分为第三段母线，在第三段交流母线上接有PCS （功率变换单元）和磷酸铁锂电池。太阳能电池通过DC/DC 变换器挂在磷酸铁锂电池母线上，风力发电机组通过变流器接入III 段母线。III 段母线与II 段母线间有母联开关II 相连。

新型站用电源原有部分工作方式与传统变电站站用电源相同，新增部分工作方式如下：

（1） 在两路进线或一路交流进线正常情况下，

原有部分正常工作，母联开关II合上，III段母线和II 段母线相连。

新增部分的PCS工作于电流源模式，并以磷酸铁锂电池储能为基础进行削峰填谷。用电低谷（一般是晚上和中午）时，市电经由II 号变压器、II段母线、母联开关II、III段母线、PCS向磷酸铁锂电池充电。用电高峰段（一般是上午12：00前和下午2：00后），磷酸铁锂电池中储存的能量通过PCS、III段母线向电网输送能量。

太阳能、风能接入III段母线，因为有了磷酸铁锂电池储能部分作调节，可以不考虑太阳能、风能接入对站内交流供电的影响。

因为带储能的PCS可以向电网释放有功、无功功率，所以在电网正常时，储能系统也能因应电网需要向电网输送有功和无功功率，加强电网的稳定。

（2）在两路交流进线都不正常的情况下

在两路交流进线电压都不正常的情况下，站内设备和电网脱离，由磷酸铁锂电池通过PCS向站内设备供电。

PCS工作于电压源模式，磷酸铁锂电池通过电压源工作的PCS输出标准正弦波，向整个变电站设备供电。变压器冷却风机等负荷可以正常工作。

另外，在经过特定的开关和线路配合后，PCS输出的交流电也可以通过变压器向10KV负荷供电。

3、项目的优势分析

整个项目相对于传统方案的优势如下：

（1）在变电站的两路交流都失电的情况下仍然能够保障所有的变电站设备供电。保障了变电站的变压器安全、并为变电站的消防提供了保障。

（2）采用磷酸铁锂电池，磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质，不会对环境构成任何污染。

（3）有些变电站为了保障进线掉电后变电站的安全，采用了柴油机方案，本文方案比柴油机方案环保，并且维护、开机简单。

（4）磷酸铁锂电池没有记忆效应（详见第4节磷酸铁锂电池介绍），对太阳能、风能等清洁能源产生的能量能够顺利接纳。

（5）在大部分进线电压正常的情况下，PCS和磷酸铁锂电池储能系统能够自动进行削峰填谷，缓解电网运行压力，并利用峰谷差价创造效益。

（6）因应电网需要，储能系统能够向电网输送有功和无功功率，维持了电网的稳定。

（7）在特定的开关和线路处理后，在电网掉电的情况下，磷酸铁锂电池通过PCS可以向某些10KV负荷供电。