一种网荷储一体化的新型电站系统的制作方法

本发明涉及配电网和储能领域，具体涉及一种网荷储一体化的新型电站系统。

背景技术：

在国内及国际范围内，目前都普遍存在发电源和负荷分布严重不平衡等情况，同时水电厂、光伏发电、风力发电等发电站存在弃水、弃光弃风等新能源发电的消纳难问题。这些都造成了发电电源与用户侧用电之间的需求严重不平衡，造成发电资产和能源的极大浪费，而且造成了能源的远距离传输，造成较大的传输损耗，同时为了实现能源的远距离输送，需要投资较大的高电压等级线路。为了最大限度地利用分布式能源，减少能源的远距离输送损耗和巨额投资，最有效的办法就是尽可能地就地实现分布式能源、电网集中供电电源以及本地负荷之间的需求平衡。电池储能由于可以实现电量的存储，能够解决这种发电量和用电量之间的实时平衡问题，将会更多地应用到网荷储一体化的电站领域中。

最近几年电池储能和分布式新能源已经广泛应用，但仍存在分布式新能源消纳不稳定、用户电价成本偏高等问题，为解决这一问题并提高电站的收益，在这里提出一种基于网荷储一体化的新型电站系统，使电站不仅可以实现就地达到分布式新能源、电网电源与负荷之间的本地实时平衡，而且还可以通过储能来平抑分布式新能源的功率波动，尽最大程度地利用分布式新能源，同时采用峰谷价差的方式来降低用户向电网缴纳的电费成本，实现电站与用户之间的最优化电力交易，用户也可以获得成本更低的电力，另外还可以实现在电网故障情况下电站提供用户应急供电的能力。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种网荷储一体化的新型储能电站系统，其特征在于，该系统包括：与电网的接入部分和用户的连接部分，化学储能主体，接入所述系统的太阳能、风能分布式能源，以及物联网服务器和远程调度控制中心。

优选的，所述新型储能电站系统与电网保持连接获取电网电力,在电网低谷时进行存储，在电网用电高峰时段放电向多个用户提供电力能源，也可以在电网发生故障停电时断开与电网的连接，由储能电站来独自给多个用户提供稳定的应急电力供给；

其中，太阳能、风能分布式能源通过公共的直流母线与化学储能电池连接，作为储能电池电力储存的补充能源，使储能成本更低；

所述与电网的接入部分和用户的连接部分、化学储能主体、分布式能源都受系统运行控制器的控制，系统所有状态信息都通过运行控制器上传至物联网服务器，并接受远程调度控制中心的指令。

优选的，所述化学储能主体包括化学储能电池、双向储能变换单元(pcs)；

其中，双向储能变换单元(pcs)的直流输入端与储能电池的直流母线相连接，双向储能变换单元(pcs)的交流输出端与电站内的线路智能切换装置相连接，实现储能能源在电网、用户及电站之间的交换；

分布式太阳能能源的接入是通过dc/dc变换器与化学储能电池的直流母线连接，分布式风电能源的接入是通过ac/dc变换器与化学储能电池的直流母线连接，分布式能源通过dc/dc或ac/dc变换器可以直接将能量存储在储能电池中。

优选的，当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为相同电压等级时，双向储能变换单元(pcs)和电网接入都是通过电站内的线路智能切换装置来实现给用户的稳定供电；

当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为不同电压等级时，双向储能变换单元(pcs)和电网接入需要通过电站内的线路智能切换装置以及用户侧的线路智能切换装置相互配合来实现给用户的稳定供电；

其中，线路智能切换装置内部包括多路电气开关、计量单元、线路切换控制逻辑单元、线路保护单元等，其中计量单元分别计量从电网获取的电量和从储能单元获取的电量，线路切换逻辑单元用来控制线路智能切换装置内部的各种开关；

线路保护单元实现对开关节点的电流进行限制和跳闸保护，避免线路和负荷故障对电网及储能站造成影响。

优选的，通过系统运行控制器及物联网服务器、远程调度控制中心，来共同实现其系统控制策略，使用户用电成本最低；

从电网下网电量按照峰平谷时段划分为a1、a2、a3，对应的用电价格分别为b1、b2、b3，储能主体在电网低谷、平段时从电网充入电量为c1、c2，在电网峰段、平段放出的电量为d1、d2，储能主体从太阳能、风能等分布式能源补充的电量和单位成本为e1、e2，则用户的用电最小总成本为φ＝min(a1b1+a2b2+a3b3+c1b3+c2b2-d2b2-d1b1-e1e2)，边界条件为a1+a2+a3+c1+c2-d2-d1-e1＝const，策略如下：

(1)当电网处于用电高峰及平段时，电网和储能电源可以同时给多个用户提供电力，按照用电总成本最小为目标通过储能电源放电来减少用户在电网高峰及平段时段的用电量，降低用户在高峰时段因较高的电价而产生的电费成本；

(2)当电网处于用电低谷时，依靠电网给多个用户提供电力，通过储能电源充电来存储谷段较为便宜的电网电量，在高峰和平段时段向用户放电；

(3)由于太阳能、风电等分布式能源的能源生产成本很低，储能系统总是设定为优先尽量消纳这些分布式能源并储存起来，在电网高峰时段和平段放电提供给用户；

(4)当电网发生故障时，线路智能切换装置会自动切断与电网的接入，由储能主体来提供用户稳定的应急供电，由储能电池和分布式能源来向用户提供稳定的电压和电量供应；当电网恢复时线路智能切换装置会在实现双向储能变换单元(pcs)和电网的同期后自动将电网接入到电站内。

优选的，为了实现电站系统用户提供最小化用电成本和电网故障时应急供电，线路智能切换装置通过内部的智能开关选线控制来执行以下的切换策略：

(1)当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为相同电压等级时，电网正常时线路c1和c2之间的开关k1正常合闸，线路c2与用户1线路c4之间的开关s1保持合闸，同样其他用户视自己用电情况选择是否合闸属于自己用电线路的开关；电网故障时k1分闸，s1保持闭合，由双向储能变换单元(pcs)向多个用户提供稳定的应急电压供应，不需要应急供电的用户所在的线路开关保持分闸，电网恢复时在双向储能变换单元(pcs)与电网同期后k1重新恢复合闸，其他用户同样如此；

(2)当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为不同电压等级时，需要在上述电站和用户相同电压等级情况的基础上在用户与电网接入线路c3和用户之间增加一个开关g1；

电网正常时用户与电网之间的开关g1保持合闸，储能电池需要从电网充电时线路c1和c2之间的开关k1正常合闸，线路c2与用户1线路c4之间的开关s1保持分闸；储能电池通过双向储能变换单元(pcs)放电时k1分闸，s1合闸；

电网故障时g1和k1分闸，s1保持闭合，由储能双向储能变换单元(pcs)向多个用户提供稳定的应急电压供应，不需要应急供电的用户所在的线路开关保持分闸。电网恢复时在双向储能变换单元(pcs)与电网同期后g1重新恢复合闸，其他用户同样如此。

优选的，所述新型储能电站系统还可以参与电网的需求侧响应和电网调峰调频等辅助服务，参与需求侧响应的收益k1，参与电网调峰的出清报价为k2，参与电网调频的出清报价为k3，这些服务的收益为ω＝k1+k2+k3-(c1b3+c2b2-d2b2-d1b1-e1e2)。

本发明具有如下优点：

(1)本发明提供了一种网荷储一体化的新型电站系统，不仅可以实现峰谷利差、降低用户基本电费等方式来降低用户用电成本，还可以解决分布式新能源的弃电问题和用户应急供电问题，可以让用户获取更高的收益；

(2)本发明采用网荷储一体化的电站系统，在给用户降低用电成本的基础上，还可以实现调峰调频、参与需求侧响应等辅助用户，获得更好的投资收益和利用率。

(3)本发明通过储能和分布式新能源的结合，能够有效抑制分布式新能源的功率波动，实现分布式新能源的最大利用和消纳。

附图说明

图1示出了本发明的一种基于网荷储一体化的新型电站系统的实施方式示意图；

图2和图3示出了本发明的与用户相同电压等级及不同电压等级情况时的新型电站内部示意图；

图4示出了本发明的与用户相同电压等级时电站内部线路切换示意图；

图5示出了本发明的与用户不同电压等级时电站内部线路切换示意图。

具体实施方式

图1示出了一种基于网荷储一体化的新型电站系统的实施方式示意图，该系统包含四部分：一是与电网的接入部分和用户的连接部分；二是化学储能主体；三是太阳能、风能等分布式能源接入；四是物联网服务器和远程调度控制中心。这种网荷储一体化的新型储能电站与电网保持连接获取电网电力在电网低谷时进行存储，在电网用电高峰时段放电向多个用户提供电力能源，也可以在电网发生故障停电时断开与电网的连接，由储能电站来独自给多个用户提供稳定的应急电力供给；太阳能、风能等分布式能源通过公共的直流母线与化学储能电池连接，作为储能电池电力储存的补充能源，使储能成本更低。包括电网及用户连接部分、化学储能主体、分布式能源的所有单元都受系统运行控制器的控制，系统所有状态信息都通过运行控制器上传至物联网服务器，并接受远程调度控制中心的指令。

该电站通过系统运行控制器及物联网服务器、远程调度控制中心，来共同实现其系统控制策略，使用户用电成本最低。从电网下网电量按照峰平谷时段划分分别为a1、a2、a3，对应的用电价格分别为b1、b2、b3，储能主体在电网低谷、平段时从电网充入电量为c1、c2，在电网峰段、平段放出的电量为d1、d2，储能主体从太阳能、风能等分布式能源补充的电量和单位成本为e1、e2，则用户的用电最小总成本为φ＝min(a1b1+a2b2+a3b3+c1b3+c2b2-d2b2-d1b1-e1e2)，边界条件为a1+a2+a3+c1+c2-d2-d1-e1＝const，主要策略如下：

(1)当电网处于用电高峰及平段时，电网和储能电源可以同时给多个用户提供电力，按照用电总成本最小为目标通过储能电源放电来减少用户在电网高峰及平段时段的用电量，降低用户在高峰时段因较高的电价而产生的电费成本；

(2)当电网处于用电低谷时，依靠电网给多个用户提供电力，通过储能电源充电来存储谷段较为便宜的电网电量，在高峰和平段时段向用户放电；

(3)由于太阳能、风电等分布式能源的能源生产成本很低，储能系统总是设定为优先尽量消纳这些分布式能源并储存起来，在电网高峰时段和平段放电提供给用户；

(4)当电网发生故障时，线路智能切换装置会自动切断与电网的接入，由储能主体来提供用户稳定的应急供电，由储能电池和分布式能源来向用户提供稳定的电压和电量供应；当电网恢复时线路智能切换装置会在实现pcs和电网的同期后自动将电网接入到电站内。

图2和图3示出了与用户相同电压等级和不同电压等级时新型储能电站的内部主要组成部分，包括化学储能主体、太阳能、风能、线路切换单元等，其中化学储能主体包括化学储能电池、双向储能变换单元pcs，pcs的直流输入端与储能电池的直流母线相连接，pcs的交流输出端与电站内的线路智能切换装置相连接，实现储能能源在电网、用户及电站之间的交换，分布式太阳能能源的接入是通过dc/dc变换器与化学储能电池的直流母线连接，分布式风电能源的接入是通过ac/dc变换器与化学储能电池的直流母线连接，分布式能源通过dc/dc或ac/dc变换器可以直接将能量存储在储能电池中。线路智能切换装置内部包括多路电气开关(机械或电子开关)、计量单元、线路切换控制逻辑单元、线路保护单元等，其中计量单元分别计量从电网获取的电量和从储能单元获取的电量，线路切换逻辑单元用来控制线路智能切换装置内部的各种开关。线路保护单元实现对开关节点的电流进行限制和跳闸保护，避免线路和负荷故障对电网及储能站造成影响。

图2示出了当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为不同电压等级时，pcs储能电源和电网接入需要通过电站内的线路智能切换装置以及用户侧的线路智能切换装置相互配合来实现给用户的稳定供电。pcs是通过电站内的线路智能切换装置来实现给用户的稳定供电，电网接入是通过用户侧的线路智能切换装置来给用户稳定供电，但是电站内和用户侧的线路智能切换装置都是受同一控制器来控制切换。电网线路c1通过电站内的线路智能切换装置和c2线路与pcs相连接，电网线路c1和pcs交流输出线路c2都是通过电站内的线路智能切换装置与用户内部的线路智能切换装置来连接，供电线路c4来进行电网正常和故障情况下的稳定供电。

图3示出了一种网荷储一体化的新型储能电站系统，当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为相同电压等级时，pcs储能电源和电网接入都是通过电站内的线路智能切换装置来实现给用户的稳定供电，用户侧不需要单独有线路智能切换装置。电网线路c1通过电站内的线路智能切换装置和c2线路与pcs相连接，电网线路c1和pcs交流输出线路c2都是通过电站内的线路智能切换装置来向用户供电线路c4来进行电网正常和故障情况下的稳定供电。

图4和图5示出了一种网荷储一体化的新型储能电站系统内部的线路智能切换装置的结构和切换策略。图4给出了用户进线和储能电站电网接入电压为相同电压等级时的线路智能切换装置的结构；图5给出了用户进线和储能电站电网接入电压为不同电压等级时的线路智能切换装置的结构；为了实现电站系统用户提供最小化用电成本和电网故障时应急供电，线路智能切换装置主要通过内部的智能开关选线控制来执行以下的切换策略：

(1)如图4所示，当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为相同电压等级时，电网正常时线路c1和c2之间的开关k1正常合闸，线路c2与用户1线路c4之间的开关s1保持合闸，同样其他用户视自己用电情况选择是否合闸属于自己用电线路的开关。电网故障时k1分闸，s1保持闭合，由储能pcs向多个用户提供稳定的应急电压供应，不需要应急供电的用户所在的线路开关保持分闸。电网恢复时在pcs与电网同期后k1重新恢复合闸。其他用户同样如此；

(2)如图5所示，当用户的电网电源进线与储能电站的电网接入电压为不同电压等级时，需要在上述电站和用户相同电压等级情况的基础上在用户与电网接入线路c3和用户之间增加一个开关g1。电网正常时用户与电网之间的开关g1保持合闸，储能电池需要从电网充电时线路c1和c2之间的开关k1正常合闸，线路c2与用户1线路c4之间的开关s1保持分闸；储能电池通过pcs放电时k1分闸，s1合闸。电网故障时g1和k1分闸，s1保持闭合，由储能pcs向多个用户提供稳定的应急电压供应，不需要应急供电的用户所在的线路开关保持分闸。电网恢复时在pcs与电网同期后g1重新恢复合闸。其他用户同样如此。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，尤其是将基于本发明装置结构及方法的其他方式与本发明本质上是一致的，特别是对于网荷储一体化的配电领域来讲任何类似的方式都对于本发明本质上是一致的。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。