基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融冰电路及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融冰电路，包括双向变流器、电池储能系统、直流变换器、AC开关、DC开关；所述双向变流器的交流端经所述AC开关连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电路的电源输入端，所述双向变流器的直流端与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流变换器的输入端也与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流变换器的输出端经所述DC开关连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电路的输出端，用以连接至覆冰线路；所述电池储能系统、双向变流器、直流变换器、AC开关、DC开关集成于半挂式移动式车厢。本发明装置简单，可供应急直流热力融冰。
【专利说明】
基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融冰电 路及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及配电线路融冰技术领域，特别是一种基于移动式电池储能装置的配电 网中压线路直流热力融冰电路及方法。
【背景技术】
[0002] 冰雪灾害对电网、交通和农作物等都有着严重的危害，我国冰雪灾害分布广，2008 年的罕见冰雪灾害给输变电设施带来大面积覆冰，电网结构遭到严重破坏，部分地区供电 被迫中断，给国民经济带来了巨大损失。及时有效地对输配电覆冰线路进行除融冰是降低 电网覆冰灾损的重要途径之一，鉴于主网影响面广，停电损失大，针对主网高压输电线路的 热力融冰技术，近年来已开展广泛深入的研究。由于配电网分布面广，线路众多、长度远不 及主网输电线路，而且配电网覆冰线路往往处于高山地区，跨越的地形条件复杂，配电网直 流热力融冰难于取得大范围融冰的效果，针对配电网的融冰措施研究目前还相对不足，主 配网融冰相互配合，才能将起到尽快复电的效果，开展配电网线路融冰措施研究具有现实 意义。现有输配电线路热力融冰一般均考虑电源取自交流网络，现有部分适用于配电网中 低压线路的融冰装置也考虑电源取自交流系统或临时交流电源，尚未见适用于取自直流电 源系统的中低压线路融冰装置。电池储能装置可用于不间断应急保供电、削峰填谷、提高台 区供电能力等多种场合，随着电池储能技术的发展，特别是磷酸铁锂电池储能技术的发展， 使得电池能量密度相对于传统铅酸蓄电池成倍提高，较大规模的电池储能系统与变流器系 统可紧凑集成于移动车厢，实现灵活、机动，具备低噪音和无污染等特点，促进了基于电池 储能的移动式储能装置的推广应用。在不间断应急保供电、削峰填谷、提高台区供电能力等 功能的基础上，集成针对配电网线路的直流热力融冰功能，当发生线路倒杆失去系统电源 时，移动式电池储能装置可提供应急直流热力融冰功能，对于深入挖掘移动式电池储能装 置的多样化应用功能以及提升装置的工程应用价值具有积极意义。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路 直流热力融冰电路及方法，装置简单，可供应急直流热力融冰。
[0004] 本发明的装置采用以下方案实现:一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线 路直流热力融冰电路，包括双向变流器、电池储能系统、直流变换器、AC开关、DC开关;所述 所述双向变流器的交流端经所述AC开关连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电路的 电源输入端，所述双向变流器的直流端与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流变换 器的输入端也与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流变换器的输出端经所述DC开关 连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电路的输出端，用以连接至覆冰线路;所述电池 储能系统、双向变流器、直流变换器、AC开关、DC开关集成于半挂式移动式车厢。
[0005] 进一步地，所述电池储能系统为磷酸铁锂电池储能系统。
[0006] 进一步地，所述直流变换器为对称双桥臂串联直流变换器，包括缓冲电路、LC滤波 电路以及两个对称桥臂。
[0007] 进一步地，所述直流变换器采用IGBT功率器件。
[0008] 进一步地，所述配电网中压线路包括配电网10kV、20kV、35kV线路。
[0009] 本发明的方法采用以下方案实现:一种基于上文所述的基于移动式电池储能装置 的配电网中压线路直流热力融冰电路的方法，具体包括以下步骤：
[0010] 步骤S1:在开展融冰作业前，通过柔性电缆将AC开关的出口端子连接至0.4kV交流 电源，闭合AC开关，将所述电池储能系统充满电；在充满电之后，断开AC开关，拆除所述柔性 电缆；
[0011] 步骤S2:将覆冰线路退出运行，通过铜铝并沟线夹将一进一回柔性电缆连接覆冰 线路的A、B两相接入端，覆冰线路的A、B两相的末端通过短接线进行短接，测量覆冰线路作 业线路的直流阻抗，并核算加载直流热力融冰电流后直流变换器输出端的输出电压不得超 过其最高工作电压；
[0012] 步骤S3:将一进一回柔性电缆的一端连接至直流变换器的出口端子，闭合DC开关， 启动直流变换器，将直流变换器的输出电流值设置成直流热力融冰电流值;每次加载电流 值稳定时，观察覆冰线路接入点、短接点、观测点的温升，如果导线温度超过40度、导线接头 温度超过导线温度10度时进行重点关注;如果导线温度超过50度、温差持续升高且超过15 度时立即减少加载电流，并停止作业；
[0013] 步骤S4:当直流变换器的输入端电压大于输出端电压时，所述直流变换器自动工 作于buck模式，第一桥臂工作于buck模式，第二桥臂的开关管S4处于持续截止状态，通过控 制第一桥臂的开关管S1的占空比0:，实现降压工作，输入输出电压关系为：
[0014] Vo = ViXDi；
[0015] 其中，Vo为所述直流变换器的输出端电压，Vi为所述直流变换器的输入端电压；
[0016] 当所述直流变换器的输入端电压接近等于输出端电压时，直流变换器自动工作于 直通模式，第一桥臂的开关管S1处于持续闭合状态，第二桥臂的开关管S4处于持续截止状 态，输入输出电压关系为：
[0017] Vo = ViXDi；
[0018] Di = 1 ；
[0019] 当所述直流变换器的输入端电压小于输出端电压时，直流变换器自动工作于 boost模式，第一桥臂的开关管S1处于持续闭合状态，第二桥臂工作于boost模式，通过控制 第二桥臂的开关管S4的占空比D 4,实现升压工作，输入输出电压关系为：
[0021]步骤S5:完成A、B两相融冰作业后，关闭直流变换器，断开DC开关，对三相线路进行 充分放电，然后将A、B、C三相的末端短接，DC开关的出口端子连接至B相的柔性电缆转移连 接至C相首端，开展一进两回C相融冰作业，闭合DC开关，启动直流变换器，将直流变换器的 输出电流值设置成直流热力融冰电流值，同样在每次加载电流值稳定时，观察覆冰线路接 入点、短接点、观测点的温升，如果导线温度超过40度、导线接头温度超过导线温度10度时 进行重点关注;导线温度超过50度、温差持续升高且超过15度时则立即减少加载电流，并停 止作业；
[0022] 步骤S6:完成C相融冰作业后，三相线路的融冰作业均已完成，关闭直流变换器，断 开DC开关，对三相线路进行充分放电，拆除融冰作业接线，将三相线路恢复至退出运行时状 〇
[0023] 与现有技术相比，本发明的电池储能系统采用磷酸铁锂电池存储电能，双向变流 器为磷酸铁锂电池储能系统提供充电接口，通过基于对称双桥臂串联buck-boost的直流变 换器调节直流融冰电流，双向变流器、磷酸铁锂电池储能系统、直流变换器和开关均集成至 半挂式移动式车厢。将基于对称双桥臂串联buck-boost电路的直流变换器的输入端连接至 电池储能系统的正负极，输出端通过电缆连接至覆冰线路，基于对称双桥臂串联buck-boost 电路的直流变换器灵活调节融冰输出电流，满足配电网 中压线路直流热力融冰电压 工作范围宽的要求，适用于直流热力融冰电压高于、低于或等于电池储能系统电压即直流 变换器的输入电压的三种工况，基于对称双桥臂串联buck-boost的直流变换器采用IGBT功 率器件，可在任意时刻开通和分断，控制和运行方式相对简单，输出电压波形质量好，采用 模块化的结构，便于装置的功率扩展。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例中两相串联一进一回直流热力融冰原理图。
[0025]图2为本发明实施例中两并一串一进两回直流热力融冰原理图。
[0026]图3为本发明实施例中直流变换器电路示意图。
[0027]图4为本发明实施例中直流变换器工作于buck模式电路示意图。
[0028] 图5为本发明实施例中直流变换器工作于直通模式电路示意图。
[0029] 图6为本发明实施例中直流变换器工作于boost模式电路示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0031] 如图1、图2、图3所示，本实施例提供了一种基于移动式电池储能装置的配电网中 压线路直流热力融冰电路，包括双向变流器、电池储能系统、直流变换器、AC开关、DC开关； 所述所述双向变流器的交流端经所述AC开关连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电 路的电源输入端，所述双向变流器的直流端与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流 变换器的输入端也与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流变换器的输出端经所述DC 开关连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电路的输出端，用以连接至覆冰线路;所述 电池储能系统、双向变流器、直流变换器、AC开关、DC开关集成于半挂式移动式车厢。
[0032] 在本实施例中，所述电池储能系统为磷酸铁锂电池储能系统。
[0033] 在本实施例中，所述直流变换器为对称双桥臂串联直流变换器，包括缓冲电路、LC 滤波电路以及两个对称桥臂。
[0034]在本实施例中，所述直流变换器采用IGBT功率器件。
[0035] 在本实施例中，所述配电网中压线路包括配电网10kV、20kV、35kV线路。
[0036]本实施例还提供了一种基于上文所述的基于移动式电池储能装置的配电网中压 线路直流热力融冰电路的方法，具体包括以下步骤：
[0037] 步骤SI:在开展融冰作业前，通过柔性电缆将AC开关的出口端子连接至0.4kV交流 电源，闭合AC开关，将所述电池储能系统充满电；在充满电之后，断开AC开关，拆除所述柔性 电缆；
[0038] 步骤S2:将覆冰线路退出运行，通过铜铝并沟线夹将一进一回柔性电缆连接覆冰 线路的A、B两相接入端，覆冰线路的A、B两相的末端通过短接线进行短接，测量覆冰线路作 业线路的直流阻抗，并核算加载直流热力融冰电流后直流变换器输出端的输出电压不得超 过其最高工作电压；
[0039] 步骤S3:将一进一回柔性电缆的一端连接至直流变换器的出口端子，闭合DC开关， 启动直流变换器，将直流变换器的输出电流值设置成直流热力融冰电流值;每次加载电流 值稳定时，观察覆冰线路接入点、短接点、观测点的温升，如果导线温度超过40度、导线接头 温度超过导线温度10度时进行重点关注;如果导线温度超过50度、温差持续升高且超过15 度时立即减少加载电流，并停止作业；
[0040] 步骤S4:如图4所示，当直流变换器的输入端电压大于输出端电压时，所述直流变 换器自动工作于buck模式，第一桥臂工作于buck模式，第二桥臂的开关管S4处于持续截止 状态，通过控制第一桥臂的开关管S1的占空比0:，实现降压工作，输入输出电压关系为：
[0041] Vo = ViXDi；
[0042] 其中，Vo为所述直流变换器的输出端电压，Vi为所述直流变换器的输入端电压；
[0043] 如图5所示，当所述直流变换器的输入端电压接近等于输出端电压时，直流变换器 自动工作于直通模式，第一桥臂的开关管S1处于持续闭合状态，第二桥臂的开关管S4处于 持续截止状态，输入输出电压关系为：
[0044] Vo = ViXDi；
[0045] Di = 1 ；
[0046] 如图6所示，当所述直流变换器的输入端电压小于输出端电压时，直流变换器自动 工作于boost模式，第一桥臂的开关管S1处于持续闭合状态，第二桥臂工作于boost模式，通 过控制第二桥臂的开关管S4的占空比D 4,实现升压工作，输入输出电压关系为：
[0048]步骤S5:完成A、B两相融冰作业后，关闭直流变换器，断开DC开关，对三相线路进行 充分放电，然后将A、B、C三相的末端短接，DC开关的出口端子连接至B相的柔性电缆转移连 接至C相首端，开展一进两回C相融冰作业，闭合DC开关，启动直流变换器，将直流变换器的 输出电流值设置成直流热力融冰电流值，同样在每次加载电流值稳定时，观察覆冰线路接 入点、短接点、观测点的温升，如果导线温度超过40度、导线接头温度超过导线温度10度时 进行重点关注;导线温度超过50度、温差持续升高且超过15度时则立即减少加载电流，并停 止作业；
[0049] 步骤S6:完成C相融冰作业后，三相线路的融冰作业均已完成，关闭直流变换器，断 开DC开关，对三相线路进行充分放电，拆除融冰作业接线，将三相线路恢复至退出运行时状 〇
[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融冰电路，其特征在于： 包括双向变流器、电池储能系统、直流变换器、AC开关、DC开关;所述所述双向变流器的交流 端经所述AC开关连接至所述配电网中压线路直流热力融冰电路的电源输入端，所述双向变 流器的直流端与所述电池储能系统的正负极并接，所述直流变换器的输入端也与所述电池 储能系统的正负极并接，所述直流变换器的输出端经所述DC开关连接至所述配电网中压线 路直流热力融冰电路的输出端，用以连接至覆冰线路;所述电池储能系统、双向变流器、直 流变换器、AC开关、DC开关集成于半挂式移动式车厢。2. 根据权利要求1所述的一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融 冰电路，其特征在于:所述电池储能系统为磷酸铁锂电池储能系统。3. 根据权利要求1所述的一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融 冰电路，其特征在于:所述直流变换器为对称双桥臂串联直流变换器，包括缓冲电路、LC滤 波电路以及两个对称桥臂。4. 根据权利要求3所述的一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融 冰电路，其特征在于:所述直流变换器采用IGBT功率器件。5. 根据权利要求1所述的一种基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融 冰电路，其特征在于:所述配电网中压线路包括配电网10kV、20kV、35kV线路。6. -种基于权利要求3所述的基于移动式电池储能装置的配电网中压线路直流热力融 冰电路的方法，其特征在于:包括以下步骤： 步骤S1:在开展融冰作业前，通过柔性电缆将AC开关的出口端子连接至0.4kV交流电 源，闭合AC开关，将所述电池储能系统充满电;在充满电之后，断开AC开关，拆除所述柔性电 缆； 步骤S2:将覆冰线路退出运行，通过铜铝并沟线夹将一进一回柔性电缆连接覆冰线路 的A、B两相接入端，覆冰线路的A、B两相的末端通过短接线进行短接，测量覆冰线路作业线 路的直流阻抗，并核算加载直流热力融冰电流后直流变换器输出端的输出电压不得超过其 最高工作电压； 步骤S3:将一进一回柔性电缆的一端连接至直流变换器的出口端子，闭合DC开关，启动 直流变换器，将直流变换器的输出电流值设置成直流热力融冰电流值;每次加载电流值稳 定时，观察覆冰线路接入点、短接点、观测点的温升，如果导线温度超过40度、导线接头温度 超过导线温度10度时进行重点关注;如果导线温度超过50度、温差持续升高且超过15度时 立即减少加载电流，并停止作业； 步骤S4:当直流变换器的输入端电压大于输出端电压时，所述直流变换器自动工作于 buck模式，第一桥臂工作于buck模式，第二桥臂的开关管S4处于持续截止状态，通过控制第 一桥臂的开关管S1的占空比Di，实现降压工作，输入输出电压关系为： Vo = ViXDi； 其中，Vo为所述直流变换器的输出端电压，Vi为所述直流变换器的输入端电压； 当所述直流变换器的输入端电压接近等于输出端电压时，直流变换器自动工作于直通 模式，第一桥臂的开关管S1处于持续闭合状态，第二桥臂的开关管S4处于持续截止状态，输 入输出电压关系为： Vo = ViXDi； Di = l； 当所述直流变换器的输入端电压小于输出端电压时，直流变换器自动工作于boost模 式，第一桥臂的开关管S1处于持续闭合状态，第二桥臂工作于boost模式，通过控制第二桥 臂的开关管S4的占空比D4,实现升压工作，输入输出电压关系为：步骤S5:完成A、B两相融冰作业后，关闭直流变换器，断开DC开关，对三相线路进行充分 放电，然后将A、B、C三相的末端短接，DC开关的出口端子连接至B相的柔性电缆转移连接至C 相首端，开展一进两回C相融冰作业，闭合DC开关，启动直流变换器，将直流变换器的输出电 流值设置成直流热力融冰电流值，同样在每次加载电流值稳定时，观察覆冰线路接入点、短 接点、观测点的温升，如果导线温度超过40度、导线接头温度超过导线温度10度时进行重点 关注;导线温度超过50度、温差持续升高且超过15度时则立即减少加载电流，并停止作业； 步骤S6:完成C相融冰作业后，三相线路的融冰作业均已完成，关闭直流变换器，断开DC 开关，对三相线路进行充分放电，拆除融冰作业接线，将三相线路恢复至退出运行时状态。
【文档编号】H02G7/16GK105958414SQ201610472517
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】范元亮, 吴文宣, 陈彬, 郑高
【申请人】国网福建省电力有限公司, 国家电网公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院