一种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，包括一箱式拖挂车，拖挂车的密闭箱体内设置有副变压器、副断路器、第二400V交流网母线、电气量测量装置、储能阵列、逆变单元、子EMS工控机、电池管理系统和充电机，拖挂车的密闭箱体上设有一个或多个可与电动汽车插接的充电接口、一个可与储配一体化智能箱式变压器连接的即插即用式接口，一个可直接接入10kV高压网母线的高压网接口。本实用新型能为需要补电的电动汽车提供移动应急充电服务，同时可以方便接入储配微网或10kV配电网进行补电，增加灵活性，甚至可参与储配微网的运行，实现多用途应急供电服务，进一步提高微网工作在动态负荷增容状态下的可靠性。
【专利说明】
一种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电动汽车充电设施，具体涉及一种用于电动汽车应急救援的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站。
【背景技术】
[0002]电动汽车存在续驶里程较短的问题，容易出现途中缺电的情况。而目前设置在公路沿线的电动汽车充电设施还比较少，这降低了电动汽车途中及时补电的成功率，所以现急需一种可移动式充电设施，实现对途中缺电的电动汽车的应急救援。
[0003]同时，原有配网容量对电动汽车大规模接入规划严重不足，而配网大面积改造难度大、成本高，只能按照“储配一体设计微型配电网控制方法”及其衍生方法，在终端配网安装储能阵列，通过移峰填谷，在保证供电可靠性前提下实现配网内供电负荷的动态增容。动态增容允许微网内负荷大大超过变压器容量，对出现频率很低的持续高峰用电场景，缺少一种可移动式储配一体化变电站，能绕过传统配电设施的容量限制，为固定式储能设施进行应急补电，进一步提高储配一体设计微型配电网的运行可靠性。
[0004]此外，可移动式充电车一般仍需通过充电机实现大功率补电，需实现专门充电接口，缺少面向400V交流母线的即插即用接口，同时需采用自身大功率双向变流器实现补电，以节省成本。
【实用新型内容】
[0005]为了解决普通电动汽车充电设施较难移动，以及移动式充电车无法直接接入400V交流母线，并需实现专门充电接口，投资增加的问题，同时为了满足在极端场景下为固定式储配一体化微网补电的需求，本实用新型旨在提供一种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，使其作为主动智能微网及电动汽车规模应用的必要的补充手段。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0007]—种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，包括一箱式拖挂车，所述拖挂车的密闭箱体内设置有储能阵列、逆变单元、充电机、子EMS工控机、电池管理系统、第二400V交流网母线和副变压器，所述拖挂车的密闭箱体上设置有一个或多个可与电动汽车插接的充电接口、一个可与储配一体化智能箱式变压器插接的即插即用式接口和一个可连接1kV高压网母线的高压网接口 ；
[0008]所述即插即用式接口的第一接口与所述子EMS工控机连接，所述子EMS工控机可通过所述即插即用式接口的第一接口与所述储配一体化智能箱式变压器中的主EMS工控机保持用于传输调控信息和指令的通讯连接；
[0009]所述即插即用式接口的第二接口与所述第二400V交流网母线连接，所述第二400V交流网母线可通过所述即插即用式接口的第二接口与所述储配一体化智能箱式变压器中的第一400V交流网母线连接；
[00?0]所述储能阵列经所述逆变单元接入所述400V交流网母线，所述逆变单元和所述第二400V交流网母线之间设置有一个电气量测量装置，所述电池管理系统与所述储能阵列连接，所述逆变单元、所述电气量测量装置和所述电池管理系统均与所述子EMS工控机保持用于传输调控信息和指令的通讯连接；
[0011 ] 所述副变压器的一端经副断路器接入所述第二400V交流网母线，所述副变压器的另一端与所述高压网接口连接；
[0012]所述充电机的一端经一可控开关接入所述第二400V交流网母线，所述充电机和所述可控开关均与所述子EMS工控机保持用于传输调控信息和指令的通讯连接;所述充电机的另一端与所述充电接口连接，所述充电机可通过所述充电接口为所述电动汽车充电。
[0013]进一步的，所述子EMS工控机与运维人员的控制主机通过专线保持通讯连接。
[0014]进一步的，所述储能阵列包括但不限于由锂电池、超级电容、钒硫电池以及符合应用的传统电池所形成的可充电阵列单元。
[0015]进一步的，所述拖挂车的密闭箱体具备整体防潮、防火、防尘、电池隔间防水、控温之功能。
[0016]进一步的，所述可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站所需的自用电由所述储能阵列提供。
[0017]前文中提到的所述储配一体化智能箱式变压器(申请号:201620056833.4)，是一种实现储配一体化微型配电网的关键组件。其以10kV/400V配电变压器为基础，在一多隔间容器内集合了包括原属配电箱一部分的主变压器、主断路器、电气量测量装置等设备以及储能阵列等其它关键一次设备；同时还整合了用于控制上述一次设备的二次设备，包括主EMS(能量管理系统)工控机、BMS(电池管理系统)等，支持按照“储配一体化微型配电网控制方法”(申请号:201510457657.5)及其衍生方法进行工作，其二次设备还向下延伸并可测控微网内所有可调节负荷，具有智能开断常规负荷的能力。该储配一体化智能箱式变压器有利于关键一、二次设备的集中管理、维护和控温，简化了储配一体设计微网的运维管理并降低分散维护带来的成本，提高了微网运行的可靠性。
[0018]本实用新型的工作原理如下:
[0019]1、补电方式的选择:本实用新型可以选择通过高压网接口从1kV直接补电(充电方式一)，也可以选择通过即插即用接口连接储配一体化智能箱式变压器实现补电(充电方式二)，但不能同时选择这两种补电方法。
[0020]2、PCS(由EMS工控机控制的逆变单元)运行模式的确定:当选择充电方式一时，PCS只能运行在主模式；当选择充电方式二时，若该微网中包含I套以上的按照储配一体化微型配电网控制方法运行的PCS时，运维人员应通过控制主机为每台PCS设定主从模式，任何时候，主模式PCS有且仅有I台，从模式PCS可没有，也可有多台。
[0021]3、主模式PCS的控制策略:
[0022]3.1、由EMS工控机测量变压器低压侧功率；电网正常供电情况下，EMS工控机控制PCS，按照功率调节(P/Q)模式工作；如果储能阵列SOC介于其最低允许值和最高允许值之间，并且变压器负荷率(变压器实测功率与其额定容量的比值)超过“变压器高功率水平”，PCS以维持变压器在该功率限值以下工作为目标控制储能阵列放电。
[0023]3.2、当变压器负荷率在“变压器低功率水平”与“变压器高功率水平”之间时，储能阵列不充电也不放电；当变压器负荷率低于“变压器低功率水平”时，PCS应尽可能将变压器维持在“变压器低功率水平”:如果PCS已以充电模式满功率运行，并且用电负荷的确不够，则维持充电满功率运行，直到变压器负荷率再次回到“变压器低功率水平”以上。
[0024]3.3、对每个可调节负荷通过EMS工控机控制其用电状态，并在控制主机中反映其开断状态及用电情况;如果储能SOC低于最低允许值，降低部分或全部可调节负荷的功率直至切除全部可调节负荷，使储能SOC不再下降；直到储能SOC恢复到高于最低允许值之上一给定水平A S0C，才重新投入可调节负荷或将可调节负荷的用电功率恢复到额定水平。
[0025]3.4、在全系统并网运行时:当储能阵列SOC小于最低允许值时，储能系统不再放电；当储能阵列SOC大于最高允许值时，储能系统不再充电。当充放电因SOC范围限制无法继续按当前功率运行时，应使PCS充放电功率逐步由当前功率调整到0，避免因负荷冲击造成频率、电压的暂态波动。
[0026]3.5、在全系统离网运行中，若检测到电网突然断电，PCS、储能阵列和可调节负荷将从电网中自动切除，并在离网运行全过程中禁止可调节负荷使用；切除后应通过控制主机向运维人员发出通知;如运维人员希望储能系统继续给应急负荷供电，则需首先通过EMS控制主断路器断开防止倒送电，断开全部非应急负荷的断路器开关，然后通过EMS工控机以电压频率调节(V/F)模式启动PCS，恢复储能阵列向400V交流网供电。当储能SOC小于最低允许值时，PCS自动关闭，退出运行。
[0027]3.6、在全系统离网运行中，并且通过第一电气量测量装置检测到电网恢复供电时，若此时PCS运行在V/F模式并给应急负荷供电，则运维人员从控制主机接受到通知;如运维人员希望恢复并网运行，应首先通过控制主机，经EMS工控机关闭PCS，然后闭合主断路器开关，以P/Q模式启动PCS，使微网恢复到并网工作模式。第一电气量测量装置中应包括频率测量装置，该装置将电压与相位信号传送给PCS，当电网恢复供电时，PCS输出电压自动与电网同步。
[0028]4、从模式PCS的控制策略:
[0029]4.1、运维人员应通过控制主机设定工作在“从模式”的PCS的充放电功率，如果储能阵列SOC介于其最低允许值和最高允许值之间，储能阵列需按照该设定功率值运行；
[0030]4.2、如果储能SOC低于最低允许值，停止放电；直到储能SOC恢复到高于最低允许值之上一给定水平A S0C，才可重新放电；当储能阵列SOC大于最高允许值时，储能系统不再充电。当充放电因SOC范围限制无法继续按当前功率运行时，应使PCS充放电功率逐步由当前功率调整到O，避免因负荷冲击造成频率、电压的暂态波动；
[0031]5、可移动式箱式充电站在不连接任何外部电网的孤网运行模式下，允许开启包括充电机在内的任何负荷;如果储能阵列SOC介于其最低允许值和最高允许值之间，PCS运行在V/F模式;如果储能SOC低于最低允许值，PCS退出运行。
[0032]本实用新型的有益效果是:
[0033]1、本实用新型的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站放置于封闭拖挂车内，具有很强的道路机动性，能为需要补电的电动汽车提供应急充电服务。
[0034]2、本实用新型的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站能以即插即用的方式接入储配一体化智能箱式变压器或1kV高压交流网，在不借助标准充电接口下完成对本实用新型储能阵列的补电，大大节省了设备投资。
[0035]3、当储配一体化微型配电网遭遇持续高峰用电的特殊场景，其中的储能单元需要应急补电时，可接入本实用新型的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，对储配一体化微型配电网进行反向补电，延缓及减少负荷切除，提高储配一体化微型配电网的供电可靠性。
[0036]4、本实用新型的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站能临时替代储配一体化微型配电网中与动态负荷增容有关的一、二次设备，保证故障维修期的用电需求。
[0037]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0038]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0039]图1为本实用新型的结构不意图；
[0040]图2为本实用新型通过储配一体化智能箱式变压器充电时的连接关系示意图；
[0041]图3为本实用新型通过1kV高压网母线充电时的连接关系示意图；
[0042]图4为本实用新型为电动汽车充电时的连接关系示意图。
[0043]图中标号说明:1、密闭箱体;2、储能阵列;3、逆变单元;4、充电机;5、子EMS工控机；
6、电池管理系统；7、第二400V交流网母线;8、充电接口 ；9、即插即用式接口；10、电动汽车；
11、储配一体化智能箱式变压器；12、第一 400V交流网母线；13、主EMS工控机；14、电气量测量装置；15、可控开关；16、控制主机；17、副断路器；18、尚压网接口 ；19、1kV尚压网母线；
20、副变压器。
【具体实施方式】
[0044]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
[0045]参见图1-4所示，一种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，包括一箱式拖挂车，所述拖挂车的密闭箱体I内设置有储能阵列2、逆变单元3、充电机4、子EMS工控机5、电池管理系统6、第二400V交流网母线7和副变压器20，所述拖挂车的密闭箱体I上设置有一个或多个可与电动汽车10插接的充电接口 8、一个可与储配一体化智能箱式变压器11插接的即插即用式接口 9和一个可连接1kV高压网母线19的高压网接口 18;
[0046]所述即插即用式接口 9的第一接口与所述子EMS工控机5连接，所述子EMS工控机5可通过所述即插即用式接口9的第一接口与所述储配一体化智能箱式变压器11中的主EMS工控机13保持用于传输调控信息和指令的通讯连接；
[0047]所述即插即用式接口9的第二接口与所述第二 400V交流网母线7连接，所述第二400V交流网母线7可通过所述即插即用式接口 9的第二接口与所述储配一体化智能箱式变压器11中的第一400V交流网母线12连接；
[0048]所述储能阵列2经所述逆变单元3接入所述400V交流网母线7，所述逆变单元3和所述第二 400V交流网母线7之间设置有一个电气量测量装置14，所述电池管理系统6与所述储能阵列2连接，所述逆变单元3、所述电气量测量装置14和所述电池管理系统6均与所述子EMS工控机5保持用于传输调控信息和指令的通讯连接；
[0049]所述副变压器20的一端经副断路器17接入所述第二 400V交流网母线7，所述副变压器20的另一端与所述高压网接口 18连接；
[0050]所述充电机4的一端经一可控开关15接入所述第二 400V交流网母线7，所述充电机4和所述可控开关15均与所述子EMS工控机5保持用于传输调控信息和指令的通讯连接;所述充电机4的另一端与所述充电接口 8连接，所述充电机4可通过所述充电接口 8为所述电动汽车10充电。
[0051 ]进一步的，所述子EMS工控机5与运维人员的控制主机16通过专线保持通讯连接。[0052 ] 进一步的，所述储能阵列2包括但不限于由锂电池、超级电容、钒硫电池以及符合应用的传统电池所形成的可充电阵列单元。
[0053]进一步的，所述拖挂车的密闭箱体I具备整体防潮、防火、防尘、电池隔间防水、控温之功能。
[0054]进一步的，所述可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站所需的自用电由所述储能阵列2提供。
[0055]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，其特征在于:包括一箱式拖挂车，所述拖挂车的密闭箱体(I)内设置有储能阵列(2 )、逆变单元(3 )、充电机(4 )、子EMS工控机(5)、电池管理系统(6)、第二 400V交流网母线(7)和副变压器(20)，所述拖挂车的密闭箱体(I)上设置有一个或多个可与电动汽车(10)插接的充电接口(8)、一个可与储配一体化智能箱式变压器(11)插接的即插即用式接口(9)和一个可连接1kV高压网母线(19)的高压网接口(18); 所述即插即用式接口(9)的第一接口与所述子EMS工控机(5)连接，所述子EMS工控机(5)可通过所述即插即用式接口(9)的第一接口与所述储配一体化智能箱式变压器(11)中的主EMS工控机(13)保持用于传输调控信息和指令的通讯连接； 所述即插即用式接口(9)的第二接口与所述第二400V交流网母线(7)连接，所述第二400V交流网母线(7)可通过所述即插即用式接口(9)的第二接口与所述储配一体化智能箱式变压器(11)中的第一400V交流网母线(12)连接； 所述储能阵列(2)经所述逆变单元(3)接入所述400V交流网母线(7)，所述逆变单元(3)和所述第二 400V交流网母线(7)之间设置有一个电气量测量装置(14)，所述电池管理系统(6)与所述储能阵列(2)连接，所述逆变单元(3)、所述电气量测量装置(14)和所述电池管理系统(6)均与所述子EMS工控机(5)保持用于传输调控信息和指令的通讯连接； 所述副变压器(20)的一端经副断路器(17)接入所述第二 400V交流网母线(7)，所述副变压器(20)的另一端与所述高压网接口(18)连接； 所述充电机(4)的一端经一可控开关(15)接入所述第二 400V交流网母线(7)，所述充电机(4)和所述可控开关(15)均与所述子EMS工控机(5)保持用于传输调控信息和指令的通讯连接;所述充电机(4)的另一端与所述充电接口( 8 )连接，所述充电机(4)可通过所述充电接口(8)为所述电动汽车(10)充电。2.根据权利要求1所述的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，其特征在于:所述子EMS工控机(5)与运维人员的控制主机(16)通过专线保持通讯连接。3.根据权利要求1所述的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，其特征在于:所述储能阵列(2)包括但不限于由锂电池、超级电容、钒硫电池以及符合应用的传统电池所形成的可充电阵列单元。4.根据权利要求1所述的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，其特征在于:所述拖挂车的密闭箱体(I)具备整体防潮、防火、防尘、电池隔间防水、控温之功能。5.根据权利要求1所述的可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站，其特征在于:所述可移动式储配一体化主动微电网箱式变电站所需的自用电由所述储能阵列(2)提供。
【文档编号】H02J3/28GK205544419SQ201620116552
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】彭旭华
【申请人】重庆京藏电力储配技术开发有限公司