一种火电厂用中压直流储能系统

技术领域

本发明涉及中压直流储能技术领域，具体为一种火电厂用中压直流储能系统。

背景技术

目前大型火电机组厂用电系统典型设计都是通过发电机出口分接出高厂变，设厂用高压母线系统，200kW以上厂用动力从厂用高压母线引接，为降低厂用电率，通常用电负荷最大的给水泵设置汽动泵进行转速调节，大型风机兼顾投资和节能经济性一般选择动叶可调方式进行负荷调节，低压动力的负荷调节一般选择变频调节。储能系统响应速度快，短时功率吞吐能力强，调节灵活，可在毫秒至秒内实现满功率输出，在额定功率内精确控制。相关研究表明，持续充/放电时间为15min的储能系统，其调频效率是水电机组的1.4倍、燃气机组的2.2倍、燃煤机组的24倍。

现有专利(公开号：CN114825410A)公开了“一种火电厂用中压直流储能系统，所述系统包括：厂用交流单元和直流中压储能单元，所述厂用交流单元与所述直流中压储能单元相连；所述厂用交流单元包括双向PCS换流器，所述厂用交流单元用于通过双向PCS换流器与所述直流中压储能单元进行功率交换；所述直流中压储能单元包括电化学储能电池，所述直流中压储能单元包括电化学储能电池、厂用变频逆变驱动器、给水泵及变频大型风机并网开关和给水泵及变频大型风机”。

该专利中利用电化学储能蓄电池参与机组响应AGC调频，且所述火电厂用中压直流储能系统还带有厂用变频给水泵及变频大型风机，无需变频装置中的整流驱动环节，简化了变频设备，提高了火电厂用中压直流储能系统供电可靠性，但未考虑储能端口电压的动态变化对系统功率分配的影响，无法根据直流母线的电压对储能模块的充放电进行有效控制，导致存在安全性不高、控制保护不全面。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种火电厂用中压直流储能系统，解决了当前直流储能系统存在安全性不高、控制保护不全面的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种火电厂用中压直流储能系统，包括火电系统和储能控制系统，所述储能控制系统通过无线通讯技术连接有显示单元和辅助系统，所述储能控制系统通过传输电缆连接有储能组件，所述储能组件通过传输导线连接有逆变器且与逆变器同步连接辅助系统；

所述储能控制系统包括模组一和模组二，所述模组一和模组二之间电性连接有监管单元，所述储能控制系统通过变压器和电缆与火电系统连接进行功率转换，所述模组一和模组二均与火电系统连接。

优选的，所述模组一和模组二均包括用于调控操作的控制模块、用于A/D数模转换的数据转换模块、用于接收数据的数据接收模块、用于存储数据的数据存储模块、基于嵌入式的单片机处理器、用于报警的智能预警模块和能够实现数据更新的自主更新模块。

优选的，所述控制模块包括采集端的数据采集模块、调度使用的数据调用模块、数据记录模块和数据分析模块，其中数据采集模块包括火电系统数据和辅助系统数据。

优选的，所述火电系统为火电厂发电机组，其中火电厂发电机组包括两条厂用交流母线且两条厂用交流母线分别与两个变压器连接。

优选的，所述储能组件包括多个蓄能电池集装箱，其中多个蓄能电池集装箱内设置有多个蓄电池组且设置有蓄能端和放能端。

优选的，所述辅助系统包括多个电流与电压检测器、温度传感器、储能组辅助管理和急停模块，其中电流与电压检测器设置于电流传输端口处，多个温度传感器分别设置于多个储能组件外壁处，所述储能组辅助管理包括电池管理系统高集成度电压采集集成电路。

优选的，多个所述电流与电压检测器、温度传感器和储能组辅助管理均包括有信号传输模块、信号检测模块、信号接口端和信号采集模块。

优选的，所述显示单元为高清电子屏显示器。

工作原理：该系统通过将储能系统分成两个模块，并与火电系统主功率回路通过电缆连接，由变压器分别接入火电厂系统内，模组一和模组二之间由监管单元进行监管连接，其模组一和模组二分为主控和副控，两者共同使用但仅有唯一一个进行调控，当监管单元发现主控故障停机时，停止主控将副控转为独立主控进行持续工作，其中辅助系统对火电系统输出电压、变压器升压或降压后输出电压进行数据采集，同时对多个储能组件输入电压、输出电压和电量蓄能量进行数据采集，进行电池容量估计、电池剩余电量估计、电池故障诊断、均衡控制策略、安全控制策略和预警急停。

(三)有益效果

本发明提供了一种火电厂用中压直流储能系统。具备以下有益效果：

1、本发明提供了一种火电厂用中压直流储能系统，通过将储能控制系统分为两个同步但独立的模组控制端，两者同步监管但唯一主导，保证运行的稳定性，采用两组监管、单向控制的方法实现对电流、电压的控制从而实现储能系统的控制和保护，使其具备高压直流短路时的故障阻断切换能力，提高了机组运行稳定性的同时也提高了电厂的效益。

2、本发明提供了一种火电厂用中压直流储能系统，通过附加利用辅助系统，辅助系统利用温度传感器、电流和电压检测器和基于电池管理系统高集成度电压采集集成电路的储能组辅助管理进行储能组件的实时监测并由内部数模转换模块转换电信号为数字信号，根据显示单元的数据显示，智能进行对储能组件的降温和转换调节额定电压、额定电流的工作，提高了控制系统的适用广泛性，同时无需增大储能模块的备电容量，便于储能模块的维护，且降低了储能系统的配置成本和维护成本。

附图说明

图1为本发明系统框架图；

图2为本发明的储能控制系统的结构框架图；

图3为本发明的辅助系统的结构框架图；

图4为本发明的流程框架图；

图5为本发明的控制模块的结构框架图；

图6为本发明的辅助系统的多个组件的结构框架示意图。

其中，1、储能控制系统；101、模组一；102、模组二；103、控制模块；10301、数据采集模块；10302、数据调用模块；10303、数据记录模块；10304、数据分析模块；104、数据转换模块；105、数据接收模块；106、数据存储模块；107、单片机处理器；108、智能预警模块；109、自主更新模块；2、变压器；3、火电系统；4、显示单元；5、储能组件；6、逆变器；7、辅助系统；701、电流与电压检测器；702、温度传感器；703、急停模块；704、储能组辅助管理；8、监管单元；9、信号传输模块；10、信号检测模块；11、信号接口端；12、信号采集模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-6所示，本发明实施例提供一种火电厂用中压直流储能系统，包括火电系统3和储能控制系统1，储能控制系统1通过无线通讯技术连接有显示单元4和辅助系统7，储能控制系统1通过传输电缆连接有储能组件5，储能组件5通过传输导线连接有逆变器6且与逆变器6同步连接辅助系统7，显示单元4为高清电子屏显示器，逆变器6对电厂中电缆连接的传输直流电进行高频交流电的转换，而显示单元4对该系统中包括各个组件的功率、当前功率值、当前传输值等多种数据进行显示；

储能控制系统1包括模组一101和模组二102，模组一101和模组二102之间电性连接有监管单元8，储能控制系统1通过变压器2和电缆与火电系统3连接进行功率转换，模组一101和模组二102均与火电系统3连接，利用两个模组共同监管和单一控制方式，模组一101、模组二102与火电系统3主功率回路通过电缆连接，由变压器2分别接入火电系统3内，当某一模块故障时，可随时切除更换，保障储能系统最大运行工况，同时避免了导线接入的负荷，避免高厂变容量不满足充电、放电的要求，也避免出现功率倒送的情况发生。

模组一101和模组二102均包括用于调控操作的控制模块103，控制模块103由单片机处理器107智能调控，包括数据接收、数据转换、数据处理、预警功能的调控使用、用于A/D数模转换的数据转换模块104，将系统中各个单元之间传输的数据进行转换，包括电流、电压和电信号的数字转换、用于接收数据的数据接收模块105，对辅助系统7中各个模块检测采集的数据进行接收以及储能控制系统1内的多个相互连接的模块之间的数据传输接收使用、用于存储数据的数据存储模块106，包括对采集接收的数据、各功能组件的数据存储和系统程序的应用数据存储等、基于嵌入式的单片机处理器107，用以控制各个模块的运行、监管，并根据指令信号做出相应的操作指令进行系统数据处理、用于报警的智能预警模块108和能够实现数据更新的自主更新模块109，其中自主更新模块109完成系统数据的定时存储、清理和系统运行的自主复位等多种自主更替环节。单片机处理器107内设置有基于深度学习的智能处理系统，利用该单片机处理器107使系统根据自主更新模块109进行周期设定，完成周期定时巡查，提高管理预警准确度，实现远程操作、实地调控和系统自动化的无人值守管理预警过程，操作简单方便，管理预警迅速且更快捷。

其中智能预警模块108的预警流程方法为：

a.系统内的控制模块103调控数据采集模块10301和数据存储模块106，分别对多个储能组件5的电流和电压，由辅助系统7中的温度传感器702、电流、电压检测器701和储能组件辅助管理704所获取的数据，包括储能组件5的输入和输出电流、逆变器6传输的电流电压数据、温度等多种数据进行采集并由数据转换模块104进行数据转换；

b.转换后的数据由处理器内的智能对比检测进行智能比对，分析储能组件5接收电流电压和火电发电组经变压器2输出的电流电压比对，根据额定电压、电流对比当前供电输入和输出电压、电流，使其可智能分辨和转换调节额定电压、额定电流的工作；

c.比对值超过预警范围值时，智能预警模块108发出预警信息向系统发送预警，完成预警提醒，同时急停模块703对传输电流进行截断传输。

智能预警模块108内根据基于嵌入式单片机的处理器进行初始范围阈值的最大值和最小值设定，由于电流电压传输产生损耗，设定其最大、最小范围值，可有效减少预警管理的误报率，提高预警的准确度，减少工作量，降低成本。

控制模块103包括采集端的数据采集模块10301、调度使用的数据调用模块10302、数据记录模块10303和数据分析模块10304，其中数据采集模块10301包括火电系统3数据和辅助系统7数据，火电系统3为火电厂发电机组，其中火电厂发电机组包括两条厂用交流母线且两条厂用交流母线分别与两个变压器2连接，当系统双模组运行时，按照调频运行规定，只能设置其中一个模组作为控制类调频模组，另一模组由陪同监管模式运行，运行人员可根据需要向调度申请设置其中任何一台机组作为控制类调频模组，此时将储能系统接入，实现提高模组调频响应速度。

储能组件5包括多个蓄能电池集装箱，其中多个蓄能电池集装箱内设置有多个蓄电池组且设置有蓄能端和放能端，辅助系统7包括多个电流与电压检测器701、温度传感器702、储能组辅助管理704和急停模块703，其中电流与电压检测器701设置于电流传输端口处，多个温度传感器702分别设置于多个储能组件5外壁处，储能组辅助管理704包括电池管理系统高集成度电压采集集成电路，多个电流与电压检测器701、温度传感器702和储能组辅助管理704均包括有信号传输模块9、信号检测模块10、信号接口端11和信号采集模块12。

将整个储能控制系统1与火电系统3进行连接，模组一101与模组二102同步运行且两者之间由监管单元8进行监管，由于模组一101作为主控单元，监管单元8对模组一101进行数据和运行监管并与模组二102数据比对，此时模组二102仅进行与模组一101同样的数据采集运行，不包含程序指令的运行和发布，当模组一101出现故障时，监管单元8将控制权给予模组二102进行主控，此时火电系统3所包含的发电机组数据和机组输出频率被数据采集模块10301进行采集获取，即控制模块103通过控制数据采集模块10301进行数据采集，同时数据采集模块10301还对辅助系统7包括的多个电流与电压检测器701、温度传感器702、储能组辅助管理704的数据进行采集获取，并将采集获取的数据根据数据转换模块104将数据转换成数字信号，而数据记录模块10303进行将数据分配至数据存储模块106内记录存储后由数据分析模块10304进行数据分析并根据需要由控制模块103根据数据调用模块10302进行调用。此时根据获取的数据实时确定当前系统中各个运行模块的充放电功率值，并依据处理器的智能数据监测和比对后，由智能预警模块108确定是否报警和急停操作，并在自主更新模块109的配合下，依据预警模块是否报警进行复位和定时记录等自主智能操作工作。

由多个电流与电压检测器701、温度传感器702、储能组辅助管理704对储能组件5的额定输入电压、输入电流进行检测，然后通过信号传输模块9将检测结果传输给信号采集模块12，信号采集模块12将该信息传输给系统内，系统内的单片机处理器107根据该信息对储能组件5的供电电压、供电电流转换为该储能组件5的额定电压、电流，从而使得该储能组件5可以正常工作，同时启动降温管进行降温，智能进行对储能组件5的降温和转换调节额定电压、额定电流的工作，提高了控制系统的适用广泛性，同时无需增大储能模块的备电容量，便于储能模块的维护，且降低了储能系统的配置成本和维护成本。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。