1、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 .32、基于智能变电站的站用电源系 统方案 .53、项目的优势分析 .74、主要元部件介绍 .84.1 磷酸铁锂电池介绍 .84.2 PCS 变流器介绍 .95、成本和削峰填谷的经济性估 计 .115.1 成本估计 .115.2 削峰填谷的经济性分析 .126、总结 .121、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
2、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
3、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
4、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 1I 路 交流
5、I I 路 交流磷酸铁锂电池太阳能电池变压器冷切风机消防水泵空调直流 电源 直流电源P C SD C / D C风 力发 电新增部 分变流器母 联 开 关 I母 联开关 I II 段 母线 I I 段母 线 I I I 段母线1 0 K V 1 0 K V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
6、 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
7、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
8、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
9、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。4、主要元部件介绍4.1 磷酸铁锂电池介绍磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4，简称 LFP）材料作电池正极的锂离子电池，有如下优点:（1）超长寿命长寿命铅酸电池的循环寿命在 300 次左右，最高也就 500 次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到 2000 次以上，标准充电（5 小时率）使用，可达到 2000 次。性能价格比将为铅酸电池的 4 倍以上。（
10、2） 绿色环保该电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS 认证通过），无污染，符合欧洲 RoHS 规定， 为绝对的绿色环保电池。 （3）可大电流充放电磷酸铁锂电池可大电流 2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C 充电 40 分钟内即可使电池充满，起动电流可达 2C。（4） 自放电率小、无记忆效应。磷酸铁锂电池无记忆效应，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。（5）体积小、重量轻商品设计可轻量化，体积是相同容量铅酸电池的 2/3，也较镍氢电池体积小；重量是相同容量铅酸电池的 1/3，镍氢电池的 2/3 左右。以下是磷酸铁锂电池 3.2V60AH 图4.2
11、 PCS 变流器介绍PCS（Power Conditioning System)，功率调节系统，主要功能是在电气和能量上连接电网和蓄能装置.特点：有功、无功功率可以随着指令双向流 动；系 统有比较高的效率；有功功率和无功功率可以独立调节；瞬 态响应快，可以达到毫秒 级；通过 PCS 的双向变换能完成向蓄电池充电以及蓄电池向电网放电的功能，使系统能达到削峰填谷。框图如下，图 2 PCS 电气图泰昂开发的 PCS，采用的是电压源双向整流器拓扑，主要元器件是电容、电感和 IGBT 模块。其基本原理就是电池通过六管 IGBT 产生一个超前或滞后电网的交流电压，通过调节电网与变换电压的相位角控制能量在电网和电池之间的流动。在交流电掉电时，PCS 也能转换为电压源模式，对交流侧提供三相正弦波交流电。
