CN103941192B - 储能电站测试负载 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储能电站测试负载，它包括变压器、负载模块及主控模块；所述变压器输入高压，输出低压连入负载模块；所述负载模块包括阻抗负载阵列、感抗负载阵列；所述主控模块与负载模块相连控制负载模块中的阻抗负载阵列和/或感抗负载阵列的投切。本发明根据实际电网的特性，对输入的高压先由经过一个变压器转变成低压，然后连接到低压等级的负载模块，从而完全解决了高压储能电站测试问题，不仅整个负载模块可实现三相不平衡状态带载，且最小调整步幅能达到10W的要求。

Description

储能电站测试负载

技术领域

本发明涉及一种电力***带载测试设备，尤其是指一种储能电站测试负载。

背景技术

随着新能源的发展，为提高电网的稳定性，电网接入很多的光伏、风电及储能装置，带有储能电池的通常在电网中称为电池储能站(BESS-Battery Energy StorageStation)，它是指以蓄电池为能量载体，通过能量转换***进行充放电，并可与电力***实现多种形式的有功和无功能量交换的储能***。

熟知的，电池储能站在正式投入电网运行前，都需要对其储能***性能进行测试，此时就需要用到专用的测试装置——储能电站测试负载(High-power Resistance AndInductive Load)，在该储能电站测试负载中内置分级可调的电阻性负载、电感性负载、容性负载，从而可实现负荷的模拟。

然而，现有电网中电池储能站的接入点电压多为10KV级，但是目前市场上的交流测试负载都是按400V设计的，其主要考虑的是负载的材料相对成熟。但是，对于电池储能站通常需要实现不平衡加载，且加载最小步进幅度(the Smallest Step，指从当前稳态调节到下一个稳态，装置能够单次单步加载阻感容功率的最小容量值)为10W，如果采用10KV的电阻、电感、接触器，会存在以下问题：

1)、10W/10KV单相电阻的阻值为：0.000577欧，阻值太小。同时材料成本也是很高。大功率的电阻也需要耐压300V的电阻33根，数量很多，同时需要串联使用时，对负载中的每根电阻的一致性要求很高，筛选的工期很长，在后期使用也会存在一定风险，造成后期维护工作量大，排查困难等问题。

2)、10KV的接触器，没有低容量如10W的最小也是63A的适用于50KW功率等级的，完全不能满足小功率细微调节的要求，同时其成本加高，整个设备体积相对增大。

3)、10KV的高压作业环境对于现场操作人员的素质提出了更高的要求，必须要求有高压电工本，才可实现相关项目测试，对操作人员要求比较高。

4)、如果按10KV设计，根据标准规定10KV高压带电导体间爬电距离为250mm，电气间隙为125mm,如果选用10KV设计，无疑增加了设备的体积，据估算设备尺寸至少增加1/3，设备尺寸过大，而且占用更大的空间。要实现三相不平衡负载柜的体积就更大了。

由此可见，业内亟需设计一种符合10KV电网使用的储能电站测试负载。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种由高压转换为低压方式进而实现电池储能站并网测试的储能电站测试负载。

本发明的目的是这样实现的：一种储能电站测试负载，它包括变压器、负载模块及主控模块；所述变压器输入高压，输出低压连入负载模块；所述负载模块包括阻抗负载阵列、感抗负载阵列；所述主控模块与负载模块相连控制负载模块中的阻抗负载阵列和/或感抗负载阵列的投切。

本发明的有益效果在于根据实际电网的特性，对输入的高压先由经过一个变压器转变成低压，然后连接到低压等级的负载模块，从而完全解决了高压储能电站测试问题，不仅整个负载模块可实现三相不平衡状态带载，且最小调整步幅能达到10W的要求。技术整体通过采用由高压转换为低压方式实现储能电站的测试，同时兼顾了成熟的低压负载技术的应用，为以后扩容及其他性能测试奠定了基础，整个设备的后期维护成本也大大降低。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的***架构图；

图2为本发明一具体实施例的***架构图；

图3为本发明另一具体实施例的***架构图；

图4为本发明的负载模块的阻抗负载阵列一具体实施例的电路原理图。

41-单相小功率组；42-单相大功率组；43-三相大功率组。

具体实施方式

本发明将电网配电过程高-中-低配电的转换过程的思路运用于储能电站测试负载，通过高低压转换并兼顾成熟的低压负载技术实现了储能电站的测试的应用。为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图1-3详予说明。

请参阅图1，本发明涉及一种储能电站测试负载，它包括变压器、负载模块及主控模块；所述变压器输入高压，输出低压连入负载模块；所述负载模块包括阻抗负载阵列、感抗负载阵列，；所述主控模块与负载模块相连控制负载模块中的阻抗负载阵列和/或感抗负载阵列的投切。

由此，本发明根据实际电网的特性，对输入的高压先由经过一个变压器转变成低压，然后连接到低压等级的负载模块，从而完全解决了高压储能电站测试问题，不仅整个负载模块可实现三相不平衡状态带载，且最小调整步幅能达到10W的要求。技术整体功过采用由高压转换为低压方式实现储能电站的测试，同时兼顾了成熟的低压负载技术的应用，为以后扩容及其他性能测试奠定了基础，整个设备的后期维护成本也大大降低。

实施例一：

如图2所示，储能电站测试负载进一步还包括电量采集模块、保护模块、工作电源控制模块、操控及显示模块和散热模块。其中电量采集模块分别接入低压与高压采集后输出至主控模块；保护模块与主控模块相连；主控模块与操控及显示模块相连；所述工作电源控制模块输入市电，其输出与主控模块及散热模块相连，用于为主控模块供电并根据其控制驱动散热模块工作。

实施例二：

如图3所示，进一步的，上述中散热模块包括依次连接的风扇控制器、热保护继电器整列及散热风机整列；所述风扇控制器与工作电源控制模块相连。

进一步的，上述中电量采集模块包括第一电量采集单元、第一电压互感器、第一电流互感器、第二电量采集单元、第二电压互感器、第二电流互感器；所述高压分别通过第一电压互感器、第一电流互感器接入第一电量采集单元，第一电量采集单元接入主控模块；所述低压分别通过第二电压互感器、第二电流互感器接入第二电量采集单元。

实施例三：

上述保护模块包括温度传感器。通过温度传感器可对负载模块的工作温度、环境温度进行监控，避免其超负荷运作。

实施例四：

进一步的，上述中，负载模块的阻抗负载阵列包括多路阻抗支路，每个阻抗支路包括串联的电阻、接触器及熔断器；所述负载模块的感抗负载阵列包括多路阻抗支路，每个感抗支路包括串联的电感、接触器及熔断器。

由此接触器可根据控制投切此路电阻、电感投入工作，而熔断器则能对每个支路分别进行保护。

实施例五：

上述中，负载模块还可包括容抗负载。可以实现LC谐振带载，实现防孤岛测试功能。

实施例六：

主控模块通过中间控制继电器阵列连接负载模块，由此主控模块可通过中间控制继电器来对负载模块进行投切的控制。

实施例七：

如图4所示，所述负载模块的阻抗负载阵列及感抗负载阵列包括单相小功率组41、单相大功率组42及三相大功率组43。此处将阻抗负载阵列及感抗负载阵列分为不同三组的好处在于单相小功率组可实现细调、单相大功率则可实现三相不平衡加载、而三相大功率实现大功率加载。

实施例八：

上述结构中，所述高压不低于10KV，所述低压不高于400V。由此本方案特别适合400V电压等级、10KV电压等级的储能电站中应用，实现负载模块可三相不平衡状态带载，且最小调整步幅能达到10W的应用要求。

实施例九：

处于安全考虑，设备带有电阻过温保护、每个回路短路保护、功率上限保护、过压保护、人员进入保护、接口防护、风扇保护、电感浪涌保护等。

1)负载内置控制电路内置过压保护板，当监测到电压超过设定值，自动跳脱负载

2)过流保护采用熔断器硬件保护及软件带有功率上限保护，当电流大于预设值是停止加载。

3)烟雾报警装置安装在电感负载顶部，当监测到烟雾时报警，并停止加载并报警。

4)散热风扇出风口安装风速探测***，当风速小于保护值，不能加载。

5)温度保护装置安装在电阻箱内，当电阻箱温度超过120度，报警停机。

6)绝缘监测安装在10KV PT和机壳之间，监测到绝缘低于门限，报警并停止加载。绝缘检测原理为：间断性发出电压信号，检测漏电流是否超过规定值。

实施例二具体示例：

电量采集模块对高低压侧参数采集通过电流互感器PT及电流互感器CT来实现。在一个可选方案中：

高压侧10kv参数采集采用10KV的PT和CT，PT采用10K/400V变比，CT采用通过式的高精度CT,通过铜牌连接，精度为0.2％。

低压侧400V参数采集，采用400V直采，CT采用1000:5的变比，实现0-1000A电流采集，精度为0.2％

高低压侧分别配备带MC计量标注的电量参数分析表，测试两端的电压、电流、有功、无功、功率因素、三相电压不平衡等参数。

实施例七具体示例：

本示例针对的是400V电压等级、10KV电压等级的储能电站，在其中：

1、阻性负载功率分布为：

单相：0.01－0.1KW,0.1-1KW,1-10KW,10-20KW,(A相、B相、C相分别31.1KW)；三相合计：93.3KW

三相：10KW、20KW、30KW、50KW、100KW、200KW；

共计：503.3KW

可以实现最小10W步进的调节，也可以实现三相不平衡带载。

2、感性负载的功率分布：

单相：0.01－0.1kVar,0.1-1kVar,1-10kVar,10-20kVar,(A相、B相、C相分别31.1KVA)；三相合计：93.3kVar

三相：10kVar、20kVar、30kVar、50kVar、100kVar、200kVar；

共计：503.3kVar

可以实现最小0.01KVar步进的调节，也可以实现三相不平衡带载，可以和容性负载配合实现孤岛测试时候，三相谐振调节的要求。

可以增加容性负载的功率分布为：单相：0.01－0.1kVar,0.1-1kVar,1-10kVar,10-20kVar,(A相、B相、C相分别31.1KVA)；三相合计：93.3kVar

三相：10kVar、20kVar、30kVar、50kVar、100kVar、200kVar；

共计：503.3kVar

下面就本专利应用给出一具体示例：

本示例以南方电网863项目储能课题示范工程2MW/10KV中压储能***为例，其电压等级为10kV，额定功率为2MVA，储能***容量为2MWh，主要由蓄电池、蓄电池管理***(BMS)、能量转换***(PCS)、监控***等组成。其中，2MW/10kV功率转换***(PCS)采取级联H桥的拓扑结构，一次电路采用星形连接。现有已投运4MW/400V低压储能***，电压等级为400V，额定功率为4MVA，储能***容量为16MWh，主要由蓄电池、蓄电池管理***(BMS)、能量转换***(PCS)、监控***等组成，采用能量转换***(PCS)和变压器连接方式升压到10KV。为配合2MW/10kV中压储能***和4MW/400V低压储能***进行性能测试，作为负荷接入10KV母线孤网运行搭建测试平台，下面特研制满足测试要求且与储能***接口相匹配的储能电站测试负载。

产品总体由：集装箱体、800KVA的400V/10KV变压器、400V电压接入铜牌、10KV接入排、400V参数测量、10KV参数测量、503.3KW电阻阵列、503.3KVA电感阵列、阻感阵列接入ABB接触器群、多点接触器控制板、阻感阵列接入过流保护熔断器、过压、过温、门禁等保护控制板、电阻散热风扇组、电感散热风扇组、手动控制箱、远程控制电脑、控制软件、***控制配电等组成。

1、结构设计：采用400V的阻性负载阵列和感性负载阵列组合实现阻感功率从0-503.3KW(KVA)连续可调，后端加400V/10KV的变压器实现10KV的接入。

2、装载箱直接采用20尺标准集装箱(即定制的6m标准箱，外部尺寸为：6058*2438*2591mm)，集装箱前部采用双开门，方便变压器等设备安装。门上设计有高压线进口，并安装有高压缘套圈，集装箱后端为电阻阵列安装位置，下端设计有三个侧面电动开关的百叶窗,电阻阵列对应的集装箱顶部为出风口，并设有自动升降防雨装置。侧面中部为400V接线铜牌、参数测量表，通讯接口、控制电源接口及爬梯等。集装箱的箱体内部模块采用屏柜式组合、预留容性负载位置，变压器独立安装。

具体的，在箱体内部变压器横向安装，距集装箱两侧400mm安全距离；低压接线柜安装在距变压器580mm位置，高压区与低压区域通过高低压隔离屏隔离，电感负载安装在靠近高低压隔离屏的低压区一侧，电阻负载安装在散热扇上部靠近集装箱尾部的低压区域一侧，并电感负载顶部预留电容安装位置，通过预留容性负载的加装位置，使得产品未来可以方便的升级成RLC负载，应用于储能电站的防孤岛试验检测。此外，设备在集装箱尾部带有警示灯，可提示通电、运行、故障三种状态。箱体进出线设计则为：高压电缆进出线口及高压电缆防护套，高压接线采用瓷柱绝缘，低压侧绝缘按400V规范。接地点包括：高压电缆外皮接地排，集装箱接点，400V出口接地点排，设备内部接地点连接在一起。

3、接线方式：400V输入端采用星型接法，三相四线制、10KV输入端采用角型接法，三相三线制，接线头，400V采用侧面开窗铜牌连接，10KV采用集装门开口，配置高压电缆绝缘圈，进入集装箱，连接到变压器铜牌。

4、功率设计：满足500KW储能电站的功率带载，设计阻性503.3KW、感性503.3KVA，视在功率为711.67KVA,10KV变压器的功率为800KVA。

该变压器需要满足最大功率的工作状态，升压变的最大功率为：711.77KVA，考虑体积和余量，选用800KVA的10KV/400V的变压器，为应对不同电压等级，余量设置三个电压调整档位。

5、参数测量：400V端电压、电流、有功、无功、功率因素等，10KV端电压、电流、有功、无功、功率因素，加载参数可以在表头上显示、手动控制箱屏幕上显示、远程电脑显示。

6、控制方式：远程电脑控制(电脑控制分为手动加载和预置曲线加载)、本地控制箱控制(手动开关控制、电脑控制)等多种方式。

7、设备的控制和运行电源采用220V/50Hz。

上述设计引用标准：

1)GB/T 191包装储运图示标志

2)GB/T 2423.1电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法(GB/T2423.1-2001，idt IEC 60068-2-1:1990)

3)GB/T 2423.2电工电子产品基本环境试验规程试验B：高温试验方法(GB/T2423.2-2001，idt IEC 60068-2-2:1974)

4)GB/T 2423.3电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验Cab：恒定湿热试验

5)GB/T 2423.10电工电子产品基本环境试验规程试验Fc：振动(正弦)

6)GB 4208外壳防护等级(IP代码)

7)GBT 1094.2-1996电力变压器第2部分温升

8)GB 6450-86干式电力变压器

9)GB/T 4365-2003电工术语电磁兼容

10)GB/T 17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

11)GB/T 17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

12)GB/T 17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

13)GB/T 17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验

14)GB/T 17626.6电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度

15)GB/T 17626.11电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验

16)GB 17799.3电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射标准

17)GB 17799.4电磁兼容通用标准工业环境中的发射标准

18)GB/T 13384-2008机电产品包装通用的技术条件

19)GB/T 14436工业产品保证文件总则

20)DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

21)GJB 2815-97军用内燃机负载通用规范

22)GJB 235A-97军用交流移动负载通用规范

23)GJB 235-87工、中频移动负载通用技术条件

24)Q/GDW676-2011储能***接入配电网测试规范。

综述：

本专利技术根据实际电网的特性，借鉴了电网配电过程都是经过高-中-低配电的转换过程，最终转换成市电的思路，在本储能电站测试负载的设计也采用由高压转换为低压方式实现储能电站的测试。特别提出了针对采用负载按低压400V电压等级设计。储能电站10KV高压先由经过一个800KVA的变压器转变成400V低压，然后连接到400V电压等级负载柜。通过本发明方案的设计方式克服了背景技术中各类问题，完全解决了10KV储能电站测试问题，而整个设备尺寸可完全控制在6m集装箱内，且可以实现三相不平衡状态带载，最小调整步幅10W等要求。同时带有400V和10KV的输入端口，两个电压都可以直接接入。低压负载技术相对也比较成熟，为以后扩容及其他性能测试奠定了基础，整个设备的后期维护成本也大大降低。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种储能电站测试负载，其特征在于：它包括变压器、负载模块及主控模块；所述变压器输入高压，输出低压连入负载模块；所述负载模块包括阻抗负载阵列、感抗负载阵列；所述主控模块与负载模块相连控制负载模块中的阻抗负载阵列和/或感抗负载阵列的投切；它还包括电量采集模块、保护模块、工作电源控制模块、操控及显示模块和散热模块；其中电量采集模块分别接入低压与高压，采集后输出至主控模块；保护模块与主控模块相连；主控模块与操控及显示模块相连；所述工作电源控制模块输入市电，其输出与主控模块及散热模块相连，用于为主控模块供电并根据其控制驱动散热模块工作。

2.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述散热模块包括依次连接的风扇控制器、热保护继电器阵列及散热风机阵列；所述风扇控制器与工作电源控制模块相连。

3.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述电量采集模块包括第一电量采集单元、第一电压互感器、第一电流互感器、第二电量采集单元、第二电压互感器、第二电流互感器；所述高压分别通过第一电压互感器、第一电流互感器接入第一电量采集单元，第一电量采集单元接入主控模块；所述低压分别通过第二电压互感器、第二电流互感器接入第二电量采集单元。

4.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述保护模块包括温度传感器。

5.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述负载模块的阻抗负载阵列包括多路阻抗支路，每个阻抗支路包括串联的电阻、接触器及熔断器；所述负载模块的感抗负载阵列包括多路阻抗支路，每个感抗支路包括串联的电感、接触器及熔断器。

6.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述负载模块还包括容抗负载。

7.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述主控模块通过中间控制继电器阵列连接负载模块。

8.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述负载模块的阻抗负载阵列及感抗负载阵列包括单相小功率组、单相大功率组及三相大功率组。

9.如权利要求1所述的储能电站测试负载，其特征在于：所述高压不低于10KV，所述低压不高于400V。