一种即插即用物理接口设备的应用实验系统的制作方法

1.本发明涉及电网技术领域，尤其是涉及一种即插即用物理接口设备的应用实验系统。


背景技术：

2.储能是未来电力行业发展的必然选择，由于可再生能源规模化消纳、电力调峰调频、分布式能源友好接入、用户侧需求响应、电动汽车与电网友好互动等方面的需求，储能在未来电力系统中将是不可或缺的角色。在储能大规模化应用的背景下，储能系统并网对配电网的一次网架结构、自动化控制和管理水平带来了重大挑战。储能系统离网-孤岛运行-并网-并网运行状态切换，并网运行时配网网架的重构、不同消纳模式的切换，离网孤岛运行时一次网络结构变化等，这些导致了配电网运行的多态性，如何实现电池储能系统或者其他可控资源的灵活有效的控制，实现配电网不同运行状态的平滑切换和稳定运行，是储能系统并网协调控制技术的难点之一。
3.即插即用储能电站是指实现了bms、pcs、电池系统及ems之间在信息流和能量流层面的高度模块化、标准化，具备适用于电网复杂工况下的可控、可观、互动及多工况自主转换的智能化储能系统。即插即用突出的是电池储能系统的即时可用性，而支撑这一可用性的，就是储能的模块化、标准化设计与制造。电池储能系统的模块化、标准化设计，有助于简化电池储能系统的设计、使电池储能系统便于调试和维护，方便系统的快速搭建以及快速投切运行，且极大的提升了电池储能系统的灵活性，使电池储能系统的即插即用真正的成为可能。
4.各类型储能装置与电网连接所需的功率接口设备最终可归为两类：直流侧和交流侧物理接口技术，主要通过dc/dc及dc/ac电力电子接口技术实现，而为了满足即插即用的性能，电池储能电站的即插即用物理接口设备因此产生，但目前电池储能电站的即插即用物理接口设备还处于完善阶段，因此迫切需要提供一种实现对即插即用物理接口设备进行实验的实验平台。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现对即插即用物理接口设备进行实验的即插即用物理接口设备的应用实验系统。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种即插即用物理接口设备的应用实验系统，用于测试即插即用物理接口设备，包括电网、开关柜、电网模拟器、即插即用接口柜、移动储能箱、多类型负荷和储能系统，所述电网模拟器的一侧通过开关柜连接所述电网、另一侧连接所述多类型负荷、同时还通过即插即用接口柜连接即插即用物理接口设备的交流侧，所述即插即用物理接口设备的直流侧连接所述储能系统，所述移动储能箱连接所述电网模拟器。
8.进一步地，所述储能系统包括铅酸电池组、铁锂电池组和超级电容器组，所述即插
即用物理接口设备的数量为多个，所述铅酸电池组、铁锂电池组和超级电容器组均一一对应地连接有即插即用物理接口设备。
9.进一步地，所述应用实验系统还包括监控信号柜和控制器，所述监控信号柜分别通信连接所述即插即用物理接口设备、铅酸电池组、铁锂电池组和超级电容器组。
10.进一步地，所述即插即用物理接口设备的额定有功功率为50kw或100kw。
11.进一步地，所述即插即用接口柜一侧设有电网接口、另一侧设有三路交流端口，通过三路交流端口分别连接三台即插即用物理接口设备。
12.进一步地，所述铅酸电池组的标称容量为114.8kwh，标称电压为574v，充放电倍率为0.5c；
13.所述铁锂电池组的标称容量为69.12kwh，标称电压为691.2v，最高充放电倍率为1c；
14.所述超级电容器组的标称能量为50kw
·
40s，标称容量为25.7f，工作电压范围为282v-480v。
15.进一步地，所述移动储能箱包括箱体和设置在箱体内的磷酸铁锂电池组、自动灭火消防柜、100kwpcs、监控柜、dcdc直流柜、负荷柜、液压操作柜、照明设备和空调，所述磷酸铁锂电池组、自动灭火消防柜、100kwpcs、监控柜、dcdc直流柜、负荷柜、液压操作柜、照明设备和空调均接入同一供电线路。
16.进一步地，所述箱体的顶部和左右两侧均设有光伏板，所述光伏板接入所述供电线路。
17.进一步地，所述箱体的侧面设有市电、柴发、负荷、交流调试快速接口和直流充电枪，所述市电、柴发、负荷、交流调试快速接口和直流充电枪均接入所述供电线路。
18.进一步地，所述电网模拟器的额定功率为100kva，型号为acs-100kt。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.本方案为实现对即插即用物理接口设备的实验，在其交流侧设置即插即用接口柜，实现不同运行模式下的切换和充放电控制；在其直流侧设置多种储能系统，包括铅酸电池、铁锂电池和超级电容，实现多种储能系统的综合实验；设置电网模拟器一侧与电网相连，另一侧与50kva多类型负荷相连，同时通过即插即用接口柜与即插即用物理接口设备交流侧相连，能够模拟电网电压、频率的波动，从而验证不同运行环境下即插即用物理接口设备对电网的支撑作用，整体上能满足对即插即用物理接口设备多种工况和环境的实验需求。
附图说明
21.图1为本发明实施例中提供的一种即插即用物理接口设备的应用实验系统的结构示意图；
22.图中，1、电网，2、开关柜，3、电网模拟器，4、即插即用接口柜，5、即插即用物理接口设备，6、移动储能箱，7、多类型负荷，8、铅酸电池组，9、铁锂电池组，10、超级电容器组，11、监控信号柜，12、控制器。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.实施例1
27.如图1所示，本实施例提供一种即插即用物理接口设备的应用实验系统，用于测试即插即用物理接口设备5，包括电网1、开关柜2、电网模拟器3、即插即用接口柜4、移动储能箱6、多类型负荷7和储能系统，电网模拟器3的一侧通过开关柜2连接电网1、另一侧连接多类型负荷7、同时还通过即插即用接口柜4连接即插即用物理接口设备5的交流侧，即插即用物理接口设备5的直流侧连接储能系统，移动储能箱6连接电网模拟器3；
28.储能系统包括铅酸电池组8、铁锂电池组9和超级电容器组10，即插即用物理接口设备5的数量为多个，铅酸电池组8、铁锂电池组9和超级电容器组10均一一对应地连接有即插即用物理接口设备5。
29.作为一种优选的实施方式，应用实验系统还包括监控信号柜11和控制器12，监控信号柜11分别通信连接即插即用物理接口设备5、铅酸电池组8、铁锂电池组9和超级电容器组10。
30.本方案为实现对即插即用物理接口设备5的实验，在其交流侧设置即插即用接口柜4，实现不同运行模式下的切换和充放电控制；在其直流侧设置多种储能系统，包括铅酸电池、铁锂电池和超级电容，实现多种储能系统的综合实验；设置电网模拟器3一侧与电网1相连，另一侧与50kva多类型负荷7相连，同时通过即插即用接口柜4与即插即用物理接口设备5交流侧相连，能够模拟电网1电压、频率的波动，从而验证不同运行环境下即插即用物理接口设备5对电网1的支撑作用，整体上能满足对即插即用物理接口设备5多种工况和环境的实验需求。
31.具体包含两套50kw和一套100kw的即插即用物理接口设备5、100kwh铅酸电池组8、50kw
×
40s超级电容器组10、69kwh铁锂电池组9、100kw/200kwh移动储能系统、50kw多类型负荷7、100kw电网模拟器3以及一套开关柜2及相关监控保护设备。
32.下面对各部件进行具体描述。
33.1、即插即用接口柜4
34.即插即用接口柜4一侧与电网1相连，另一侧为三路交流端口，分别与三台即插即用物理接口设备5相连，其接口形式参考交流充电桩，包含电气和通讯回路，用于实现即插即用物理接口设备5物理连接上的即插即用。
35.2、储能系统
36.2.1、铅酸电池组8
37.铅酸电池标称容量为114.8kwh，标称电压为574v，充放电倍率为0.5c。
38.2.2、铁锂电池组9
39.铁锂电池标称容量为69.12kwh，标称电压为691.2v，最高充放电倍率为1c。
40.2.3、超级电容器组10
41.超级电容标称能量为50kw
·
40s，标称容量为25.7f，工作电压范围为282v-480v。
42.3、移动储能箱6
43.箱式移动储能配置1套标准的20英尺集装箱，箱内安装220kwh的磷酸铁锂电池组9、自动灭火消防柜、100kwpcs、监控柜、dcdc直流柜、负荷柜、液压操作柜、照明、空调等设备，顶部及左右侧共装有12块光伏板，箱体右侧配置市电、柴发、负荷、交流调试快速接口及一把30kw直流充电枪。
44.4、监控信号柜11
45.智能配电终端可安装在被控一次设备附近，就地实现保护、信息采集、故障检测、执行远方控制命令等各种功能，支持嵌入式web、远程维护、基于wifi的信息化调试等高级功能。
46.监控信号柜11的基本结构可以为包括第一处理单元和第二处理单元，第一处理单元包括相互连接的arm处理器和dsp数字信号处理器，第二处理器包括fpga芯片，arm处理器分别通信连接有以太网接口和串行接口，fpga芯片分别连接有adc模块、通用io扩展模块和输出阵列组件，fpga芯片还连接dsp数字信号处理器。
47.通过arm处理器负责管理和以太网和串口数据通信，通过dsp数字信号处理器负责数据采样处理，即由单独的arm处理器负责总启动，只有总起动元件动作才能开放出口继电器正电源，从而真正保证了任一器件损坏不会引起保护误动；通过fpga芯片负责adc采样、通用io扩展和数据输出；
48.同时设置通用io扩展模块和串行接口均可接入io信号，可实现关键io信号如跳闸出口等均采用io直接驱动的方式，而非关键的io信号可采用串行通信的方式实现；冗余的高速串行数据传输保证了数据的实时性和可靠性，同时能够很好地兼容多通道模拟量同步采样以及与数字化采样接口的统一。
49.5、电网模拟器3
50.100kva电网模拟器3一侧与电网1相连，另一侧与50kva多类型负荷7相连，同时通过即插即用接口柜4与即插即用物理接口设备5交流侧相连，能够模拟电网1电压、频率的波动，从而验证不同运行环境下即插即用物理接口设备5对电网1的支撑作用。
51.6、即插即用物理接口设备5
52.50kw、100kw即插即用物理接口设备5直流侧与电池相连，交流侧接入即插即用接口柜，主要用于实现不同运行模式下的充放电控制，实现不同运行模式下的切换、储能的平滑接入/退出，实现与bms通讯的自适应识别。
53.即插即用物理接口设备5的基本结构包括直流侧单元和交流侧单元，直流侧单元通过igbt模块连接交流侧单元，直流侧单元包括均连接在直流侧母线上的直流侧电源、直流熔断器、直流emi滤波器、直流接触器和直流母线电容，交流侧单元包括均连接在交流侧母线上的交流防雷器、交流接触器、交流emi滤波器、交流断路器和lc滤波电抗器，交流断路
器还连接有接口组件。
54.交流防雷器和lc滤波电抗器均通过交流熔断器连接交流侧母线。交流断路器和接口组件的连接线路中还设有一个交流断路器。
55.直流侧电源、直流熔断器、直流emi滤波器和直流接触器依次连接，交流防雷器、交流接触器、交流emi滤波器、交流断路器和lc滤波电抗器依次连接。
56.即插即用物理接口设备5还包括主控板，该主控板分别连接直流emi滤波器、直流接触器、交流接触器和交流emi滤波器。
57.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。