CN105932765A - 一种基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,本发明以“储配一体”及主动智能微电网为基础,在不进行变压器扩容改造的前提下,实现对旧小区配电网系统的容量提升。本发明方法一方面提高了原小区在停电故障及供电负荷不足情况的供电可靠性,同时也延长了小区电梯、路灯等业主“特别要求的负荷”在停电时的运行时间;另一方面,通过合理规划“储配”系统中储能单元的充放电时间和小区新增充电桩、电动汽车的充电安排,使系统可以在不扩容的情况下满足总容量接近现有居民小区配电变压器总容量的充电桩设备,从而大大拓展了小区配电网的使用范围,延长了改造周期,节省了改造、运营和维护成本,提高了小区旧有配电设备的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及储配一体技术和主动智能微电网领域,尤其涉及一种基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法。
背景技术
随着经济和社会的快速发展,我国城镇化进程的加快,城市居民区人口的快速增加,用电设备的种类、数量以及功率的不断提高,城市居民区配电网供电系统已经逐渐无法应对由于区域用电负荷激增所带来的用电压力,这一现象在我国发展速度较快的城市和地区表现尤为明显。由于石油供给压力的日益严峻和城市环境污染的日益严重,目前我国正大力推广电动汽车(EV)、混合电动汽车(PHEV)等绿色能源交通工具及相关电动汽车充电桩等基础设施的建设。然而,大量可插拔电动汽车的渗入必然造成城市居民小区原有配电网系统负荷的急剧增加,从而给原有配电网变压器带来巨大,甚至无法承受的工作压力。这就要求对现有配电系统的变压器、配电线路、配电保护系统甚至整个城市配电网进行全面的升级改造,而由此所带来的工程量尤其是资金投入是政府和其他投资源都无法承受的,因此,这一矛盾大大制约了目前城市电动汽车及分布式充电桩的推广建设,也就间接制约了我国整个电动汽车、可移动电池等产业链的研究及发展。
发明内容
针对大容量新负荷的接入与旧电网供配电容量不足的矛盾,本发明提出一种基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法。该方法在小区配电网系统安装一定容量储能单元的基础上,通过协调调度储能单元的充放电时间、充电桩对电动汽车的充电安排、小区变压器的负荷控制、AC/DC转换器的功率和电流等控制内容,实现小区供电负荷、储能单元荷电状态(SOC)、新增分布式充电桩供电需求以及“特殊要求的负荷(SL)”的持续供电等多目标的优化效果。本发明所提出控制方法期望达到的主要控制目标是:(1)在小区配电网停电的情况下停止对电动汽车的充电,并通过储能单元对小区用户进行暂时性供电;当储能单元的SOC降低到一定范围后,停止对小区的供电,仅仅维持对SL的供电;(2)小区配电网处于用电“高峰”时,储能单元根据自身SOC,向充电桩进行补偿性供电以减小配电网变压器的负载压力;(3)当小区配电网变压器处于正常负载范围时,电网向储能单元供电,并保证接入储能单元后的配电网仍然处于正常负载范围。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的,一种基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,包括以下步骤:
(1)以采样周期T1采样小区各用电设备、电力转换设备、电力传输设备和线路等的工作状态信息;
(2)根据步骤(1)采集的小区配电网变压器在采样时刻的实时负载率(Cr),判断系统当前的工作状态:停电、正常或者过负荷。
(3)根据步骤(2),若配电网处于停电状态,则:
1)判断是否有充电桩正在向电动汽车充电:
A.若有,则记录该充电桩桩号及充电信息并切断该充电桩供电;
B.若无,则直接切断该充电桩供电;循环该操作,直至全部充电桩都已切断供电;
2)通过AC/DC逆变器,读取储能单元当前充放电状态:
A.若储能单元正充电,则控制AC/DC逆变器停止充电;
B.若储能单元正放电或无充放电,执行步骤3);
3)判断当前储能单元的荷电状态(SOC)的状态:
A.若SOC<SOC1,SOC1为储能单元低荷电状态阈值,则储能单元不放电并向用户发出停电报警;
B.当SOC1<SOC<SOC2,SOC2为储能单元允许放电状态阈值,则切断小区居民普通用电负荷(CL)供电,控制AC/DC使储能单元按特殊负荷(SL)需求量放电,只保证当前SL用电需求;
C.当SOC>SOC2,则控制AC/DC逆变器使储能单元按CL与SL之和放电,保证小区当前全部用电需求;
(4)根据步骤(2),若配电网处于正常状态,则:
1)关闭系统停电报警和用电高峰报警;
2)判断当前变压器的实时负载率(Cr):
A.若Cr>C3,C3为允许负载率阈值,则控制AC/DC逆变器停止向储能单元充电;
B.若Cr<C3,则执行步骤3);
3)判断当前储能单元自身SOC状态:
A.当SOC>SOC4,SOC4为储能单元不允许充电状态阈值,则控制AC/DC停止向储能单元充电;
B.当SOC<SOC4,则控制AC/DC逆变器以(C3-Cr)负荷量为储能单元充电,并继续判断当前变压器状态Cr和储能单元自身SOC状态;
(5)根据步骤(2),若配电网处于过负荷状态,则:
1)判断变压器实时负载率(Cr)状态:
A.若Cr>Ct,Ct为变压器目标负载率,则向居民和调度中心发出小区用电高峰报警;
B.若Cr<Ct,则关闭用电高峰报警;
2)判断储能单元自身SOC状态:
A.若SOC<SOC3,SOC3为储能单元自身不允许放电状态阈值,则控制AC/DC使储能单元停止放电,并转(5)-3);
B.若SOC>SOC3,则转(5)-5);
3)判断当前是否有充电桩在向电动汽车(EV)充电:
A.若是,则断开最晚接入充电汽车的充电桩,记录该充电桩桩号及充电信息到数据库DB中,并转(5)-4);
B.若否,则转(5)-1);
4)判断是否Cr>Ct,Ct为变压器目标负载率:
A.若是,则转(5)-3);
B.若否,则关闭小区用电高峰报警,并转(5)-8);
5)判断当前是否有充电桩在向电动汽车充电(SOC>SOC3):
A.若是,则计算当前工作的充电桩的全部充电负荷CC1,并转(5)-6);
B.若否,则转(5)-1);
6)计算当前除充电桩负荷外,其它用电负荷总量CC2=Cr-CC1;
7)判断是否CC2>Cr-Ct:
A.若是,则控制AC/DC逆变器为储能单元以(Cr-Ct)负荷量放电;
B.若否,则控制AC/DC逆变器为储能单元以CC2负荷量放电;
8)判断当前正在充电的电动汽车的车载电池荷电状态(VSOC):
A.若VSOC>VSOC1,VSOC1为车载电池不允许充电阈值,则控制充电桩停止向该EV充电,并转(5)-9);
B.若VSOC<VSOC1,则转回到(5)-8);
9)从数据库(DB)中恢复最晚断开(最晚进入DB的桩号)的充电桩对EV的供电,并转回到(5)-5)。
进一步地,步骤(1)中,系统采样频率设置为5~100ms。
进一步地,步骤(2)中,1)当Cr<C1,C1为低负载率阈值,则判定小区配电网处于停电状态;2)当C1<Cr<C2,C2为高负载率阈值,则判定小区配电网处于正常状态;3)当Cr>C2,则判定小区配电网当前处于过负荷状态。
进一步地,步骤(5)中,变压器目标负载率Ct满足约束:C3<Ct<Cr,即比允许负载率阈值C3大,而小于过负荷时的实时负载率。
进一步地,步骤(5)的步骤8)中,若VSOC>VSOC1,则控制充电桩停止向该EV充电,短信提醒该车车主充电完成,并于短信发出一段时间后开启占位计费。
进一步地,步骤(3)和步骤(5)中,记录的充电桩的充电信息包括:每个充电桩用户识别、其当前充电电流、端口电压、负荷、已充电时间、与之相连的汽车电池VSOC状态、充满告警(现场和短信)、充满自动断电、实时计费、占用扣费(选)、充电桩故障告警。
本发明提供的技术方案的有益效果是:本发明针对现有的城市居民小区配电网供电系统已经逐渐无法应对由于用电负荷激增以及大规模配置电动汽车充电桩所带来的用电压力。为解决传统居民小区旧电网容量升级问题,以“储配一体”及主动智能微电网为基础,通过合理安排控制算法,在不进行变压器扩容改造的前提下,实现对旧小区配电网系统的容量提升。本发明方法一方面提高了原小区在停电故障及供电负荷不足情况的供电可靠性,同时也延长了小区电梯、路灯等业主“特别要求的负荷(SL)”在停电时的运行时间;另一方面,通过合理规划“储配”系统中储能单元的充放电时间和小区新增充电桩、电动汽车的充电安排,使系统可以在不扩容的情况下满足总容量接近现有居民小区配电变压器总容量的充电桩设备,从而大大拓展了小区配电网的使用范围,延长了改造周期,节省了改造、运营和维护成本,提高了小区旧有配电设备的利用率。本发明方法的主要技术贡献在于:(1)通过判断系统各主要变量的实时信息,判断决策设备开关及输入、输出量,从而有效的维持了原配电网变压器负载率保持在合理的工作范围内;(2)通过判断系统的供-用电负荷状态及储能单元自身SOC,合理安排储能单元的充放电状态、充放电时间及开关次数,从而避免了储能单元的“深度”充放电以及其充放电次数,进而延长了其使用寿命,减低了寿命期内的维护成本;(3)通过对电动汽车充电桩的有效控制,对系统中接入的电动汽车的充电进行了有效的管理,进而实现了在配电网不“超负荷”工作和储能单元不“深度”充放电前提下的充电汽车管理功能。
附图说明
图1是本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一下详细说明。
如图1所示,本发明的具体实施方式及设置参数为:
(1)以周期T1,通过主动智能微电网系统安装的监控设备采样小区各用电设备、电力转换设备、电力传输设备和线路等的工作状态信息;
(2)通过变压器监测仪获取变压器在采样时刻的实时负载率(Cr),以此判断系统当前的工作状态:
1)当Cr<C1(设置C1=0.001%),则判定小区配电网处于“停电”状态;
2)当C1<Cr<C2(设置C2=80%),则判定小区配电网处于“正常”状态;
3)当Cr>C2,则判定小区配电网当前处于“过负荷”状态;
(3)若配电网处于“停电”状态,则:
1)判断是否有充电桩正在向电动汽车充电:
A.若有,则记录该桩已充电时间、充电负荷等信息,并切断该充电桩供电;
B.若无,则直接切断该充电桩供电;循环该操作,直至全部充电桩都已切断供电;
2)通过AC/DC,读取储能单元当前充放电状态:
A.若正充电,则控制AC/DC,停止充电,转下(3)-3);
B.若正放电或无充放电,则转下(3)-3);
3)判断当前储能单元的SOC状态:
A.当SOC<SOC1(设置SOC1=5%),则储能单元不放电并向用户发出停电报警;
B.当SOC1<SOC<SOC2,则切断小区居民用电负荷(CL)供电,控制AC/DC使储能单元按特殊负荷(SL)需求量放电,只保证当前SL用电需求;
C.当SOC>SOC2(设置SOC2=40%),则控制AC/DC使储能单元按CL与SL之和放电,保证小区当前全部用电需求;
(4)若配电网处于“正常”状态,则:
1)关闭系统“停电报警”和“用电高峰报警”;
2)判断当前变压器的实时负载率(Cr):
A.若Cr>C3(设置C3=65%),则控制AC/DC停止向储能单元充电;
B.若Cr<C3,则转下(4)-3);
3)判断当前储能单元自身SOC状态:
A.当SOC>SOC4(设置SOC4=60%),则控制AC/DC停止向储能单元充电;
B.当SOC<SOC4,则控制AC/DC以C3-Cr为储能单元充电,并继续判断当前变压器状态Cr和储能单元自身SOC状态;
(5)若配电网处于“过负荷”状态,则:
1)判断变压器当前负载率(Cr)状态:
A.若Cr>Ct(或C2),则向居民和调度中心发出小区“用电高峰”报警;
B.若Cr<Ct,则关闭“用电高峰”报警;
2)判断储能单元自身SOC状态:
A.若当SOC<SOC3(设置SOC3=20%),则控制AC/DC使储能单元停止放电,并转(5)-3);
B.若SOC>SOC3,则转(5)-5);
3)判断当前是否有充电桩在向电动汽车(EV)充电(SOC<SOC3):
A.若是,则断开最晚接入充电汽车的充电桩,记录该充电桩桩号到数据库DB中,并转(5)-4);
B.若否,则转(5)-1);
4)判断是否Cr>Ct(如Ct=70%;Ct变压器目标负载率,C3<Ct<Cr):
A.若是,则转(5)-3);
B.若否,则关闭小区用电高峰报警,并转(5)-8);
5)判断当前是否有充电桩在向汽车充电(SOC>SOC3):
A.若是,则计算当前工作的充电桩的全部充电负荷CC1,并转(5)-6);
B.若否,则转(5)-1);
6)计算当前除充电桩负荷外,其它用电负荷总量CC2=Cr-CC1;
7)判断是否CC2>Cr-Ct:
A.若是,则控制AC/DC为储能单元以Cr-Ct放电;
B.若否,则控制AC/DC为储能单元以CC2放电;
8)判断当前正在充电的电动汽车的车载电池荷电状态(VSOC):
A.若VSOC>VSOC1(如VSOC1=95%),则控制充电桩停止向该EV充电,短信提醒该车车主充电完成,并于短信发出10分钟后开启“占位计费”,并转(5)-9);
B.若VSOC<VSOC1(设置VSOC1=95%),则转(5)-8);
9)从数据库(DB)中恢复最晚断开(最晚进入DB的桩号)的充电桩对EV的供电,并转(5)-5)。
Claims (6)
1.一种基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)以采样周期T1采样小区各用电设备、电力转换设备、电力传输设备和线路等的工作状态信息;
(2)根据步骤(1)采集的小区配电网变压器在采样时刻的实时负载率(Cr),判断系统当前的工作状态:停电、正常或者过负荷。
(3)根据步骤(2),若配电网处于停电状态,则:
1)判断是否有充电桩正在向电动汽车充电:
A.若有,则记录该充电桩桩号及充电信息并切断该充电桩供电;
B.若无,则直接切断该充电桩供电;循环该操作,直至全部充电桩都已切断供电;
2)通过AC/DC逆变器,读取储能单元当前充放电状态:
A.若储能单元正充电,则控制AC/DC逆变器停止充电;
B.若储能单元正放电或无充放电,执行步骤3);
3)判断当前储能单元的荷电状态(SOC)的状态:
A.若SOC<SOC1,SOC1为储能单元低荷电状态阈值,则储能单元不放电并向用户发出停电报警;
B.当SOC1<SOC<SOC2,SOC2为储能单元允许放电状态阈值,则切断小区居民普通用电负荷(CL)供电,控制AC/DC使储能单元按特殊负荷(SL)需求量放电,只保证当前SL用电需求;
C.当SOC>SOC2,则控制AC/DC逆变器使储能单元按CL与SL之和放电,保证小区当前全部用电需求;
(4)根据步骤(2),若配电网处于正常状态,则:
1)关闭系统停电报警和用电高峰报警;
2)判断当前变压器的实时负载率(Cr):
A.若Cr>C3,C3为允许负载率阈值,则控制AC/DC逆变器停止向储能单元充电;
B.若Cr<C3,则执行步骤3);
3)判断当前储能单元自身SOC状态:
A.当SOC>SOC4,SOC4为储能单元不允许充电状态阈值,则控制AC/DC停止向储能单元充电;
B.当SOC<SOC4,则控制AC/DC逆变器以(C3-Cr)负荷量为储能单元充电,并继续判断当前变压器状态Cr和储能单元自身SOC状态;
(5)根据步骤(2),若配电网处于过负荷状态,则:
1)判断变压器实时负载率(Cr)状态:
A.若Cr>Ct,Ct为变压器目标负载率,则向居民和调度中心发出小区用电高峰报警;
B.若Cr<Ct,则关闭用电高峰报警;
2)判断储能单元自身SOC状态:
A.若SOC<SOC3,SOC3为储能单元自身不允许放电状态阈值,则控制AC/DC使储能单元停止放电,并转(5)-3);
B.若SOC>SOC3,则转(5)-5);
3)判断当前是否有充电桩在向电动汽车(EV)充电:
A.若是,则断开最晚接入充电汽车的充电桩,记录该充电桩桩号及充电信息到数据库DB中,并转(5)-4);
B.若否,则转(5)-1);
4)判断是否Cr>Ct,Ct为变压器目标负载率:
A.若是,则转(5)-3);
B.若否,则关闭小区用电高峰报警,并转(5)-8);
5)判断当前是否有充电桩在向电动汽车充电(SOC>SOC3):
A.若是,则计算当前工作的充电桩的全部充电负荷CC1,并转(5)-6);
B.若否,则转(5)-1);
6)计算当前除充电桩负荷外,其它用电负荷总量CC2=Cr-CC1;
7)判断是否CC2>Cr-Ct:
A.若是,则控制AC/DC逆变器为储能单元以(Cr-Ct)负荷量放电;
B.若否,则控制AC/DC逆变器为储能单元以CC2负荷量放电;
8)判断当前正在充电的电动汽车的车载电池荷电状态(VSOC):
A.若VSOC>VSOC1,VSOC1为车载电池不允许充电阈值,则控制充电桩停止向该EV充电,并转(5)-9);
B.若VSOC<VSOC1,则转回到(5)-8);
9)从数据库(DB)中恢复最晚断开(最晚进入DB的桩号)的充电桩对EV的供电,并转回到(5)-5)。
2.根据权利要求1所述的基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,其特征在于:步骤(1)中,系统采样频率设置为5~100ms。
3.根据权利要求1所述的基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,其特征在于:步骤(2)中,1)当Cr<C1,C1为低负载率阈值,则判定小区配电网处于停电状态;2)当C1<Cr<C2,C2为高负载率阈值,则判定小区配电网处于正常状态;3)当Cr>C2,则判定小区配电网当前处于过负荷状态。
4.根据权利要求1所述的基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,其特征在于:步骤(5)中,变压器目标负载率Ct满足约束:C3<Ct<Cr,即比允许负载率阈值C3大,而小于过负荷时的实时负载率。
5.根据权利要求1所述的基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,其特征在于:步骤(5)的步骤8)中,若VSOC>VSOC1,则控制充电桩停止向该EV充电,短信提醒该车车主充电完成,并于短信发出一段时间后开启占位计费。
6.根据权利要求1所述的基于储配一体技术的主动智能微电网运行控制方法,其特征在于:步骤(3)和步骤(5)中,记录的充电桩的充电信息包括:每个充电桩用户识别、其当前充电电流、端口电压、负荷、已充电时间、与之相连的汽车电池VSOC状态、充满告警(现场和短信)、充满自动断电、实时计费、占用扣费(选)、充电桩故障告警。
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