CN106469913A - 一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法 - Google Patents

一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法该方法包括：通过实时采集t时刻换流站两端的有功功率PD和有功功率PS、储能系统的能量状态SOC和t时刻前第一周期内所有采样点的PD来计算该第一周期有功功率变化最大值f(t)；按换流站容量比例设定定功率换流站的定功率参考值Pref；根据功率波动f(t)的越限情况以及储能系统的能量状态SOC，调节储能系统出力PB，在系统运行周期T内循环执行。实施本发明，在风电、光伏及负荷快速变化的情况下，有效抑制了直流配网系统的功率波动并将其控制在允许的波动范围内，保证了系统的安全可靠运行。

Description

一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的 方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法。
背景技术
近年来，随着城市规模的不断扩大和用电负荷的快速增加，对电网的电能质量、供电可靠性和输电容量的要求也日益增加。柔性直流技术能够快速独立地控制有功功率和无功功率，不增加交流系统的短路容量，没有电磁环网问题以及可以方便的接入分布式电源、储能、电动汽车及直流负荷，因此柔性直流技术具有广阔的发展前景。
柔性直流配电网通过电压源型换流站接入交流电网，由于直流配电网络内部接有风电、太阳能、储能等不同类型的分布式电源以及交直流负荷，这些电源以及负荷的有功功率可能随机的大幅度波动，从而导致柔性直流换流站与交流电网之间交换的有功功率也出现随机的大幅度波动，影响交流电网的稳定运行，因此需对柔性直流配电网和交流电网之间交换的有功功率进行控制。目前国内外直流配电网的建设还不是很完善，关于直流配电网和交流电网之间交换的有功功率波动率的要求还没有相应的标准。国内对于光伏发电站和风电场接入电力系统均有有功功率变化速率的要求。GB/T19964-2012标准中光伏发电站有功功率变化只有1min功率变化要求，即光伏发电站有功功率变化速率应不超过10％装机容量/min；GB/T19963-2011标准中风电场具有1min和10min两种有功功率变化要求，因此对于直流配电网接入电力系统波动率的要求可借鉴光伏发电站和风电场接入电力系统时的标准。
平滑功率波动的一个重要途径是将储能系统和光伏发电站或者风电场协调运行，该领域内一些成果已经陆续出现。直流配电网内部本身已包含储能系统，利用该储能系统与柔性直流换流站相配合来平滑功率波动具有很好的发展前景。
针对直流配电网络内部风电、太阳能、储能等不同类型的分布式电源以及交直流负荷的有功功率可能随机的大幅度波动，从而导致柔性直流换流站与交流电网之间交换的有功功率也出现随机的大幅度波动，影响交流电网稳定运行的问题，急需提出一种解决方案。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，以有效降低直流配电网的功率波动，提高整体系统的电能质量。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，包括以下步骤：
步骤一，通过实时采集t时刻定直流电压控制换流站的有功功率PD、定有功功率控制换流站的有功功率PS、储能系统的能量状态SOC(state of charge，荷电状态)和t时刻前第一周期T1内所有采样点的PD；PD、PS和PB均以流入直流配电网为正方向；
步骤二，计算所述第一周期T1内有功功率变化最大值f(t)；
步骤三，按换流站容量比例分摊功率波动，通过下述公式(一)计算获得定功率换流站定功率参考值为Pref：
Pall＝PD+PS
其中W1为定直流电压换流站容量；W2为定有功功率换流站容量；Pall为交直流电网间交换的总功率；
步骤四，根据功率波动越限情况和储能系统的能量状态，控制储能系统出力PB；
步骤五，将产生的功率指令Pref和PB发送给定功率控制换流站和储能系统，等待下一个采样周期到来，若仍在系统运行周期T内则流程转至步骤一；若超出系统运行周期T，则流程停止。
其中，所述步骤二具体包括：
对于定直流电压换流站的有功功率，假设采样时间步长为Δt，任一时刻t定直流电压换流站的有功功率为PD(t)，t的单位为小时，(t-T1)时刻即第一周期前的有功功率为PD(t-T1)，(t-T1)到t时刻这第一周期内有功功率最大值为PDmax，最小值为PDmin，所述PDmax和PDmin出现时刻分别记为tmax和tmin，则通过下述公式(二)计算获得任一时刻有功功率变化最大值f(t)：
其中，在步骤四中，具体包括通过下述公式(三)至公式(五)计算PB的步骤：
其中：Pm为储能系统额定的充/放电功率；Fen为有功功率允许运行最大波动值。
其中，所述第一周期T1为1/6h，所述Δt为0.5s，所述系统运行周期T为24h。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
实施本发明的实施例，在采用换流站按容量比例来分摊直流配电网的功率后，系统的功率波动也得到了分摊，一定程度抑制了功率波动；在采用本发明的方法后，换流站配合储能系统的充/放电使系统功率波动得到了最大程度的抑制；使储能系统的SOC一直处于合理的范围内，使储能系统具有足够的充/放电能力。
故实施本发明实施例，利用储能系统与柔性直流换流站相配合有效的抑制了功率波动，减小了换流站因功率波动而需考虑的备用容量，显著提高了系统电能质量，具有广泛的适应性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1是本发明提出的储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法中的所应用的直流配电网络示意图；
图2是本发明提出的储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法的主流程示意图；
图3a是本发明一个实施例中原始功率波动曲线示意图；
图3b是本发明一个实施例中及储能配合换流站运行方法下系统功率波动曲线示意图；
图3c是本发明一个实施例中换流站按比例分摊后的功率波动曲线示意图；
图4是应用本发明的储能配合换流站运行方法后的储能系统的SOC曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示和图2所示，本发明提出了一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法一个实施例，在该实施例中，其应用于图1示出的具有两端手拉手结构的柔性直流配电网系统中，在该柔性直流配电网系统中，两端换流站通过变压器接入110kV交流电网，两端换流站中左侧换流站作为定直流电压站，右侧换流站采用定有功功率控制；配电网内部通过相应的换流器或变换器接入交、直流负荷，光伏和储能系统；该方法包括以下步骤：
步骤S10，通过实时采集t时刻换流站两端的有功功率，即定直流电压控制换流站的有功功率PD、定有功功率控制换流站的有功功率PS、储能系统的能量状态SOC和t时刻前第一周期(如10min)内所有采样点的PD；PD、PS和PB均以流入直流配电网为正方向；
步骤S11，计算该第一周期(如10min)内有功功率变化最大值f(t)，对于定直流电压换流站的有功功率，设采样时间步长为Δt，任一时刻t定直流电压换流站的有功功率为PD(t)，t的单位为小时，(t-T1)时刻即第一周期前的有功功率为PD(t-T1)，(t-T1)到t时刻这十分钟内有功功率最大值为PDmax，最小值为PDmin，出现时刻分别记为tmax和tmin，其中，如果第一周期为10min，则T1为1/6h(小时)；则通过下述公式(二)计算获得任一时刻有功功率变化最大值f(t)：
步骤S12，按换流站容量比例分摊功率波动，通过下述公式(一)计算获得定功率换流站定功率参考值Pref：
Pall＝PD+PS
其中W1为定直流电压换流站容量；W2为定有功功率换流站容量为；Pall为交直流电网间交换的总功率，通过该步骤可以达到分摊交直流电网间交换的总功率和初步抑制系统功率波动的目的；
步骤S13，根据功率波动越限情况和储能系统的能量状态，控制储能系统出力PB，具体通过下述公式(三)至公式(五)计算PB：
其中Pm为储能系统的额定充/放电功率；Fen为有功功率允许运行最大波动值；通过该步骤可以进一步抑制直流配网系统的功率波动；
步骤S14，将产生的功率指令Pref和PB发送给定功率控制换流站和储能系统，等待下一个采样周期到来，若仍在系统运行周期T内转步骤S10；若超出系统运行周期T，系统停止。
为使本技术领域的人员更好的理解这种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，下面将结合本申请实施例对具体的技术实施方式介绍如下：
为了更好地理解本发明，针对一个两端手拉手结构的柔性直流配电网系统对本发明的方法进行说明，如图1所示，两端换流站通过变压器接入110kV交流电网，两端换流站中左侧换流站作为定直流电压站，右侧换流站采用定有功功率控制；两端换流站的容量均为15MVA，直流母线电压为±10kV，配电网内部通过相应的换流器或变换器接入交、直流负荷，光伏和储能系统；10min内系统有功功率允许最大波动值Fen为5MW，储能系统电压为400V，容量为10MWh；系统采样时间Δt为0.5s，系统运行时间为24h。
按照本发明提出的方法按步骤运行，得到结果说明如下：
由图3a至图3c可见，在不采取任何措施的情况下，系统的原始功率波动较大；在采用换流站按容量比例来分摊直流配电网的功率后，系统的功率波动也得到了分摊，一定程度抑制了功率波动；在采用本发明的方法后，换流站配合储能系统的充/放电使系统功率波动得到了最大程度的抑制；由图4可见，在该控制方法下，储能系统的SOC一直处于合理的范围内，且大部分时间维持在0.45-0.55之间，使储能系统具有足够的充/放电能力。
实施本发明，具有如下的有益效果：
实施本发明的实施例，在采用换流站按容量比例来分摊直流配电网的功率后，系统的功率波动也得到了分摊，一定程度抑制了功率波动；在采用本发明的方法后，换流站配合储能系统的充/放电使系统功率波动得到了最大程度的抑制；使储能系统的SOC一直处于合理的范围内，使储能系统具有足够的充/放电能力。
故实施本发明实施例，利用储能系统与柔性直流换流站相配合有效的抑制了功率波动，减小了换流站因功率波动而需考虑的备用容量，显著提高了系统电能质量，具有广泛的适应性。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一，通过实时采集t时刻定直流电压控制换流站的有功功率PD、定有功功率控制换流站的有功功率PS、储能系统的能量状态SOC和t时刻前第一周期T1内所有采样点的PD；PD、PS和PB均以流入直流配电网为正方向；
步骤二，计算所述第一周期T1内有功功率变化最大值f(t)；
步骤三，按换流站容量比例分摊功率波动，通过下述公式(一)计算获得定功率换流站定功率参考值Pref：
Pall＝PD+PS
其中W1为定直流电压换流站容量；W2为定有功功率换流站容量；Pall为交直流电网间交换的总功率；
步骤四，根据功率波动越限情况和储能系统的能量状态，控制储能系统出力PB；
步骤五，将产生的功率指令Pref和PB发送给定功率控制换流站和储能系统，等待下一个采样周期到来，若仍在系统运行周期T内则流程转至步骤一；若超出系统运行周期T，则流程停止。
2.如权利要求1所述的一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：
对于定直流电压换流站的有功功率，假设采样时间步长为Δt，任一时刻t定直流电压换流站的有功功率为PD(t)，t的单位为小时，(t-T1)时刻即第一周期前的有功功率为PD(t-T1)，(t-T1)到t时刻这第一周期内有功功率最大值为PDmax，最小值为PDmin，所述PDmax和PDmin出现时刻分别记为tmax和tmin，则通过下述公式(二)计算获得任一时刻有功功率变化最大值f(t)：
3.如权利要求2所述的一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，其特征在于，在步骤四中，具体包括通过下述公式(三)至公式(五)计算PB的步骤：
其中：Pm为储能系统额定的充/放电功率；Fen为有功功率允许运行最大波动值。
4.如权利要求3所述的一种储能系统配合换流站平抑柔性直流配电网功率波动的方法，其特征在于，所述第一周期T1为1/6h，所述Δt为0.5s，所述系统运行周期T为24h。
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