CN107681687A - 基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法和系统,首先采集母线实际电压,并根据母线实际电压值与预期稳定值进行相关处理以控制储能系统对应的变换器,实现抑制母线过电压,但是,若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态,将母线上的多余电量充入储能系统中,降低母线电压,实现过电压抑制。所以,该方法包括两部分,第一部分是初步抑制过电压,当初步抑制无法使母线电压降至正常范围,那么,改变储能系统的状态,由放电状态转变为充电状态,此时,储能系统就相当于一个耗电负载,消纳母线上的多余电量,从而达到降低母线电压的目的,实现母线过电压抑制。
Description
技术领域
本发明涉及基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法和系统。
背景技术
当分布式电源接入配电网后,传统配电网的潮流分布会发生改变甚至导致潮流方向相反。分布式电源无约束大规模接入以及负荷的多变性都有可能引起系统过电压现象,最终导致并网发电设备因过电压而退出运行,无法保证分布式电源的正常接入,降低系统整体发电量渗透率,并且并网发电设备的频繁投退还将造成系统的震荡,降低用电可靠性。如图1所示,为系统过电压波形图,当过电压发生时,若无相应调节手段,系统电压会很快上升到电压限制范围之外,根据国家能源局行业标准《NB-T 32004-2013光伏发电并网逆变器技术规范》规定,逆变器及其他变流设备都将退出运行,从而降低系统发电量渗透率。
为了解决上述状况,系统中通常接入储能系统。如图2所示,为常规的分布式系统拓扑结构图,包括储能系统和分布式电源,以分布式光伏为例,储能系统和分布式电源接入母线,如果该母线为交流母线,那么,分布式光伏通常会通过变流器接入交流母线,该变换器可以只是DC/AC,也可以是DC/DC和DC/AC配合使用;同样地,储能系统也通常通过变换器接入交流母线,该变换器可以只是DC/AC,也可以是DC/DC和DC/AC配合使用。并且,交流母线上还连接有交流负载。当分布式光伏发电接入系统中后,由于线路阻抗的存在及负荷容量与发电量的不合理分配,很有可能造成接入点发生过电压,从而导致其他接入设备退出运行,降低系统发电量渗透率,由于储能系统的存在,可对多余的电量进行合理的分配与消纳,从而降低系统电压,保证其他设备的顺利接入,但是,传统的抑制系统过电压的方法无法可靠地对过电压进行抑制,而且,常规的储能调节方式多依赖于监控系统的调度,无法及时适应系统的多变性与实时性,例如监控系统调度指令刚刚下发而储能系统还未来得及调节,当前工况已经发生了改变,也就是说,储能系统的常规调节手段通过接收指令的方式来实现,具有一定的延时性与滞后性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法,用以解决传统的过电压抑制方法无法可靠抑制过电压的问题。本发明同时提供一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制系统。
为实现上述目的,本发明的方案包括:一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法,包括以下步骤:
(1)采集母线实际电压;
(2)根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值采用闭环控制策略来控制储能系统对应的变换器,以抑制母线过电压;
(3)若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态。
所述闭环控制策略具体为:计算母线实际电压值与预期稳定值的差值;对得到的差值进行PI调节,调节后的输出参量为储能系统的输出电流d轴直流分量给定值,然后将所述输出电流d轴直流分量给定值以及q轴直流分量给定值进行电流闭环控制,生成PWM脉冲信号,用于驱动所述变换器。
本发明的方案还包括:一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制系统,包括以下模块:
采集模块,用于采集母线实际电压;
闭环控制模块,用于根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值采用闭环控制策略来控制储能系统对应的变换器,以抑制母线过电压;
过电压抑制模块,用于若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态。
所述闭环控制策略具体为:计算母线实际电压值与预期稳定值的差值;对得到的差值进行PI调节,调节后的输出参量为储能系统的输出电流d轴直流分量给定值,然后将所述输出电流d轴直流分量给定值以及q轴直流分量给定值进行电流闭环控制,生成PWM脉冲信号,用于驱动所述变换器。
本发明提供的过电压抑制方法中,首先采集母线实际电压,并根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值进行相关处理以控制储能系统对应的变换器,实现抑制母线过电压,但是,经过上述调节之后,若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态,将母线上的多余电量充入储能系统中,降低母线电压,实现过电压抑制。所以,该方法包括两部分,第一部分是初步抑制过电压,当初步抑制无法使母线电压降至正常范围,那么,就进行第二部分,即如果通过降低储能系统的电能输出量仍旧不能使母线电压降低至正常范围,那么,就不再降低其电能输出量,而是控制改变储能系统的潮流流向,使储能系统的输出电流反向流动,即改变储能系统的状态,由放电状态转变为充电状态,此时,储能系统就相当于一个耗电负载,消纳母线上的多余电量,从而达到降低母线电压的目的,实现母线过电压抑制。
因此,本发明针对分布式发电及微电网系统中存在的系统过电压抑制需求,以及传统储能系统抑制过电压方法存在的弊端,提出一种具备智能双边调节功能的储能过电压抑制方法,可根据当前系统电压水平对储能系统的电能发送或者吸收进行快速决策,当单边控制下的系统状态已达饱和或者极限边界时,可根据系统实际需要灵活地将潮流方向进行反方向逆转,在有效消纳多余电量、抑制系统电压的同时满足系统与储能系统的协调运行。
而且,该过电压抑制控制方法通过采集到的母线电压以及抑制调节策略实时调节母线电压,无需将采集信息远程输出给监控系统,也就无需监控系统下发控制指令,因此,该控制方法无需监控系统的调度,能够及时适应系统的多变性与实时性,该方法是一种可自适应的智能调节抑制技术,能够根据当前系统电压水平进行智能判断,迅速下发控制决策,实现平滑新能源出力、抑制系统过电压等功能,保证系统分布式发电的有效接入,提高系统总体发电量渗透率。而且,根据最新工况自主进行潮流调节,快速有效的消纳多余电量,从而抑制系统过电压,保证储能系统调节功能的时效性。
附图说明
图1是系统过电压波形图;
图2是分布式系统拓扑结构图;
图3是闭环控制策略控制原理图;
图4是利用本发明提供的过电压抑制方法的系统电压波形图;
图5是利用本发明提供的过电压抑制方法的系统电压/并网电流的仿真效果图。
具体实施方式
基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法实施例
本实施例提供的基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法整体包括以下三个步骤:
(1)采集母线实际电压。
(2)根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值采用闭环控制策略来控制储能系统对应的变换器,以抑制母线过电压。
(3)若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态。
以下针对上述各步骤,对该方法做出详细地描述。本实施例中,系统母线为交流母线。
首先采集系统接入点电压,即交流母线上某一点的电压,使其作为决策储能系统吞吐电能的基本依据,根据国家能源局行业标准《NB-T 32004-2013光伏发电并网逆变器技术规范》以及《NB-T 31016-2011电池储能功率控制系统技术条件》规定的分布式电源接入的三相电压不平衡度的要求,可知允许分布式电源与储能系统接入的系统电压都是符合标准要求的,因此只需采集某一相电压即可反应整体电压水平。另外,由于该方法是过电压抑制方法,当然最先需要进行过电压判断,即母线电压值大于一个设定阈值时判定为过电压,由于本发明提供的过电压抑制方法是在过电压状态下进行的控制,因此,在实施该方法时,默认系统处于过电压状态,这样的话,该方法本身中就无需有过电压判断步骤。
然后根据采集到的母线电压得到单相系统电压有效值Urms,对电压有效值Urms与预期稳定值(该稳定值可根据电网等级进行设定,例如220V)以闭环控制策略进行处理,以下给出闭环控制策略的一种具体实施方式:求取Urms与预期稳定值的差值,如图3所示,并对差值进行PI(比例积分调节器)调节,PI调节器可使偏离正常范围值的单相系统电压快速向预期稳定值逼近,并使系统电压快速稳定。经过精准的校准与调节后,PI调节器的输出参量id *即为储能系统的输出电流d轴直流分量给定值,它决定了储能系统当前吞吐的电量,id *与iq *(输出电流q轴直流分量给定值,决定了系统的无功功率)一起参与到电流闭环控制中,生成PWM脉冲信号,进而驱动储能系统对应的变流器的功率开关器件(比如IGBT)的有序开通与关断,从而使储能系统对应的变流器输出符合预期要求的电流。当储能系统与母线之间的变流器同时包含DC/DC和DC/AC时,生成的PWM脉冲信号相应控制DC/DC和DC/AC,用于改变变流器内部母线电压;当储能系统与母线之间的变流器只有DC/AC时,生成的PWM脉冲信号只控制DC/AC,由于PWM脉冲信号的生成以及根据PWM信号控制变换器的技术特征属于常规技术,这里就不再详细描述。通过上述控制能够使储能系统的输出功率变小,以降低交流母线的电压,完成整个储能系统的功率控制与调节。
上述为初步过电压抑制调节,当交流母线过电压时,根据该初步过电压抑制调节策略来降低交流母线的电压,但是,如果经过上述调节之后,储能系统输出功率降低的程度不足以使交流母线电压降低至正常范围,那么,就需要进一步对过电压进行抑制。由于降低储能系统的输出功率已经无法降低交流母线的电压使其在正常范围内,因此,这时就需要改变储能系统的功率电流给定值符号,改变储能系统输出电流的流动方向,使输出电流反向流动,即改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态,使储能系统转变为负载吸收电能,将交流母线上的多余电量充入储能系统中,以消纳交流母线上的多余电量,从而达到降低交流母线电压的目的,以实现过电压抑制。
图4和图5分别是利用本发明提供的过电压抑制方法的系统电压波形图,以及利用本发明提供的过电压抑制方法的系统电压/并网电流的仿真效果图。由图可知,在0.1s时刻系统电压开始上升,此时储能系统为放电模式,当检测到系统电压水平越限后开始减小输出电流,随后交流母线电压被抑制;在0.2s时刻电压再次上升,此时仅靠单边减小输出电流已无法满足降低系统电压的需求,因此储能系统开始逆转潮流流向,由放电模式转为充电模式,进一步消纳多余电量,在大约0.25s时刻系统逐步稳定,系统电压稳定在正常范围值之内。
另外,上述控制策略需要结合储能系统的SOC状态进行综合考虑,且双边控制的具体方向由储能系统自主实现,但需要监控系统下放控制权限,这部分与技术方案的发明点无关,这里就不再详述。
基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制系统实施例
本实施例中,一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制系统包括以下模块:
采集模块,用于采集母线实际电压;
闭环控制模块,用于根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值采用闭环控制策略来控制储能系统对应的变换器,以抑制母线过电压;
过电压抑制模块,用于若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态。
该控制系统中的各模块分别与基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法的各步骤一一对应,因此,该控制系统本质上仍旧是控制方法,保护范围与控制方法相同,由于上述控制方法实施例中已对该方法做出了详细地描述,这里不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式,但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法,在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)采集母线实际电压;
(2)根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值采用闭环控制策略来控制储能系统对应的变换器,以抑制母线过电压;
(3)若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态。
2.根据权利要求1所述的基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制方法,其特征在于,所述闭环控制策略具体为:计算母线实际电压值与预期稳定值的差值;对得到的差值进行PI调节,调节后的输出参量为储能系统的输出电流d轴直流分量给定值,然后将所述输出电流d轴直流分量给定值以及q轴直流分量给定值进行电流闭环控制,生成PWM脉冲信号,用于驱动所述变换器。
3.一种基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制系统,其特征在于,包括以下模块:
采集模块,用于采集母线实际电压;
闭环控制模块,用于根据采集到的母线实际电压值与预期稳定值采用闭环控制策略来控制储能系统对应的变换器,以抑制母线过电压;
过电压抑制模块,用于若母线实际电压值仍没有降至正常范围,那么,控制改变储能系统的状态,由放电状态转换为充电状态。
4.根据权利要求3所述的基于储能的分布式系统母线过电压抑制控制系统,其特征在于,所述闭环控制策略具体为:计算母线实际电压值与预期稳定值的差值;对得到的差值进行PI调节,调节后的输出参量为储能系统的输出电流d轴直流分量给定值,然后将所述输出电流d轴直流分量给定值以及q轴直流分量给定值进行电流闭环控制,生成PWM脉冲信号,用于驱动所述变换器。
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