CN108075477B - 一种基于电储热装置的电力系统调压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于电储热装置的电力系统调压方法，具体涉及电力系统运行与控制领域。利用电网内的电储热装置作为电网调压的措施。针对负荷变化所造成的电压波动，利用电网中的电储热装置，通过对电储热装置的投入或退出，改变电网中的负荷分布，从而对电网的电压进行调节。该方法优化电储热装置的控制能力，建立了利用电储热装置对电网进行调压的操作过程，形成了电储热装置参与电网调压的全过程操作控制方案。

Description

一种基于电储热装置的电力系统调压方法
技术领域
本发明涉及电力系统运行与控制领域，具体涉及一种基于电储热装置的电力系统调压方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，电力系统用电负荷飞速增长，电能质量作为电网提供服务的衡量标准越来越被用户所重视。而在电能质量的判断标准中，电压已经成为评判电能质量的重要指标。电压质量对电力系统的安全与经济运行,对保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命都有重要影响。伴随着电网中故障增加和负荷增长，电压波动在电网中发生的越来越频繁，电压调整已经成为保证电能质量的重要手段。习惯上所谓的电压调整仅针对周期长、波及面大，主要由生产、生活和气象变化引起的负荷和电压变动。
目前，现有技术中关于电力系统的调压方法主要包括：利用发电机调压、改变变压器变压比调压、并联补偿无功设备调压、串联电容器调压。其中利用发电机进行调压是通过调节发电机的励磁电流大小来改变发电机的出口电压。一般发电机出口电压得调节范围是额定电压的±5％。但由于发电机经过的线路长、电压等级多、供电范围大等因素，通过改变发电机端电压来对电网进行调压一般不能满足电网对电压质量要求，一般仅作为后备手段；改变变压器变比进行调压是指通过改变变压器两侧的绕组匝数来改变电压，对于无载调压变压器通过改变抽头进行调压，而对于有载调压变压器则可以在有载的情况下改变抽头。但由于改变变压器变比调压必须无功电源充足。变压器本身不是无功电源,当系统中无功电源不足时,达不到调压要求；并联补偿无功设备调压主要是指在降压变电所低压母线或大负荷的中心变电所设置电容器、调相机、静止补偿器等无功电源装置，利用无功电源装置改变系统中无功功率的分布，从而降低网络中的电压损耗以达到调整电压的目的。虽然通过并联无功补偿装置调压效果显著，但该种调压方式需要购买无功补偿设备，投资成本较高；串联电容器调压主要是指通过在超高压线路上串联电容器来改善线路参数，即减小线路的电阻或电抗，从而降低线路上的电压损耗以提高末端电压达到调压的目的。串联电容器进行调压的方式主要适用于负荷变化大且频繁经常引起电压波动的网络，而且串联电容器调压效果随着负荷功率因数的提高而渐渐消失，当负荷COSθ>0.95时，串联电容器调压效果已不明显。
电网压力不稳、调峰能力不足是制约电网风电消纳的重要因素，而储能是缓解风电等可再生能源受阻问题的有效措施，储热在功率和容量两方面都具有较大的经济性。近年来，为缓解我国“三北”地区冬季热电联产机组多、电源调峰能力大幅降低、风电受限严重以及燃煤供热比重过高造成空气污染等问题，我国政府在北方具备条件的地区推广应用了电储热供热技术。利用当前已建设的电储热装置作为电力系统调压的方法，一方面可以有效节约电力系统调压设备投资，降低系统调压成本；另一方面，随着电储热装置不断增加，分布范围广，使得利用电储热装置进行调压具有调压覆盖范围广的优点。同时，随着电储热装置负荷容量的提升，储热装置具有很高的调压能力。结合储热装置分布范围广和调节能力强的优势，利用电储热装置进行调压，可以实现系统多点同时进行调压，大大提高了调压效率，同时对于电网的安全稳定运行具有明显提高。
发明内容
本发明以电储热装置参与系统调压为目标，针对当前基于电储热装置电力系统调压技术空白问题，本发明提出一种基于电储热装置的电力系统调压方法，该方法优化电储热装置的控制能力，建立了利用电储热装置对电网进行调压的操作过程，形成了电储热装置参与电网调压的全过程操作控制方案。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：利用电网内的电储热装置作为电网调压的措施。针对负荷变化所造成的电压波动，利用电网中的电储热装置，通过对电储热装置的投入或退出，改变电网中的负荷分布，从而对电网的电压进行调节。
所述负荷变化做造成的电压波动主要是指波动周期长、波及面积大的电压波动，该类型电压波动主要由生产、生活和气象变化引起电网负荷变化所造成的电压波动。所述负荷造成电压波动主要是指电网高峰负荷是供电线路上的电压损耗大，此时线路末端的电压将会低于额定值，而在电网低谷复合式供电线路上电压损耗小，此时线路末端电压将会超过额定值。
所述电储热装置是指将电能通过电阻丝转换成热能并进行存储的设备。由于该设备主要用电元件为电阻丝，所以可以将电储热装置看做纯电阻负荷，其消耗功率为纯有功功率。同时由于该设备作为供热设备又可以存储热能并进行释放，所以该设备不受供热因素影响，控制灵活。电储热设备可以看作为控制灵活的有功负荷。
所述电储热装置的投入或退出主要是指将电储热装置看做有功负荷，通过调度对电储热装置下达指令，控制电储热装置的启动或停止，从而对有功负荷实现控制。所述改变电网负荷分布主要是指对电网内负荷较高的区域，通过将该区域内的部分电储热装置的进行退出，有效降低该区域负荷；对负荷较低的区域，通过将该区域的电储热装置进行启动，有效提高该区域内负荷。
所述电压调节即通过改变该区域负荷大小，从而改变线路电压损耗大小，最终完成对该区域电压得控制。
具体步骤如下：
步骤一:根据地区调度监控系统对该地区电压监测点的电压U1进行实时监测。
步骤二：设定电压正常运行范围值，根据标准10kV配电网中电压偏移范围为-7％—+7％，设定正常运行时，电压最大值Umax＝1.07U额定，电压最小值Umin＝0.93U额定。
步骤三：将监测点电压实时值U1与Umax和Umin做实时对比，当U1≥Umax或者U1≤Umin时，判定允许调压。
步骤四：判定U1≥Umax时，电压偏移U偏＝Umax-U1，根据线路电压损耗公式
Figure BDA0001490979070000041
计算投入电储热装置负荷P热，其中P2、Q2、U2分别为该区域的有功、无功及电压值，R、X为该区域至与该区域相连的电源之间的电阻和电抗。
步骤五：根据计算出的需要投入电储热装置负荷P热，计算投入电储热装置数量n1，使得电储热装置负荷相加的最小值P1+P2+P3+P4…≥P热，其中P1、P2、P3、P4…为电储热装置的额定功率，该功率值可以设定为单台装置的负荷值，设定为一组储热装置的负荷值。
步骤六：调度通过远方控制命令，对计划投入电储热负荷逐台投入运行。同时监测电压情况，保证电压恢复到正常允许范围内。
步骤七：判定U1≤Umin时，电压偏移U偏＝Umin-U1，此时依然根据线路电压损耗公式
Figure BDA0001490979070000051
计算需要退出电储热装置负荷P热，其中P2、Q2、U2分别为该区域的有功、无功及电压值，R、X为该区域至与该区域相连的电源之间的电阻和电抗。
步骤八：根据计算出的需要退出电储热装置负荷P热，计算退出电储热装置数量n2，使得电储热装置负荷相加的最小值P1+P2+P3+P4…≥P热，其中P1、P2、P3、P4…为电储热装置的额定功率，同样该功率值可以设定为单台装置的负荷值，也可以设定为一组储热装置的负荷值。
步骤九：调度通过远方控制命令，对计划投入电储热负荷逐台退出运行。同时监测电压情况，保证电压恢复到正常允许范围内。
步骤十：将调整后电压实时值U11再与Umax和Umin做实时对比，当Umin≤U1≤Umax时，判定电压负荷标准，停止调压。否则重复步骤三至步骤九。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于电储热装置的电力系统调压方法总体控制流程图。
图2为本发明提供的A区电网结构图。
图3为本发明提供的A区电网电压变化曲线。
图4为本发明提供的A区调压控制流程图。
图5为本发明提供的B区电网结构图。
图6为本发明提供的B区电网电压变化曲线。
图7为本发明提供的B区调压控制流程图。
具体实施方式
下面结合上述各个附图对本发明提出的具体实施方式做进一步的说明。如图1所示，为本发明提供总体控制流程图，根据该控制方法可以实现利用电储热装置对电网进行调压过程。具体步骤如下：
步骤一:根据地区调度监控系统对该地区电压监测点的电压U1进行实时监测。
步骤二：设定电压正常运行范围值，根据标准10kV配电网中电压偏移范围为-7％—+7％，设定正常运行时，电压最大值Umax＝1.07U额定，电压最小值Umin＝0.93U额定。
步骤三：将监测点电压实时值U1与Umax和Umin做实时对比，当U1≥Umax或者U1≤Umin时，判定允许调压。
步骤四：判定U1≥Umax时，电压偏移U偏＝Umax-U1，根据线路电压损耗公式
Figure BDA0001490979070000071
计算投入电储热装置负荷P热，其中P2、Q2、U2分别为该区域的有功、无功及电压值，R、X为该区域至与该区域相连的电源之间的电阻和电抗。
步骤五：根据计算出的需要投入电储热装置负荷P热，计算投入电储热装置数量n1，使得电储热装置负荷相加的最小值P1+P2+P3+P4…≥P热，其中P1、P2、P3、P4…为电储热装置的额定功率，该功率值可以设定为单台装置的负荷值，也可以设定为一组储热装置的负荷值。
步骤六：调度通过远方控制命令，对计划投入电储热负荷逐台投入运行。同时监测电压情况，保证电压恢复到正常允许范围内。
步骤七：判定U1≤Umin时，电压偏移U偏＝Umin-U1，此时依然根据线路电压损耗公式
Figure BDA0001490979070000072
计算需要退出电储热装置负荷P热，其中P2、Q2、U2分别为该区域的有功、无功及电压值，R、X为该区域至与该区域相连的电源之间的电阻和电抗。
步骤八：根据计算出的需要退出电储热装置负荷P热，计算退出电储热装置数量n2，使得电储热装置负荷相加的最小值P1+P2+P3+P4…≥P热，其中P1、P2、P3、P4…为电储热装置的额定功率，同样该功率值可以设定为单台装置的负荷值，也可以设定为一组储热装置的负荷值。
步骤九：调度通过远方控制命令，对计划投入电储热负荷逐台退出运行。同时监测电压情况，保证电压恢复到正常允许范围内。
步骤十：将调整后电压实时值U11再与Umax和Umin做实时对比，当Umin≤U1≤Umax时，判定电压负荷标准，停止调压。否则重复步骤三至步骤九。
实施例1
如图2-4，图2为A区电网结构图，由图可知该区电网民用负荷与工业负荷同时存在，正常状态下该地区负荷变化规律为：日间民用负荷与工业负荷都比较高；夜间时民用负荷下降至很低水平，而工业负荷增加，但该地区的总负荷依然下降。由于负荷变化，该地区的电压呈现出日间时间段电压在额定值范围，夜间电压高于额定值，电压变化曲线见图3实线部分。为了能够对该地区的电压进行调整，通过调度侧政策扶持将该地区部分电储热装置设置为电网调压负荷，电储热装置台数根据该地区夜间电网用电负荷缺额计算。图4为调压控制流程图，具体调压过程如下：
首先，由调度侧对该地区电压进行监视，当该地区由于负荷下降引起的电压升高将到达上限值时，调度对该地区电储热装置远方下达投入命令，根据电网负荷下降差额计算需投入的电储热装置台数，并逐台投入装置。由于负荷增加，线路损失电压增加，此时根据该地区电压下降至额定值范围内。
根据电网负荷波动规律，当民用负荷开始增加时，此时由于民用负荷、工业负荷以及电储热负荷总和增加，电网电压损耗由于电网负荷增加而变大电网中电压低于额定电压范围。此时通过调度对电储热装置下达退出命令，通过退出电储热负荷降低电网负荷大小，从而升高电网电压值额定值范围，图3中虚线部分为调整后的电压标幺值曲线。
通过对电储热装置的快速投退，有效控制该地区的负荷分布，调节过程通过利用已建成的电储热装置，节约了新建调压装置的投资，灵活方便的实现对该地区电压的调节工作。
实施例2
如图5-7，图5所示为B区配电网结构图，该区为典型商业住宅区，正常状态下该地区负荷变化规律为：日间用电负荷较高，夜间时负荷下降至很低水平。由于负荷变化，该地区的电压呈现出日间电压在12：00-14:00时间段与16:00-18:00时间段低于额定值范围，夜间22:00-次日5:00时间段电压高于额定值，电压变化曲线见图6实线部分。为了能够对该地区的电压进行调整，通过调度侧政策扶持将该地区部分电储热装置设置为电网调压负荷，所选中电储热装置在作为调压措施时受调度侧控制。电储热装置台数根据该地区电网用电负荷缺额计算。图7为调压控制流程图，具体调压过程如下：
首先调度由调度侧对该地区电压进行监视，通过电压变化规律可知，该地区电压在白天出现两段越限区域，电压调整过程中，当电压第一次将越限前，在t1时刻对该区域的正在运行的电储热装置下达退出指令，退出电储热装置数量根据该时段负荷增量计算；在t2-t3时间段通过调度控制投入该部分电储热负荷，当在t3-t4时间段再次退出电储热负荷。当夜间出现电网负荷降低引起电压升高时，则在该时间段通过调度控制命令投入电储热装置。通过投入电储热负荷提高电网负荷大小，从而降低电网电压值额定值范围，图6中虚线部分为调整后的电压标幺值曲线。
根据调整后的电压变化曲线可以看出，利用电储热装置可以有效对电网电压进行调整，同时调整过程迅速方便。
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本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。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 (1)

1.一种基于电储热装置的电力系统调压方法，其特征在于，用电网内的电储热装置作为电网调压的措施，对负荷变化所造成的电压波动，用电网中的电储热装置，改变电网中的负荷分布，对电网的电压进行调节；所述负荷变化做造成的电压波动是指波动周期长、波及面积大的电压波动；所述负荷造成电压波动指电网高峰负荷是供电线路上的电压损耗大，线路末端的电压会低于额定值，且在电网低谷复合式供电线路上电压损耗小；所述电储热装置是将电能通过电阻丝转换成热能并进行存储的设备，设备用电元件为电阻丝，该设备作为供热设备既存储热能又进行释放；
所述电储热装置的投入、退出是将电储热装置看做有功负荷，通过调度对电储热装置下达指令，控制电储热装置的启动或停止，从而对有功负荷实现控制；所述改变电网中的负荷分布是对电网内负荷较高的区域，通过将该区域内的部分电储热装置的进行退出，有效降低该区域负荷；对负荷较低的区域，通过将该区域的电储热装置进行启动；
具体步骤如下：
步骤一 根据地区调度监控系统对该地区电压监测点的电压U1进行实时监测；
步骤二 设定电压正常运行范围值，其中，电压最大值Umax＝1.07U额定，电压最小值Umin＝0.93U额定；
步骤三 将监测点电压实时值U1与Umax和Umin做实时对比，当U1≥Umax或者U1≤Umin时，判定允许调压；
步骤四 判定U1≥Umax时，电压偏移U偏＝Umax-U1，根据线路电压损耗公式
Figure FDA0003055595950000021
计算投入电储热装置负荷P热，其中P2、Q2、U2分别为该区域的有功、无功及电压值，R、X为该区域至与该区域相连的电源之间的电阻和电抗；
步骤五 根据计算出的需要投入电储热装置负荷P热，计算投入电储热装置数量n1，使得电储热装置负荷相加的最小值P1+P2+P3+P4…≥P热，其中P1、P2、P3、P4…为电储热装置的额定功率，功率值能够设定为单台装置的负荷值，设定为一组储热装置的负荷值；
步骤六 调度通过远方控制命令，对计划投入电储热负荷逐台投入运行，监测电压情况，保证电压恢复到正常允许范围内；
步骤七 判定U1≤Umin时，电压偏移U偏＝Umin-U1，此时依然根据线路电压损耗公式
Figure FDA0003055595950000022
计算需要退出电储热装置负荷P热，其中P2、Q2、U2分别为该区域的有功、无功及电压值，R、X为该区域至与该区域相连的电源之间的电阻和电抗；
步骤八 根据计算出的需要退出电储热装置负荷P热，计算退出电储热装置数量n2，使得电储热装置负荷相加的最小值P1+P2+P3+P4…≥P热，其中P1、P2、P3、P4…为电储热装置的额定功率，同样该功率值设定为单台装置的负荷值，设定为一组储热装置的负荷值；
步骤九 调度通过远方控制命令，对计划投入电储热负荷逐台退出运行，同时监测电压情况，保证电压恢复到正常允许范围内；
步骤十 将调整后电压实时值U11再与Umax和Umin做实时对比，当Umin≤U1≤Umax时，判定电压负荷标准，停止调压；否则重复步骤三至步骤九；
电网民用负荷与工业负荷同时存在，正常状态下地区负荷变化规律为：日间民用负荷与工业负荷都比较高；夜间时民用负荷下降至很低水平，工业负荷增加，地区的总负荷依然下降；负荷变化，地区的电压呈现出日间时间段电压在额定值范围，夜间电压高于额定值，通过调度侧政策扶持将地区部分电储热装置设置为电网调压负荷，电储热装置台数根据地区夜间电网用电负荷缺额计算；具体调压过程如下：由调度侧对地区电压进行监视，当该地区由于负荷下降引起的电压升高将到达上限值时，调度对该地区电储热装置远方下达投入命令，根据电网负荷下降差额计算需投入的电储热装置台数，并逐台投入装置；由于负荷增加，线路损失电压增加，此时根据该地区电压下降至额定值范围内；根据电网负荷波动规律，当民用负荷开始增加时，此时由于民用负荷、工业负荷以及电储热负荷总和增加，电网电压损耗由于电网负荷增加而变大电网中电压低于额定电压范围；此时通过调度对电储热装置下达退出命令，通过退出电储热负荷降低电网负荷大小，从而升高电网电压值额定值范围；
商业住宅区，正常状态下地区负荷变化规律为：日间用电负荷较高，夜间时负荷下降至很低水平；负荷变化，地区的电压日间电压在12：00-14:00时间段与16:00-18:00时间段低于额定值范围，夜间22:00-次日5:00时间段电压高于额定值；通过调度侧政策扶持将地区部分电储热装置设置为电网调压负荷，所选中电储热装置在作为调压措施时受调度侧控制；电储热装置台数根据该地区电网用电负荷缺额计算；具体调压过程如下：调度由调度侧对地区电压进行监视，通过电压变化规律可知，该地区电压在白天出现两段越限区域，电压调整过程中，当电压第一次将越限前，在t1时刻对该区域的正在运行的电储热装置下达退出指令，退出电储热装置数量根据时段负荷增量计算；在t2-t3时间段通过调度控制投入该部分电储热负荷，当在t3-t4时间段再次退出电储热负荷；当夜间出现电网负荷降低引起电压升高时，则在该时间段通过调度控制命令投入电储热装置；
电网结构为三角形，三角形上横边由左至右依次为居民负荷、电储热负荷、电储热负荷、工厂负荷；三角形左斜边由上至下依次为工厂负荷、居民负荷、电储热负荷；三角形右斜边由上至下依次为电储热负荷、居民负荷、电储热负荷、商业区负荷；三角形下顶点为工厂负荷；三角形中部为工厂负荷；电网电压变化曲线为：横坐标时间，纵坐标电压，8时至20时为电压低谷段，调整前的电压峰值高于1.05标幺值，调整后的电压峰值低于1.05标幺值；
电网结构为倒梯形，倒梯形左上端和右上端为地区变电站，倒梯形左上端与向中上部倾斜的左上斜边下端相连，左上斜边上端为电储热负荷1；倒梯形右上端与向中上部倾斜的右上斜边下端相连，右上斜边上端为电储热负荷2；倒梯形上横边由左至中依次为电储热负荷3、用户负荷；倒梯形下横边由左至右依次为用户负荷、电储热负荷5、用户负荷、电储热负荷4；电网电压变化曲线为：横坐标时间，纵坐标电压，8时至20时为电压低谷段，调整前的电压峰值高于1.05标幺值，调整后的电压峰值低于1.05标幺值；调整后的电压谷值高于调整前的电压谷值。
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