CN108964038A - 基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网 - Google Patents

基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网，该方法包含：S1、判断配电网的频率、主网侧电压是否越限：当未越限，执行步骤S2；S2、采用恒功率控制方式；S3、恢复负荷或分布式能源接入电网状态；S4、若需跟踪计划出力，计算储能出力P跟踪，执行步骤S5；否则执行步骤S5；S5、若需削峰填谷，计算储能出力P削峰填谷，执行步骤S6；否则执行步骤S6；S6、若需平抑波动，计算储能出力P平抑波动，并选择储能出力P跟踪、储能出力P削峰填谷、储能出力P平抑波动的最大值，跳至步骤S1；否则储能出力为零，跳至步骤S1。本发明实现主动配电网在不同运行状态的平滑切换，减少配电网在不同运行状态间切换时对电网运行的影响。

Description

基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网
技术领域
本发明涉及主动配电网领域对于不同配电网状态之间的平滑切换，特别涉及一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网。
背景技术
随着新能源技术的大力发展，大规模的可再生能源接入电网，而这些可再生能源往往存在间歇性，典型的是光伏和风电。可再生能源的间歇性给电网调度带来了新的挑战，诸如功率倒送、电压越限、大幅功率波动等问题，这造成了配电网复杂性和配网状态数量也在不断地上升。同时，储能是提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力的有效技术，电池储能因其独特的性能已成为优先发展方向之一。
目前，含有分布式能源的配电网由于电压越限、潮流倒送、继保误动等问题存在，造成其规模一直受到限制，弃风、弃光屡见不鲜，渗透率卡在较低的水平。储能可以对配网进行调节，可以实现平抑出力波动、跟踪发电计划、光伏功率“削峰填谷”以及配网并网/离网状态的平滑切换等功能，从而减小因为分布式能源的间歇性给电网带来的不利影响，以及减少并网/离网状态切换对主网的冲击，从而实现对能源的充分利用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网，配电网包含由风力发电机组、光伏阵列、储能系统及负荷等部分，通过多层次控制策略，实现储能系统在含分布式电源的配网并网运行与离网运行状态之间的切换以及在配网并网运行时不同工作状态下的切换，减小因为光伏出力的波动性给电网带来的不利影响，以及减少并网/离网状态切换对主网的冲击，从而实现对能源的充分利用。
本发明提供了一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，该控制方法包含以下步骤：
S0、测量配电网的频率、主网侧电压；
S1、判断配电网的频率、主网侧电压是否越限：当配电网的频率、主网侧电压均未越限，继续执行步骤S2；
S2、储能系统采用恒功率控制方式进行控制；
S3、当配网中存在切除的负荷或者分布式能源，则恢复负荷或分布式能源接入电网状态，继续执行步骤S4；或者，当配网中不存在切除的负荷和分布式能源，直接执行步骤S4；
S4、若需要“跟踪计划出力”，则计算第一储能出力P跟踪，继续执行步骤S5；若不需要“跟踪计划出力”，继续执行步骤S5；
S5、若需要“削峰填谷”，则计算第二储能出力P削峰填谷，继续执行步骤S6；若不需要“削峰填谷”，继续执行步骤S6；
S6、若需要“平抑波动”，则计算第三储能出力P平抑波动，继续执行步骤S7；若不需要“平抑波动”，继续执行步骤S7；
S7、选择“跟踪计划出力”、“削峰填谷”、“平抑波动”三种模式下对应的储能出力的最大值，输出储能出力功率，再跳转至步骤S1，循环进行，直至储能系统停止运行。
优选地，所述步骤S1中，当配电网的频率或主网侧电压越限时，则继续执行步骤T2；
T2、储能系统采用恒压频比控制方式进行控制；
T3、测量配电网的频率、主网侧电压以及相角差；
T4、当判断出配电网的频率未越限时，执行步骤T5；
T5、当判断出配电网的主网侧电压未越限时，执行步骤T6；
T6、当判断出配电网的相角差未越限时，完成对配电网与主网进行同期并列后，跳转至步骤S2，循环进行，直至储能系统停止运行。
优选地，所述步骤T4中，当判断出配电网的频率越上限时，则切除分布式能源，跳转至步骤T3，循环进行；
或者，所述步骤T4中，当判断出配电网的频率越下限时，则切除负荷，跳转至步骤T3，循环进行。
优选地，所述步骤T5中，当判断出配电网的主网侧电压越限时，则跳转至步骤T3，循环进行。
优选地，所述步骤T6中，当判断出相角差越限时，则跳转至步骤T3，循环进行。
优选地，所述储能系统处在“平抑波动”状态时，直接对1min和10min级波动进行实时平抑；当配网内的功率波动在允许范围内时，储能系统不出力；当配网内检测到光伏功率波动超出限制值时，储能系统响应，抑制光伏波动。
优选地，所述储能系统处在“跟踪计划出力”状态时，分布式能源的发电计划是通过调度端基于日前预测功率制定，所述储能系统对分布式能源整体出力进行调整。
优选地，所述储能系统在“削峰填谷”状态时，配电网在出口处对分布式能源的发电功率进行限制；当分布式能源输出功率高于出口限制时，吸收多余的电能，当白天结束后，放出储存的电能，减少弃光。
本发明还提供了一种采用如上文所述的基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法的配电网结构，该配电网结构包含风力发电机组、光伏阵列、储能系统和负荷；其中，所述风力发电机组和所述光伏阵列向配电网中注入能量，所述储能系统既吸收/放出能量对配电网进行平滑切换和控制，所述风力发电机组、所述光伏阵列和所述储能系统共同向所述负荷供电；交流母线电压为10kV，经公共连接点接入主网，配电网通过公共连接点处的开关来控制配电网的并/离网状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用多层次的控制策略，在并网/离网运行方式切换前后，使配电网的频率、电压及与配电网的相角差都能保持在允许的范围之内，实现平滑切换。
(2)本发明在配网的并网/离网运行方式切换过程中采用在线检测频率、电压及相角差，切换时对电网的冲击很小，保证电网电能质量。
(3)本发明对配网并网状态下的多个状态的协同运行和切换策略进行了研究，提出了平抑波动、跟踪计划出力、光伏功率“削峰填谷”三种状态的协同运行和平滑切换策略。
附图说明
图1本发明的配网结构示意图；
图2本发明的控制策略流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法及配电网，为了使发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的配电网系统主要包含风力发电机组、光伏阵列、储能系统和负荷部分。交流母线电压为10kV，经公共连接点(PCC)接入主网。风力发电机组、光伏阵列向配电网中注入能量，储能系统既可以吸收/放出能量对配电网进行平滑切换和控制，风力发电机组、光伏阵列、储能系统共同向负荷供电。配电网通过公共连接点处的开关来控制配电网的并/离网状态。
具体地，储能系统在配网并/离网状态之间的切换控制是通过在线监测配电网侧与主网侧电压、频率与相角差的变化，建立了区域配电网模型，采用多层次控制策略对配电网中的储能系统进行控制，以实现主动配电网并/离网运行方式的无缝切换。
储能系统在配网并网的不同工作状态下的切换控制是在考虑储能系统荷电状态的基础上，分别给出了储能系统在平抑功率波动、跟踪发电计划、削峰填谷这三种状态给出了每种状态下实时控制策略，并对以上三种状态之间的综合控制和切换方法进行了研究，提出了不同电网状态下储能系统对应的能量管理策略。
在本实施例中，通过判断配电网的频率、主网侧电压是否越限来判断判断配电网此时的并/离网状态，进而确定储能系统采用P/Q控制或者U/F控制方式。
当并/离网状态切换时，在并网运行情况下，当配电网故障或电能质量不能满足要求时，检测公共耦合点(PCC)电压、频率，超出允许的范围时，配电网需要与配电网快速断开，转入离网运行方式，储能系统的控制方式由P/Q控制转变为U/F控制方式。此时，若配网内功率不能保持平衡，就要考虑切除负荷或者切除分布式能源，即若配网此时处于离网状态，则通过判断配电网内的频率、电压、相角差等状态来确定对配电内的负荷或者是分布式能源进行切除或保持，维持配电网与主网断开状态下能正常运行。
若检测到处于离网状态的配电网的频率、电压、相角差均处于正常状态下，并且配电满足与主网物理上并网的条件，此时，该区域的配电网经过同期操作后可以重新并入主电网。
当在主网恢复正常运行后，需要将配电网与主网重新连接，并入主网后，储能系统的控制方式由原来的U/F控制方式转为P/Q控制，此时若该区域配网内有切除的负荷和分布式能源，首先恢复其接入电网的状态。再判断该区域配网在并网状态下的一种或者是几种工作状态(例如“平抑功率波动”状态、“跟踪发电计划”状态、“削峰填谷”状态等)下，并且计算出每种状态下储能系统的出力情况，最终选择不同状态下储能出力的最大值对储能系统进行控制。
其中，储能系统在“平抑功率波动”状态下的控制策略，直接对1min和10min级波动进行实时平抑的方法。在此控制策略之下，当配网内的功率波动在允许范围内时，储能系统不出力，当检测到光伏功率波动超出限制值时，储能系统快速响应，抑制光伏波动。
储能系统在“跟踪发电计划”状态下的控制策略，由于分布式能源的发电计划是调度端基于日前预测功率制定的。由于日前预测值可能与次日实测值差别较大，会使光分布式能源的次日实际出力偏离发电计划较多，因此需要利用储能系统对分布式能源整体出力进行调整，减少与发电计划之间的偏差，提高其可调度性。
储能系统在“削峰填谷”状态下的控制策略，配电网在出口处往往会对分布式能源的发电功率进行限制，为了提升分布式能源的利用率，需要利用储能系统对于光伏功率进行“削峰填谷”，即在分布式能源输出功率高于出口限制时吸收多余的电能，在白天结束后放出储存的电能，从而减少弃光。
储能系统在配网并网的不同工作状态下的切换，储能系统分别单独应用于跟踪计划出力和“削峰填谷”这两种功能时，功率波动可能会过大，因此要优先考虑对分布式能源出力波动的处理。储能工作在跟踪计划出力状态时，储能系统出力有可能超出限制值，因此相对于跟踪计划出力，“削峰填谷”具有更高的优先级。根据并网状态下不同状态对储能系统的要求，选择不同状态下储能系统出力的最大值对储能系统进行控制。
如图2所示，本发明的控制策略的具体步骤如下：
S0、测量配电网的频率、主网侧电压。
S1、判断配电网的频率、主网侧电压是否越限；其中，该电压的界限为一区间范围，通常是±7％，参考标准是：《电能质量供电电压允许偏差》(GB12325-90)；该频率的界限为一区间范围，通常是±0.2Hz，参考标准是：《电力系统频率允许偏差》(GBT15945-1995)。
若否，配电网的频率、主网侧电压均未越限，即此时为并入主网运行状态，配电网内的功率缺额由主网来平衡，频率调整和电压控制都由主网来负责，继续执行S2；
若是，配电网此时处于离网状态，跳转执行步骤T2；
S2、储能系统转为采用P/Q(恒功率控制)控制方式进行控制，继续执行步骤S3；
S3、此时若该区域配网内有切除的负荷或分布式能源，则首先恢复负荷或分布式能源接入电网状态，继续执行步骤S4；此时若该区域配网内无切除的负荷和分布式能源，则直接执行步骤S4。
S4、判断是否需要“跟踪计划出力”：若是，则计算该模式下对应的储能出力P跟踪，再继续执行步骤S5；若否，即此时该模式下的储能出力为零，则执行步骤S5；
S5、判断是否需要“削峰填谷”：若是，则计算该模式下对应的储能出力P削峰填谷，再继续执行步骤S6；若否，即此时该模式下的储能出力为零，则执行步骤S6；
S6、判断是否需要“平抑波动”：若是，则计算该模式下对应的储能出力P平抑波动，继续执行步骤S7；若否，即此时该模式下的储能出力为零，直接执行步骤S7；
S7、选择出上述“跟踪计划出力”、“削峰填谷”、“平抑波动”三种模式下对应的储能出力的最大值，输出储能出力功率，再跳转至步骤S1，循环进行，直至储能系统停止运行。
其中，当储能系统均不需要执行上述三种模式时，最终输出的储能出力功率为0。
T2、储能系统转为采用U/F(恒压频比控制)控制方式，用于为配电网提供频率和电压支持，并跟踪负荷的变化，继续执行步骤T3；
T3、测量配电网的频率、主网侧电压以及相角差，继续执行步骤T4。
T4：判断配电网的频率是否越限：
(1)若是(即该配电网的频率越限)，再判断频率是否越上限：
(a)当该频率越上限，则切除分布式能源(DG)，跳转至步骤T3，循环进行，直至储能系统停止运行；
(b)当该频率并未越上限，即该频率越下限时，则切除负荷，跳转至步骤T3，循环进行，直至储能系统停止运行；
(2)若否，即该配电网的频率并未越限，则继续执行步骤T5。
T5：判断配电网的主网侧电压是否越限：若是，则跳转至步骤T3，循环进行；若否，则继续执行步骤T6。
T6、判断相角差是否越限：若是，则跳转至步骤T3，循环进行；若否，则对区域配电网与主网进行同期，完成同期并列后，跳转至步骤S2，循环进行，直至储能系统停止运行。
其中，由于配电网在离网状态下需保持功率平衡，为了避免切除负荷或者切除分布式能源过程中对配电网造成较大的暂态冲击，必须对区域配电网与主网进行同期。为此，检测公共耦合点配网侧及主网侧的电压、频率及相角，当对应量相差在允许的范围之内时，完成同期并列。
综上所述，本发明基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，该方法可以将储能电池在配电网中的工作状态划分为不同的运行状态，通过多层次控制策略，实现储能系统在含分布式电源的配网并网运行与离网运行之间的切换以及在配网并网运行时不同工作状态下的切换。储能系统在配网并网运行与离网运行状态之间的切换控制方法中是通过在线监测配电网侧与主网侧电压、频率的变化，采用多层次控制策略，实现配电网并/离网运行方式的无缝切换。储能系统在配网并网的不同工作状态下的切换控制方法是在考虑储能电池荷电状态的基础上，分别给出了储能系统在平抑功率波动、跟踪发电计划、削峰填谷这三种状态给出了每种状态下实时控制策略，并对以上状态之间的综合控制和切换方法进行了研究，提出了不同状态下储能系统的能量管理策略，实现了配网并网状态下储能系统的在不同状态下的平滑切换。本发明实现了主动配电网在不同的运行状态下的平滑切换，减少了主动配电网在不同运行状态之间进行切换时对电网运行的影响。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，该控制方法包含以下步骤：
S0、测量配电网的频率、主网侧电压；
S1、判断配电网的频率、主网侧电压是否越限：当配电网的频率、主网侧电压均未越限，继续执行步骤S2；
S2、储能系统采用恒功率控制方式进行控制；
S3、当配网中存在切除的负荷或者分布式能源，则恢复负荷或分布式能源接入电网状态，继续执行步骤S4；或者，当配网中不存在切除的负荷和分布式能源，直接执行步骤S4；
S4、若需要“跟踪计划出力”，则计算第一储能出力P跟踪，继续执行步骤S5；若不需要“跟踪计划出力”，继续执行步骤S5；
S5、若需要“削峰填谷”，则计算第二储能出力P削峰填谷，继续执行步骤S6；若不需要“削峰填谷”，继续执行步骤S6；
S6、若需要“平抑波动”，则计算第三储能出力P平抑波动，继续执行步骤S7；若不需要“平抑波动”，继续执行步骤S7；
S7、选择“跟踪计划出力”、“削峰填谷”、“平抑波动”三种模式下对应的储能出力中的最大值，输出储能出力功率，再跳转至步骤S1，循环进行，直至储能系统停止运行。
2.如权利要求1所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
所述步骤S1中，当配电网的频率或主网侧电压越限时，继续执行步骤T2；
T2、储能系统采用恒压频比控制方式进行控制；
T3、测量配电网的频率、主网侧电压以及相角差；
T4、当判断出配电网的频率未越限时，执行步骤T5；
T5、当判断出配电网的主网侧电压未越限时，执行步骤T6；
T6、当判断出配电网的相角差未越限时，完成对配电网与主网进行同期并列，跳转至步骤S2，循环进行，直至储能系统停止运行。
3.如权利要求2所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
所述步骤T4中，当判断出配电网的频率越上限时，切除分布式能源，跳转至所述步骤T3，循环进行；
或者，所述步骤T4中，当判断出配电网的频率越下限时，切除负荷，跳转至所述步骤T3，循环进行。
4.如权利要求2所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
所述步骤T5中，当判断出配电网的主网侧电压越限时，跳转至所述步骤T3，循环进行。
5.如权利要求2所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
所述步骤T6中，当判断出相角差越限时，跳转至所述步骤T3，循环进行。
6.如权利要求1所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
当储能系统处在“平抑波动”状态时，直接对1min和10min级波动进行实时平抑；
当配网内的功率波动在允许范围内时，储能系统不出力；当配网内检测到光伏功率波动超出限制值时，储能系统响应，抑制光伏波动。
7.如权利要求1所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
当储能系统处在“跟踪计划出力”状态时，分布式能源的发电计划是通过调度端基于日前预测功率制定，所述储能系统对分布式能源整体出力进行调整。
8.如权利要求1所述的一种基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法，其特征在于，
当储能系统在“削峰填谷”状态时，配电网在出口处对分布式能源的发电功率进行限制；
当分布式能源输出功率高于出口限制时，吸收多余的电能，当白天结束后，放出储存的电能，减少弃光。
9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的基于储能的主动配电网状态平滑切换控制方法的配电网系统，其特征在于，该配电网系统包含风力发电机组、光伏阵列、储能系统和负荷；其中，所述风力发电机组和所述光伏阵列向配电网中注入能量，所述储能系统既吸收/放出能量对配电网进行平滑切换和控制，所述风力发电机组、所述光伏阵列和所述储能系统共同向所述负荷供电；交流母线电压为10kV，经公共连接点接入主网，配电网通过公共连接点处的开关来控制配电网的并/离网状态。
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