CN109193786A - 一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,它包括三种模式,分别为接入配电网并网运行模式、基于储能主电源的孤网运行模式和系统失电状模式;其特征在于:所述控制方法基于PCS VSG运行的过渡状态实现风储系统与配网间并网和孤网运行模式间的平滑切换;解决了本发明使风储系统运行稳定,实现并网和孤网运行模式间的平滑无缝切换;现有技术针对分布式风储系统与配电网间的协同运行控制没有给出分布式风储系统与配电网间的多模式协调运行控制;缺少分布式系统与配电网间运行模式平滑切换的研究等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于分布式电源接入技术,尤其涉及一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法。
背景技术
大型风电场的技术已经较为成熟,现在主要集中在配电网层面的风电资源的消纳和利用,本专利主要针对风储系统的运行模式切换。随着分布式能源技术的蓬勃发展,配电网中接入了越来越多的分布式电源(系统),改变了传统配电网无源和单向潮流的特性,对配电网的运行、控制、保护都提出了新的挑战。而原有配电网自动化水平以及调度管理机制,也制约了分布式电源(系统)在配电网中的灵活接入与优化运行。分布式系统作为一种与传统供电模式完全不同的新型供电系统,为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行,电源以分散方式布置在用户附近、发电功率为几千瓦到五十兆瓦的小型模块式、与环境兼容的区域型电网系统。分布式系统相对于常规集中式电源的优势在于可以高效利用用户处各种分散的能源,提高能源的利用率,实现就近供电以减少远距离供电产生的网损,对于减轻环保压力,降低终端用户的费用具有一定的作用。分布式系统既可独立于配电网直接满足用户用电需要,且在有相关主电源时可以区域型孤网运行,同时又能接入配电网,作为配电网电源的补充,使负荷的供电可靠性及电能质量都得到大幅增强。
随着大量分布式电源并网及其渗透率的不断提高,分布式能源(风机、光伏等)的不确定性对电网的安全运行造成影响。
目前,对于分布式电源并网的研究,主要有:大型风电场的技术已经较为成熟,现在主要集中在配电网层面的风电资源的消纳和利用;从分布式电源角度构建运行优化建模;通过协调各分布式电源、储能装置来实现微电网的多目标能量优化。这些方式存在以下问题:
1、没有针对分布式风储系统与配电网间多模式协调运行;2、缺少分布式系统与配电网间运行模式平滑切换的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,以解决现有技术针对分布式风储系统与配电网间多模式协调运行;没有给出分布式风储系统与配电网间的协同运行控制模式的切换条件;缺少分布式系统与配电网间运行模式平滑切换的研究等技术问题。
本发明具体采用以下技术方案:
一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,它包括三种模式,分别为接入配电网并网运行模式、基于储能主电源的孤网运行模式和系统失电状模式;所述控制方法基于PCS VSG运行的过渡状态实现风储系统与配网间并网和孤网运行模式间的平滑切换。
风储系统由并网转孤网运行切换方法包括:
步骤2.1、通过对储能PCS的直接有功控制使得公共并网点处联络功率降低;
步骤2.2、储能PCS状态转换为VSG模式;
步骤2.3、进行切机,使风储系统由并网转孤网运行。
步骤2.3所述进行切机的条件包括:
制定风机功率波动约束条件,当功率波动值ΔPwind-all不满足下式时进行风机切除操作:
式中:ΔPwind-all表示风机运行总波动有功功率;和分别表示风机k和(k-1)时刻运行总有功功率;Pwind-dev表示风机运行波动有功功率限值;
切换时需要校核功率Ppcs-limit满足下式;若不满足,则切除低优先级负荷;
Ppcc-all+Ppcs-all<Ppcs-limit
式中:Ppcc-all和Ppcs-all分别表示公共并网点和储能的运行总有功功率;
Ppcs-limit=N*Ppcs-nom*α,N表示储能PCS运行数量,Ppcs-nom为单台储能PCS额定容量,α为储能PCS安全运行系数,0≤α≤1。
风储系统由孤网转配网运行切换方法包括:风储系统转并网运行模式切换控制过程中,根据风机功率波动约束条件判断是否进行风机切除操作;同时,在切换过程中,储能PCS在VSG模式运行时,重新计算储能PCS目标功率;所述重新计算储能PCS目标功率方法是,将储能PCS的总有功乘以系数k,0.5≤k≤1;通过均分算法下发至每台储能PCS,将剩余(1-k)部分的功率转换为公共并网点的联络功率;先控制公共并网点开关闭合,然后控制储能PCS转为PQ运行模式;储能PCS全部转为PQ模式后则标志风储系统由孤网转配网运行控制结束。
本发明有益效果:
本发明制定风储协同控制方法,最大化风电并网的协作效益,促进风电并网消纳;本发明实现平衡新能源和负荷的差额部分,承担系统主要负荷的为新能源(风力发电机),从而实现新能源的持续经济发电目标,实现新能源(风力发电机)的最大化利用。本发明使风储系统运行稳定,实现并网和孤网运行模式间的平滑无缝切换;现有技术针对分布式风储系统与配电网间的协同运行控制没有给出分布式风储系统与配电网间多模式协调运行;缺少分布式系统与配电网间运行模式平滑切换的研究等技术问题。
附图说明:
图1为具体实施方式多模型协调运行控制结构示意图;
图2为典型具体实施方式分布式风储系统示意图;
图3为具体实施方式测试算例并网转孤网结果示意图;
图4为具体实施方式孤网转并网结果示意图。
具体实施方式
一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,它包括:接入配电网并网运行模式、基于储能主电源的孤网运行模式和系统失电状模式;所述控制方法基于PCS VSG运行的过渡状态实现风储系统与配网间并网和孤网运行模式间的平滑切换。
风储系统由并网转孤网运行切换方法包括:
步骤2.1、通过对储能PCS的直接有功控制使得公共并网点处联络功率降低;
步骤2.2、储能PCS状态转换为VSG模式;
步骤2.3、进行切机,使风储系统由并网转孤网运行。
步骤2.3所述进行切机的条件包括:
制定风机功率波动约束条件,当功率波动值ΔPwind-all不满足下式时进行风机切除操作:
式中:ΔPwind-all表示风机运行总波动有功功率;和分别表示风机k和(k-1)时刻运行总有功功率;Pwind-dev表示风机运行波动有功功率限值;
切换时需要校核功率Ppcs-limit满足下式;若不满足,则切除低优先级负荷;
Ppcc-all+Ppcs-all<Ppcs-limit
式中:Ppcc-all和Ppcs-all分别表示公共并网点和储能的运行总有功功率;
Ppcs-limit=N*Ppcs-nom*α,N表示储能PCS运行数量,Ppcs-nom为单台储能PCS额定容量,α为储能PCS安全运行系数,0≤α≤1。
风储系统由孤网转配网运行切换方法包括:风储系统转并网运行模式切换控制过程中,根据风机功率波动约束条件判断是否进行风机切除操作;同时,在切换过程中,储能PCS在VSG模式运行时,重新计算储能PCS目标功率;所述重新计算储能PCS目标功率方法是,将储能PCS的总有功乘以系数k,0.5≤k≤1;通过均分算法下发至每台储能PCS,将剩余(1-k)部分的功率转换为公共并网点的联络功率;先控制公共并网点开关闭合,然后控制储能PCS转为PQ运行模式;储能PCS全部转为PQ模式后则标志风储系统由孤网转配网运行控制结束。
下面结合附图对本发明专利作进一步的说明。
参照图1到图4所示,本实施设计的分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,前提条件条件如下:
1、风力发电机有功和无功不可控,不具有电压频率自调节功能。只能按照风机本身的特性输出功率,无功率调节功能,仅支持启停控制。
2、储能变流器支持恒压恒频恒功率(PQ)控制和虚拟同步发电机(VSG)控制2种模式,具备运行方式和功率调节的控制接口。
3、储能既可以作为为主电源以VSG方式运行,也可以PQ方式运行。风储的稳定运行方式有两种:一种是接入配电网的协同交互运行,另一种是基于储能主电源的孤网运行。
分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法:
S1接入配电网并网运行模式
S2基于储能主电源的孤网运行模式
S3系统失电状模式
S4根据实际运行情况,实现风储系统与配网间并网和孤网(离网)运行模式间的平滑切换,也就是三种模式互相切换,可以实现步骤S1、S2、S3其中一个步骤转入另外两个步骤的其中一个。
优选地,所述步骤S1包含:
储能运行于PQ模式,协调控制储能和风机,实现分布式系统与配电网间的优化调度,并且在接入点系统电压异常时自动启动储能调压功能,辅助调压,提高系统供电质量。
优选地,所述步骤S2包含:
先分布式系统解列,进一步的储能作为平衡节点电源,根据优化目标协调控制风机,同时调节储能电池荷电状态(state of charge,SOC)。
其中,在储能主电源经济运行模式储能主要基于下垂功能自动调节频率电压波动,承担系统主要负荷的为新能源(风力发电机)。
储能主电源经济运行策略以储能SOC为约束条件实现新能源(风力发电机)的最大化利用。储能主电源经济运行控制过程中,SOC过大且储能处于充电状态和储能充电功率过大两种情况下,控制风机减小出力实现。SOC过小且储能处于放电状态和储能放电功率过大两种情况下,以及正常状态下,可控制风机增加出力。
其中,储能主电源模式下风机的启停控制,采用基于风功率预测和新能源实时渗透率的风机启停控制方法。
储能主电源模式下风机的启动条件如下式:
储能主电源运行时,备用容量计算公式如下式
其中,Pwindsta风机额定有功功率,Qwindsta风机额定无功功率Pcap表示储能的有功备用容量;Qcap表示储能的无功备用容量;Pbat表示储能总有功;Qbat表示储能总无功;BatRnum表示储能运行数量;Pclimit表示单台储能PCS充电功率限值;Pdlimit表示单台储能PCS放电功率限值;BatCoeff表示风机启动后对应储能有功变化占储能可充电功率的百分比;Pcoeff2表示储能主电源运行时有功备用容量系数;Qcoeff2表示储能主电源运行时无功备用容量系数。
进一步的,风机启动过程中进行判断。判断实时预测的风机功率Ppredict是否大于(Pbat+Pclimit*BatRnum),如大于则控此启动过程中的风机停机。
对于风机的停机控制存在两种情况,一种是需要减小风机出力,此时可直接停止1台当前出力最小的风机;另一种是正常运行时风机超出稳定运行边界的停机控制,此时采用基于新能源实时渗透率的停机控制方法,同时计及风机停机时原有输出功率的转移备用,具体判定条件如下式
其中,ηbat表示储能主电源运行模式下实时渗透率允许限值;Pwind[k]表示风机k的有功功率。
优选地,所述步骤S3包含:
智能协同运行控制策略根据检测的实时信息,并获取保护系统故障信息,综合应用功能投入和主电源使能,则自动判断是否进入黑启动控制策略。
优选地,所述步骤S4包含:
步骤S1转入S2,即并网转孤网运行模式切换,具体如下详解。
首先,通过对储能PCS的直接有功控制使得公共并网点处联络功率降低
进一步的,储能PCS状态转换VSG。
进一步的,进行切机。
制定风机功率波动约束条件,当功率波动值ΔPwind-all不满足下式时进行风机切除操作。
其中,ΔPwind-all表示风机运行总波动有功功率;和分别表示风机k和(k-1)时刻运行总有功功率;Pwind-dev表示风机运行波动有功功率限值。
切换时需要校核功率Ppcs-limit满足下式;若不满足,则切除部分低优先级负荷。
Ppcc-all+Ppcs-all<Ppcs-limit
其中,Ppcc-all和Ppcs-all分别表示公共并网点(简称PCC)和储能的运行总有功功率;Ppcs-limit=N*Ppcs-nom*α,N表示储能PCS运行数量,Ppcs-nom为单台储能PCS额定容量,α为储能PCS安全运行系数,0≤α≤1
即并网转孤网运行模式切换,如图3所示
步骤S2转入S1,孤网转并网运行模式切换,具体如下详解。
储能转并网运行模式切换控制过程中,根据风机功率波动约束条件判断是否进行风机切除操作。同时,在切换过程中,储能PCSVSG运行时,重新计算储能PCS目标功率。
其中,计算储能PCS目标功率方法是,将储能PCS的总有功乘以k(0.5≤k≤1)
通过均分算法下发至每台储能PCS,将剩余(1-k)部分的功率转换为公共并网点的联络功率。
进一步的,先控制公共并网点开关闭合,然后控制储能PCS转为PQ运行模式。储能PCS全部转为PQ模式后则标志储能转柴发主电源切换控制结束。孤网转并网运行模式切换如图4所示
步骤S3转入S1具体是当黑启动功能投入且配电网无故障时自动进入并网黑启动模式;
步骤S3转入S1具体是当黑启动功能投入且配电网故障时,则自动进入基于储能主电源黑启动模式;
步骤S1转入S3具体是当系统因故障或者人工停电时,系统由接入配电网并网运行转为系统失电状态;
步骤S2转入S3具体是当系统因故障或者人工停电时,系统由储能主电源孤网运行转为系统失电状态。
Claims (4)
1.一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,它包括三种模式,分别为接入配电网并网运行模式、基于储能主电源的孤网运行模式和系统失电状模式;其特征在于:所述控制方法基于PCS VSG运行的过渡状态实现风储系统与配网间并网和孤网运行模式间的平滑切换。
2.根据权利要求1所述的一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,其特征在于:风储系统由并网转孤网运行切换方法包括:
步骤2.1、通过对储能PCS的直接有功控制使得公共并网点处联络功率降低;
步骤2.2、储能PCS状态转换为VSG模式;
步骤2.3、进行切机,使风储系统由并网转孤网运行。
3.根据权利要求2所述的一种一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,其特征在于:步骤2.3所述进行切机的条件包括:
制定风机功率波动约束条件,当功率波动值ΔPwind-all不满足下式时进行风机切除操作:
式中:ΔPwind-all表示风机运行总波动有功功率;和分别表示风机k和(k-1)时刻运行总有功功率;Pwind-dev表示风机运行波动有功功率限值;
切换时需要校核功率Ppcs-limit满足下式;若不满足,则切除低优先级负荷;
Ppcc-all+Ppcs-all<Ppcs-limit
式中:Ppcc-all和Ppcs-all分别表示公共并网点和储能的运行总有功功率;
Ppcs-limit=N*Ppcs-nom*α,N表示储能PCS运行数量,Ppcs-nom为单台储能PCS额定容量,α为储能PCS安全运行系数,0≤α≤1。
4.根据权利要求1所述的一种分布式风储系统与配电网间的协同运行控制方法,其特征在于:风储系统由孤网转配网运行切换方法包括:风储系统转并网运行模式切换控制过程中,根据风机功率波动约束条件判断是否进行风机切除操作;同时,在切换过程中,储能PCS在VSG模式运行时,重新计算储能PCS目标功率;所述重新计算储能PCS目标功率方法是,将储能PCS的总有功乘以系数k,0.5≤k≤1;通过均分算法下发至每台储能PCS,将剩余(1-k)部分的功率转换为公共并网点的联络功率;先控制公共并网点开关闭合,然后控制储能PCS转为PQ运行模式;储能PCS全部转为PQ模式后则标志风储系统由孤网转配网运行控制结束。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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