CN109347117B - 一种配电网储能双向变流器无功调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种配电网储能双向变流器无功调节方法，属于配电网电压控制技术领域，该方法包括：根据配变低压侧当前电压是否在紧急电压上下限之外确定执行含无功放大系数的紧急无功调节；根据当前电压是否在普通电压上限和电压控制闭锁上限之间或是否在普通电压下限和电压控制闭锁下限之间确定执行不含放大系数的无功调节；根据配变低压侧当前功率因数是否大于限值及配变低压侧无功方向和储能双向变流器无功方向确定执行按无功回调步长进行无功调节；根据储能双向变流器无功容量修正无功设定值。本发明在电压合格基础上保证功率因数不越限，有利于减少网损，提高了配电网运行的安全性和经济性。

Description

一种配电网储能双向变流器无功调节方法

技术领域

本发明属于配电网电压控制技术领域，特别涉及一种配电网储能双向变流器无功调节方法。

背景技术

分布式光伏接入配电网后，使传统的配电网由单电源辐射型网络向双电源、多电源复杂拓扑网络结构转变，给配电网带来一系列的影响，如节点电压越限问题，已成为制约分布式光伏广泛应用的严重障碍。储能电池作为一种储能装置应用广泛，必要时让其参与配电网电压调节的目的是可以考虑的。如公开号“CN 106786610A”、“CN 106130051A”、“CN108599215A”等专利各自提供了一种基于储能电池的有功功率进行配电网电压调控的方法。

通常储能电池通过双向变流器与电力系统相连，储能双向变流器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对储能电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。由于储能双向变流器有功、无功可以解耦控制和运行，利用储能双向变流器无功调节能力也可以进行电压控制，如公开号“CN 104467031A”和“CN105515012B”专利各自提供了一种储能参与电力系统电压控制方法，应用于集中式储能电站的电压控制，但是现有的方法没有对功率因数越限进行处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种配电网储能双向变流器无功调节方法。本发明方法实现了利用储能双向变流器无功调节能力对配电网配变低压侧电压、功率因数两个目标的综合控制，在电压合格基础上保证功率因数不越限，有利于减少网损，提高了配电网运行的安全性和经济性。

本发明提出的一种配电网储能双向变流器无功调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)储能双向变流器无功调节最大容量记为Q_capacity，无功回调步长记为Q_step，储能双向变流器无功调节对配电网配变低压侧电压的灵敏度记为S_poc，配变低压侧电压紧急控制灵敏度放大系数记为R；配变低压侧功率因数限值记为COS_limit；配变低压侧电压紧急上下限记为U_{up_urgentlimit}和U_{down_urgentlimit}，电压普通上下限记为U_{up_commonlimit}和U_{down_commonlimit}，电压控制闭锁上下限记为U_{up_locklimit}和U_{down_locklimit}，且满足：

U_{down_urgentlimit}<U_{down_commonlimit}<U_{down_locklimit}<U_{up_locklimit}<U_{up_commonlimit}<U_{up_urgentlimit}

2)在调节周期到来时，采集配变低压侧当前无功值记为Q_cur、当前电压记为U_cur、当前功率因数记为COS_cur、储能双向变流器当前无功值记为Q_{pcs_cur}；约定无功方向为当配变低压侧无功大于0时表示配变低压侧从高压侧吸收无功，配变低压侧无功小于0时表示配变低压侧向高压侧发送无功，储能双向变流器无功大于0时表示储能双向变流器向配变低压侧发送无功，储能双向变流器无功小于0时表示储能双向变流器从配变低压侧吸收无功；

3)若U_{down_locklimit}<U_cur<U_{up_locklimit}，即配变低压侧电压在电压控制闭锁上下限之间，表明电压合格且留有无功回调余地，则转步骤5)，进行功率因数越限检验和调节；

若U_{up_locklimit}≤U_cur<U_{up_commonlimit}，或U_{down_commonlimit}<U_cur≤U_{down_locklimit}，表明配变低压侧电压虽然合格但进入无功调节闭锁范围，不进行功率因数越限检验和调节，转步骤7)；

其他转步骤4)，表明电压已不合格，需进行电压越限调节；

4)储能双向变流器执行电压越限无功调节：

4-1)若U_cur≥U_{up_urgentlimit}，即配变低压侧电压高于电压紧急上限值，需要紧急降无功，则无功下调量为：

Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})*R/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}，转步骤6)；

4-2)若U_cur≤U_{down_urgentlimit}，即配变低压侧电压低于电压紧急下限值，需要紧急升无功，则无功上调量为：

Q_{pcs_up}＝(U_{down_locklimit}-U_cur)*R/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_{pcs_up}，转步骤6)；

4-3)若U_{up_urgentlimit}＞U_cur≥U_{up_commonlimit}，即配变低压侧电压高于电压普通上限值，需要降无功，则无功下调量为：

Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}，转步骤6)；

4-4)若U_{down_urgentlimit}＜U_cur≤U_{down_commonlimit}，即配变低压侧电压低于电压普通下限值，需要升无功，则无功上调量为：

Q_{pcs_up}＝(U_{down_locklimit}-U_cur)/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_{pcs_up}，转步骤6)；

5)储能双向变流器执行功率因数越限检验和调节，若COS_cur≥COS_limit，即配变低压侧功率因数合格，转步骤7)；

否则表明功率因数不合格，需进行无功回调：

5-1)若Q_{pcs_cur}＜0且Q_cur＞0，表示配变低压侧从电网 吸收无功且储能双向变流器从配变低压侧吸收无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器减少从配变低压侧吸收无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step，转步骤6)；

5-2)若Q_{pcs_cur}＞0且Q_cur＜0，表示配变低压侧向电网 发送无功且储能双向变流器向配变低压侧发送无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器减少向配变低压侧发送无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_step，转步骤6)；

5-3)若Q_{pcs_cur}＞0且Q_cur＞0，表示配变低压侧从电网 吸收无功且储能双向变流器向配变低压侧发送无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器增加向配变低压侧发送无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step，转步骤6)；

5-4)若Q_{pcs_cur}＜0且Q_cur＜0，表示配变低压侧向电网 发送无功且储能双向变流器从配变低压侧吸收无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器减少从配变低压侧吸收无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_step，转步骤6)；

6)根据储能双向变流器无功容量修正无功设定值并输出，转步骤7)；

若Q_{pcs_set}＞Q_capacity，则Q_{pcs_set}＝Q_capacity；

若Q_{pcs_set}＜-Q_capacity，则Q_{pcs_set}＝-Q_capacity；

7)等待下一个调节周期，返回步骤2)。

本发明方法的特点及优点是：

本发明首先判断配电网配变低压侧电压是否在要求的上下限范围之内，如果在上下限范围之外则调节无功输出、优先保证电压合格，且如果在紧急上下限范围之外则放大无功调节量、尽快实现电压合格；如果在上下限范围之内则保证功率因数比限值大。

本发明方法实现了利用储能双向变流器无功调节能力对配电网台区低压侧电压、功率因数两个目标的综合控制，在电压合格基础上尽可能抬高功率因数，有利于减少网损，提高了配电网运行的安全性和经济性。

具体实施方式

本发明提出一种配电网储能双向变流器无功调节方法，下面结合具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出一种配电网储能双向变流器无功调节方法，该方法包括以下步骤：

1)储能双向变流器无功调节最大容量记为Q_capacity，无功回调步长记为Q_step，储能双向变流器无功调节对配电网配变低压侧电压的灵敏度记为S_poc，配变低压侧电压紧急控制灵敏度放大系数记为R；配变低压侧功率因数限值记为COS_limit；配变低压侧电压紧急上下限分别记为U_{up_urgentlimit}和U_{down_urgentlimit}，电压普通上下限分别记为U_{up_commonlimit}和U_{down_commonlimit}，电压控制闭锁上下限分别记为U_{up_locklimit}和U_{down_locklimit}，且满足：

U_{down_urgentlimit}<U_{down_commonlimit}<U_{down_locklimit}<U_{up_locklimit}<U_{up_commonlimit}<U_{up_urgentlimit}

2)在调节周期到来时，采集配变低压侧当前无功值记为Q_cur、当前电压记为U_cur、当前功率因数记为COS_cur、储能双向变流器当前无功值记为Q_{pcs_cur}；约定无功方向为当配变低压侧无功大于0时表示配变低压侧从高压侧吸收无功，配变低压侧无功小于0时表示配变低压侧向高压侧发送无功，储能双向变流器无功大于0时表示储能双向变流器向配变低压侧发送无功，储能双向变流器无功小于0时表示储能双向变流器从配变低压侧吸收无功；

3)对配变低压侧当前电压U_cur进行判定：

3-1)若U_{down_locklimit}<U_cur<U_{up_locklimit}，即配变低压侧当前电压在电压控制闭锁上下限之间，表明电压合格且留有无功回调余地，则转入步骤5)，进行功率因数越限检验和调节；

3-2)若U_{up_locklimit}≤U_cur<U_{up_commonlimit}，或U_{down_commonlimit}<U_cur≤U_{down_locklimit}，表明配变低压侧当前电压虽然合格但进入无功调节闭锁范围，不进行功率因数越限检验和调节，储能双向变流器无功调节结束，转入步骤7)；

3-3)若以上情况均不满足，表明配变低压侧当前电压已不合格，需进行电压越限调节，则转入步骤4)；

4)储能双向变流器执行电压越限无功调节：

4-1)若U_cur≥U_{up_urgentlimit}，即配变低压侧当前电压高于电压紧急上限值，需要紧急降无功，则无功下调量为：

Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})*R/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}，转入步骤6)；

4-2)若U_cur≤U_{down_urgentlimit}，即配变低压侧当前电压低于电压紧急下限值，需要紧急升无功，则无功上调量为：

Q_{pcs_up}＝(U_{down_locklimit}-U_cur)*R/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_{pcs_up}，转入步骤6)；

4-3)若U_{up_urgentlimit}＞U_cur≥U_{up_commonlimit}，即配变低压侧当前电压高于电压普通上限值，需要降无功，则无功下调量为：

Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}，转入步骤6)；

4-4)若U_{down_urgentlimit}＜U_cur≤U_{down_commonlimit}，即配变低压侧当前电压低于电压普通下限值，需要升无功，则无功上调量为：

Q_{pcs_up}＝(U_{down_locklimit}-U_cur)/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_{pcs_up}，转入步骤6)；

5)储能双向变流器执行功率因数越限检验和调节：若存在COS_cur≥COS_limit，则配变低压侧功率因数合格，储能双向变流器无功调节结束，转入步骤7)；若COS_cur＜COS_limit，则表明配变低压侧功率因数不合格，需进行无功回调，具体方法如下：

5-1)若Q_{pcs_cur}＜0且Q_cur＞0，表示配变低压侧从电网 吸收无功且储能双向变流器从配变低压侧吸收无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器减少从配变低压侧吸收无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step，转入步骤6)；

5-2)若Q_{pcs_cur}＞0且Q_cur＜0，表示配变低压侧向电网 发送无功且储能双向变流器向配变低压侧发送无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器减少向配变低压侧发送无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_step，转入步骤6)；

5-3)若Q_{pcs_cur}＞0且Q_cur＞0，表示配变低压侧从电网 吸收无功且储能双向变流器向配变低压侧发送无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器增加向配变低压侧发送无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step，转入步骤6)；

5-4)若Q_{pcs_cur}＜0且Q_cur＜0，表示配变低压侧向电网 发送无功且储能双向变流器从配变低压侧吸收无功，因此要提高功率因数则需要储能双向变流器减少从配变低压侧吸收无功，即储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_step，转入步骤6)；

6)根据储能双向变流器无功容量修正无功设定值，储能双向变流器无功调节结束；具体方法如下：

若Q_{pcs_set}＞Q_capacity，则Q_{pcs_set}＝Q_capacity；

若Q_{pcs_set}＜-Q_capacity，则Q_{pcs_set}＝-Q_capacity；

7)当下一个调节周期到来时，重新返回返回步骤2)。

本发明方法用下面实际情况作为实施例以验证本发明方法实施效果，该实施例为内部实验。

本实施例的配电网配变低压侧额定电压为380V，配变低压侧接有一个储能双向变流器、无功容量为90kVar，采用了本发明提出的一种配电网储能双向变流器无功调节方法。调节周期为10秒，无功回调步长为10kVar，电压紧急上下限为406.6V和342V，电压普通上下限为402.8V和345.8V，电压控制闭锁上下限为399V和349.6V；储能双向变流器无功调节对配变低压侧电压的灵敏度为0.2V/kVar，配变低压侧电压紧急控制灵敏度放大系数为1.5，功率因数限值为0.9。具体调节过程包括以下步骤：

1-1)(2018年11月12日10时30分16秒，第一个调节周期)采集配变低压侧电压407.2kV、无功2.1kVar、功率因数0.96，储能双向变流器自身的当前无功值为-1.2kVar；

1-2)由于配变低压侧电压407.2kV>电压紧急上限406.6V、需要紧急降无功，则无功下调量为：Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})*R/S_poc＝(407.2-399)*1.5/0.2＝61.5(kVar)；

1-3)储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}＝-1.2-61.5＝-62.7(kVar)；

1-4)储能双向变流器无功设定值-62.7kVar>最小无功调节容量-90kVar，因此，可以输出无功设定值-62.7kVar；

2-1)(2018年11月12日10时30分26秒，第二个调节周期)采集配变低压侧电压395.2kV、无功63.1kVar、功率因数0.82，储能双向变流器自身的当前无功值为-62.4kVar；

2-2)配变低压侧电压395.2kV<电压控制闭锁上限399V，电压合格；但是功率因数0.82<功率因数限值为0.9，升高储能双向变流器自身的无功值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step＝ -62.4+10＝-52.4(kVar)；

2-3)储能双向变流器无功设定值-52.4kVar>最小无功调节容量-90kVar，因此，可以输出无功设定值-52.4kVar；

3-1)(2018年11月12日10时30分36秒，第三个调节周期)采集配变低压侧电压396.9kV、无功53.1kVar、功率因数0.86，储能双向变流器自身的当前无功值为-52.8kVar；

3-2)配变低压侧电压396.9kV<电压控制闭锁上限399V，电压合格；但是功率因数0.86<功率因数限值0.9，升高储能双向变流器自身的无功值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step＝ -52.8+10＝-42.8(kVar)；

3-3)储能双向变流器无功设定值-42.8kVar>最小无功调节容量-90kVar，因此，可以输出无功设定值-42.8kVar；

4-1)(2018年11月12日10时30分46秒，第四个调节周期)采集配变低压侧电压398.7kV、无功43.6kVar、功率因数0.90，储能双向变流器自身的当前无功值为-42.5kVar；

4-2)配变低压侧电压398.7kV<电压控制闭锁上限399V，电压合格；功率因数0.90≥功率因数限值0.9，功率因数合格。维持储能双向变流器无功设定值为上一轮指令 -42.8kVar。

从上述实施例可以看出，采用了本发明提出的一种配电网储能双向变流器无功调节方法，当出现电压紧急越限时一个控制周期就可以将配变低压侧电压控制到合格。然后经过两个周期的无功回调，将功率因数调整为高于0.9的限值要求，每次储能双向变流器无功调节量均≤10kVar的调节步长，电压基本控制在靠近电压闭锁上限值附近运行，既保证了电压合格率，又保证了功率因数平稳过渡，总体调节效果较好。

Claims (1)

1.一种配电网储能双向变流器无功调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)储能双向变流器无功调节最大容量记为Q_capacity，无功回调步长记为Q_step，储能双向变流器无功调节对配电网配变低压侧电压的灵敏度记为S_poc，配变低压侧电压紧急控制灵敏度放大系数记为R；配变低压侧功率因数限值记为COS_limit；配变低压侧电压紧急上下限分别记为U_{up_urgentlimit}和U_{down_urgentlimit}，电压普通上下限分别记为U_{up_commonlimit}和U_{down_commonlimit}，电压控制闭锁上下限分别记为U_{up_locklimit}和U_{down_locklimit}，且满足：

U_{down_urgentlimit}<U_{down_commonlimit}<U_{down_locklimit}<U_{up_locklimit}<U_{up_commonlimit}<U_{up_urgentlimit}

2)在调节周期到来时，采集配变低压侧当前无功值记为Q_cur、当前电压记为U_cur、当前功率因数记为COS_cur、储能双向变流器当前无功值记为Q_{pcs_cur}；约定无功方向为当配变低压侧无功大于0时表示配变低压侧从高压侧吸收无功，配变低压侧无功小于0时表示配变低压侧向高压侧发送无功，储能双向变流器无功大于0时表示储能双向变流器向配变低压侧发送无功，储能双向变流器无功小于0时表示储能双向变流器从配变低压侧吸收无功；

3)对配变低压侧当前电压U_cur进行判定：

3-1)若U_{down_locklimit}<U_cur<U_{up_locklimit}，则转入步骤5)，进行功率因数越限检验和调节；

3-2)若U_{up_locklimit}≤U_cur<U_{up_commonlimit}，或U_{down_commonlimit}<U_cur≤U_{down_locklimit}，则不进行功率因数越限检验和调节，储能双向变流器无功调节结束，转入步骤7)；

3-3)若以上情况均不满足，则转入步骤4)；

4)储能双向变流器执行电压越限无功调节：

4-1)若U_cur≥U_{up_urgentlimit}，则下调无功，无功下调量为：

Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})*R/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}，转入步骤6)；

4-2)若U_cur≤U_{down_urgentlimit}，则上调无功，无功上调量为：

Q_{pcs_up}＝(U_{down_locklimit}-U_cur)*R/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_{pcs_up}，转入步骤6)；

4-3)若U_{up_urgentlimit}＞U_cur≥U_{up_commonlimit}，则下调无功，无功下调量为：

Q_{pcs_down}＝(U_cur-U_{up_locklimit})/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_{pcs_down}，转入步骤6)；

4-4)若U_{down_urgentlimit}＜U_cur≤U_{down_commonlimit}，则上调无功，无功上调量为：

Q_{pcs_up}＝(U_{down_locklimit}-U_cur)/S_poc

储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_{pcs_up}，转入步骤6)；

5)储能双向变流器执行功率因数越限检验和调节：若存在COS_cur≥COS_limit，则配变低压侧功率因数合格，储能双向变流器无功调节结束，转入步骤7)；若COS_cur＜COS_limit，则配变低压侧功率因数不合格，进行无功回调，具体方法如下：

5-1)若Q_{pcs_cur}＜0且Q_cur＞0，则将储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step，转入步骤6)；

5-2)若Q_{pcs_cur}＞0且Q_cur＜0，则将储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_step，转入步骤6)；

5-3)若Q_{pcs_cur}＞0且Q_cur＞0，则将储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}+Q_step，转入步骤6)；

5-4)若Q_{pcs_cur}＜0且Q_cur＜0，则将储能双向变流器无功设定值为Q_{pcs_set}＝Q_{pcs_cur}-Q_step，转入步骤6)；

6)根据储能双向变流器无功容量修正无功设定值，储能双向变流器无功调节结束；具体方法如下：

若Q_{pcs_set}＞Q_capacity，则Q_{pcs_set}＝Q_capacity；

若Q_{pcs_set}＜-Q_capacity，则Q_{pcs_set}＝-Q_capacity；

7)当下一个调节周期到来时，重新返回步骤2)。