一种低压配电台区储能装置及控制方法
技术领域
本申请涉及低压台区调节技术领域,尤其涉及一种低压配电台区储能装置及控制方法。
背景技术
低压配电台区电能质量问题对居民正常生产和生活产生直接影响,是当前居民用电投诉的重点。造成台区电能质量问题主要原因是负荷增长带来的台区供电线路压降过大、配变重载或超载等。传统解决措施有新建台区、增大低压线径、配变增容、无功补偿等,其中以新建台区居多。新建台区方式项目实施周期长,且在台区负荷波动较大、负荷增长缓慢的情况下,易造成电力资产利用率低、电网投资效益低等问题。
储能技术作为一种新兴的技术手段,在延缓配电设备扩容升级、提供无功支撑和改善电能质量方面具备潜在的应用价值。国内外已对储能装置在配电网中的应用进行了广泛的研究。
目前研究成果均局限于探讨储能装置对于改善配网电能质量、延缓配电设施扩容升级的方面的定性分析,未能充分考虑低压配电台区运行特性的差异性,尤其是配电台区低压接入的储能装置不能自适应台区运行工况进行主动调节控制。
发明内容
本申请实施例提供了一种低压配电台区储能装置及控制方法,使得配电台区低压接入的储能装置能够自适应台区运行工况,进行主动调节控制。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种低压配电台区储能装置,包括:
储能电池、BMS、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、DC/AC变换器和本地智能监控系统;
所述第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器和所述DC/AC变换器构成双极变流器拓扑结构;
所述储能电池分别与所述第一DC/DC变换器和所述BMS连接;
所述第二DC/DC变换器连接有光伏接口;
所述DC/AC变换器与电网系统的低压负荷并网;
所述本地智能监控系统分别与所述第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器、所述DC/AC变换器和所述BMS通信连接;
所述本地智能监控系统还用于采集所述电网系统的三相电压和三相电流以及根据远程平台的控制指令控制所述第一DC/DC变换器与所述第二DC/DC变换器之间的第一开关,所述第一DC/DC变换器与所述DC/AC变换器之间的第二开关,所述DC/AC变换器与所述电网系统的低压负荷之间的第三开关。
可选地,所述第一DC/DC变换器的第一端与所述储能电池连接;
所述第一DC/DC变换器的第二端通过所述第二开关与所述DC/AC变换器连接;
所述第一DC/DC变换器的通信端与所述本地智能监控系统通信连接。
可选地,所述第二DC/DC变换器的第一端连接有所述光伏接口;
所述第二DC/DC变换器的第二端依次通过所述第一开关和所述第二开关与所述DC/AC变换器连接;
所述第二DC/DC变换器的通信端与所述本地智能监控系统通信连接。
可选地,所述双极变流器拓扑结构包括DC/DC部分和DC/AC部分;
所述DC/DC部分包括两个并联的所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器;
所述DC/AC部分包括所述DC/AC变换器。
可选地,所述第一DC/DC变换器为第一DC/DC变换电路;
所述第二DC/DC变换器为第二DC/DC变换电路;
所述DC/AC变换器为采用三相全桥拓扑结构的DC/AC变换电路。
本申请第二方面提供一种低压配电台区储能装置的控制方法,所述方法包括:
获取第二DC/DC变换器的第一端接收的光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC,电网系统的三相电压Ui和电网系统的三相电流Ii;
若根据所述光伏输入电压UPV,所述储能电池荷电状态SOC,所述三相电压Ui和所述三相电流Ii确定存在三相不平衡,则根据预置第一下垂函数计算得到储能电池输出需求值;
根据所述储能电池输出需求值的正负确定储能电池需要充电还是需要放电;
若所述储能电池需要充电,则当所述储能电池荷电状态SOC小于预设最大可充电荷电状态SOCmax时,对所述储能电池充电直至达到预设不平衡截止判据;
若所述储能电池需要放电,则当所述储能电池荷电状态SOC大于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,对所述储能电池放电直至达到预设不平衡截止判据,否则利用所述光伏输入电压UPV对所述储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据。
可选地,所述方法还包括:
若根据所述光伏输入电压UPV,所述储能电池荷电状态SOC,所述三相电压Ui和所述三相电流Ii确定不存在三相不平衡,则确定所述光伏输入电压UPV为大于0还是等于0;
若所述光伏输入电压大于0,则当所述储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2时,利用所述光伏输入电压UPV对所述储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;
若所述光伏输入电压等于0,则当所述储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2时,利用所述电网系统的三相电压Ui对所述储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据,当所述储能电池荷电状态SOC大于待放电荷电状态SOC1时,利用所述储能电池向所述电网系统放电直至达到预设SOC放电截止判据。
本申请第三方面提供一种低压配电台区储能装置的控制方法,所述方法包括:
获取第二DC/DC变换器的第一端接收的光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC和电网系统的三相电压Ui;
若根据所述光伏输入电压UPV,所述储能电池荷电状态SOC和所述三相电压Ui确定存在低电压,则根据预置第二下垂函数计算得到电网系统无功功率需求值;
若所述光伏输入电压大于0,则当光伏最大无功功率大于所述电网系统无功功率需求值,且所述储能电池荷电状态SOC大于待充电荷电状态SOC2时,利用所述光伏输入电压UPV使得光伏输出无功功率与所述电网系统无功功率需求值相同;当光伏最大无功功率大于所述电网系统无功功率需求值,但所述储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2时,利用所述光伏输入电压UPV使得光伏输出无功功率与所述电网系统无功功率需求值相同后,利用所述光伏输入电压UPV对所述储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;
若所述光伏输入电压大于0,则当光伏最大无功功率小于所述电网系统无功功率需求值,且所述储能电池荷电状态SOC大于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,利用所述光伏输入电压UPV和所述储能电池使得光伏输出无功功率和储能电池输出无功功率与所述电网系统无功功率需求值相同;当光伏最大无功功率小于所述电网系统无功功率需求值,且所述储能电池荷电状态SOC小于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,利用所述光伏输入电压UPV使得光伏输出无功功率与所述电网系统无功功率需求值相同。
可选地,还包括:
若所述光伏输入电压等于0,当所述储能电池荷电状态SOC大于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,利用所述储能电池向所述电网系统提供所述电网系统无功功率需求值。
可选地,还包括:
若根据所述光伏输入电压UPV,所述储能电池荷电状态SOC和所述三相电压Ui确定不存在低电压,则当所述储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2,且所述光伏输入电压大于0时,利用所述光伏输入电压UPV对所述储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;当所述储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2,但所述光伏输入电压等于0时,利用所述电网系统向所述储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
本申请实施例中,提供了一种低压配电台区储能装置,通过本地智能监控系统接收远程平台发送的控制指令,控制第一开关、第二开关和第三开关的闭合,从而使得电网系统、储能电池和光伏系统之间达到平衡,实现三者之间的电能调控和分配,实现了配电台区低压接入的储能装置能够自适应台区运行工况,进行主动调节控制。
附图说明
图1为本申请实施例中一种低压配电台区储能装置的结构示意图;
图2为本申请实施例中一种低压配电台区储能装置的电路结构图;
图3为本申请实施例中一种低压配电台区储能装置的控制方法的一个实施例的流程示意图;
图4为本申请实施例中一种低压配电台区储能装置的控制方法的另一个实施例的流程示意图;
其中,附图标记为:
1、本地智能监控系统;2、储能电池;3、BMS;4、第一DC/DC变换器;5、第二DC/DC变换器;6、DC/AC变换器;7、远程平台。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种低压配电台区储能装置及控制方法,使得配电台区低压接入的储能装置能够自适应台区运行工况,进行主动调节控制。
为了便于理解,请参阅图1和图2,本申请实施例提供了一种低压配电台区储能装置的一个实施例,包括:
储能电池2、BMS3、第一DC/DC变换器4、第二DC/DC变换器5、DC/AC变换器6和本地智能监控系统1;
第一DC/DC变换器4、第二DC/DC变换器5和DC/AC变换器6构成双极变流器拓扑结构;
储能电池2分别与第一DC/DC变换器4和BMS3连接;
第二DC/DC变换器5连接有光伏接口;
DC/AC变换器6与电网系统的低压负荷并网;
本地智能监控系统1分别与第一DC/DC变换器4、第二DC/DC变换器5、DC/AC变换器6和BMS3通信连接;
本地智能监控系统1还用于采集电网系统的三相电压和三相电流以及根据远程平台的控制指令控制第一DC/DC变换器4与第二DC/DC变换器5之间的第一开关,第一DC/DC变换器4与DC/AC变换器6之间的第二开关,DC/AC变换器6与电网系统的低压负荷之间的第三开关;
需要说明的是,本地智能监控系统1集监测与控制功能于一体,实现统一的调配管理。本地智能监控系统1还可具备人机交互界面,可实现对双极变流器拓扑结构和BMS等的参数阈值修改和自定义,同时支持接收远程平台发送的控制指令,并根据控制指令对第一DC/DC变换器4与第二DC/DC变换器5之间的第一开关,第一DC/DC变换器4与DC/AC变换器6之间的第二开关,DC/AC变换器6与电网系统的低压负荷之间的第三开关进行开合和关断的控制。
本地智能监控系统1的功能可包括:
1、恒电流/恒功率充放电:通过预设充放电电流/功率,达到充放电截止条件时或接收到停止指令时停止充放电;
2、定时恒功率红坊店:通过预设充放电电流/功率和充放电时间,进行固定时间的有功无功充放电控制,达到充放电截止条件或定时时间结束时停止充放电;
3、并离网切换:通过检测到DC/AC变换器6与电网系统的低压负荷之间失电,从而控制断开第三开关,进入离网装填,并将并离网标志位清零,发送信息至远程平台7;当电网系统来电时,远程平台7下发并网指令,第一DC/DC变换器4锁相,并闭合第三开关,进入并网状态,并离网标志位置位,发送信息至远程平台7。本申请实施例中,第三开关采用机械开关,本装置在20ms以内完成并离网切换;
4、三相不平衡分相控制:低压配电台区三相不平衡主要分为正常性不平衡和事故性不平衡,正常性不平衡是由于三相负荷不对称运行造成实际中由于不能严格控制负荷需求使三相不平衡普遍存在;事故性不平衡是由于单相短路或单相接地等原因造成的。检测并采样电网系统的三相电流和三相电压,通过零点电流或相电流分析是否处于三相不平衡状态,同时计算达到三相平衡状态时各相所需转换的电流值,将驱动信号发送给底层IGBT进行驱动,从而达到三相负载电流平衡;
5、无功补偿提高功率因数:检测电网系统的低压负荷的有功功率、无功功率及功率因数,计算提高功率因数所需的无功分量,根据计算得到的无功分量需求值控制双极变流器拓扑结构发出或吸收无功功率,若低压负荷为容性负荷则吸收无功功率,若低压负荷为感性负荷则发出无功功率,从而提高电网系统的功率因数;
6、提升配电台区电压:检测并采样DC/AC变换器6与电网系统的低压负荷之间并网点电压,并判断并网点电压是否超过预设值,当并网点电压高于调压高限值时,控制双极变流器拓扑结构吸收无功功率,降低配电台区电压,当并网点电压低于调压低限值时,控制双极变流器拓扑结构发出无功功率,提升配电台区电压,最终使得各相电压稳定在正常范围内。
进一步地,第一DC/DC变换器4的第一端与储能电池2连接;
第一DC/DC变换器4的第二端通过第二开关与DC/AC变换器6连接;
第一DC/DC变换器4的通信端与本地智能监控系统1通信连接。
进一步地,第二DC/DC变换器5的第一端连接有光伏接口;
第二DC/DC变换器5的第二端依次通过第一开关和第二开关与DC/AC变换器6连接;
第二DC/DC变换器5的通信端与本地智能监控系统1通信连接。
进一步地,双极变流器拓扑结构包括DC/DC部分和DC/AC部分;
DC/DC部分包括两个并联的第一DC/DC变换器4和第二DC/DC变换器5;
DC/AC部分包括DC/AC变换器6。
进一步地,第一DC/DC变换器4为第一DC/DC变换电路;
第二DC/DC变换器5为第二DC/DC变换电路;
DC/AC变换器6为采用三相全桥拓扑结构的DC/AC变换电路。
本申请实施例中,提供了一种低压配电台区储能装置,通过本地智能监控系统接收远程平台发送的控制指令,控制第一开关、第二开关和第三开关的闭合,从而使得电网系统、储能电池和光伏系统之间达到平衡,实现三者之间的电能调控和分配,实现了配电台区低压接入的储能装置能够自适应台区运行工况,进行主动调节控制。
请参阅图3,基于上述低压配电台区储能装置,本申请实施例提出了一种低压配电台区储能装置的控制方法的一个实施例,包括:
获取第二DC/DC变换器的第一端接收的光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC,电网系统的三相电压Ui和电网系统的三相电流Ii;
若根据光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC,三相电压Ui和三相电流Ii确定存在三相不平衡,则根据预置第一下垂函数计算得到储能电池输出需求值;
根据储能电池输出需求值的正负确定储能电池需要充电还是需要放电;
若储能电池需要充电,则当储能电池荷电状态SOC小于预设最大可充电荷电状态SOCmax时,对储能电池充电直至达到预设不平衡截止判据;
若储能电池需要放电,则当储能电池荷电状态SOC大于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,对储能电池放电直至达到预设不平衡截止判据,否则利用光伏输入电压UPV对储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;
需要说明的是,本申请实施例中,储能电池输出需求值通过预置第一下垂函数计算得到,预置第一下垂函数具体为:P=K*Max(相电流-三相平均电流)/三相平均电流,其中,Max(相电流-三相平均电流)/三相平均电流为三相不平衡度,K为调节系数;
储能电池输出需求值中,正值代表放电,负值代表充电;
预设最大可充电荷电状态SOCmax、预设最小可放电荷电状态SOCmin和预设SOC充电截止判据由储能电池特性决定;
预设不平衡截止判据由低压配电台区三相不平衡特点决定,即Max(相电流-三相平均电流)/三相平均电流<不平衡截止阈值。
进一步地,方法还包括:
若根据光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC,三相电压Ui和三相电流Ii确定不存在三相不平衡,则确定光伏输入电压UPV为大于0还是等于0;
若光伏输入电压大于0,则当储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2时,利用光伏输入电压UPV对储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;
若光伏输入电压等于0,则当储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2时,利用电网系统的三相电压Ui对储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据,当储能电池荷电状态SOC大于待放电荷电状态SOC1时,利用储能电池向电网系统放电直至达到预设SOC放电截止判据。
需要说明的是,本申请实施例中,待放电荷电状态SOC1和待充电荷电状态SOC2由低压配电台区三相不平衡特点决定;
预设SOC放电截止判据由储能电池特性决定。
请参阅图4,基于上述低压配电台区储能装置,本申请实施例提出了一种低压配电台区储能装置的控制方法的另一个实施例,包括:
获取第二DC/DC变换器的第一端接收的光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC和电网系统的三相电压Ui;
若根据光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC和三相电压Ui确定存在低电压,则根据预置第二下垂函数计算得到电网系统无功功率需求值;
若光伏输入电压大于0,则当光伏最大无功功率大于电网系统无功功率需求值,且储能电池荷电状态SOC大于待充电荷电状态SOC2时,利用光伏输入电压UPV使得光伏输出无功功率与电网系统无功功率需求值相同;当光伏最大无功功率大于电网系统无功功率需求值,但储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2时,利用光伏输入电压UPV使得光伏输出无功功率与电网系统无功功率需求值相同后,利用光伏输入电压UPV对储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;
若光伏输入电压大于0,则当光伏最大无功功率小于电网系统无功功率需求值,且储能电池荷电状态SOC大于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,利用光伏输入电压UPV和储能电池使得光伏输出无功功率和储能电池输出无功功率与电网系统无功功率需求值相同;当光伏最大无功功率小于电网系统无功功率需求值,且储能电池荷电状态SOC小于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,利用光伏输入电压UPV使得光伏输出无功功率与电网系统无功功率需求值相同;
需要说明的是,本申请实施例中,电网系统无功功率需求值通过预置第二下垂函数计算得到,预置第二下垂函数具体为:Q=K*(额定电压-实际电压),其中,K为调节系数;
预设最小可放电荷电状态SOCmin和预设SOC充电截止判据由储能电池特性决定;
待充电荷电状态SOC2由低压配电台区低电压特点决定。
进一步地,还包括:
若光伏输入电压等于0,当储能电池荷电状态SOC大于预设最小可放电荷电状态SOCmin时,利用储能电池向电网系统提供电网系统无功功率需求值。
进一步地,还包括:
若根据光伏输入电压UPV,储能电池荷电状态SOC和三相电压Ui确定不存在低电压,则当储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2,且光伏输入电压大于0时,利用光伏输入电压UPV对储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据;当储能电池荷电状态SOC小于待充电荷电状态SOC2,但光伏输入电压等于0时,利用电网系统向储能电池充电直至达到预设SOC充电截止判据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称:Read-OnlyMemory,英文缩写:ROM)、随机存取存储器(英文全称:Random Access Memory,英文缩写:RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。