CN109449966B - 一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法 - Google Patents

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Abstract

在直流受端电网中，直流系统换相失败会对受端交流电网产生影响，严重时可导致受端电网频率大幅波动，直流换流站母线电压暂降和电压畸变率过大是导致直流换相失败的主要原因。本发明提出了一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，根据直流换流站母线电压来对电池储能电站进行控制：一旦发现系统电压暂降超过设定值则立即控制电池储能电站发出无功，提升换流站母线电压；若换流站母线电压畸变率超过设定值，则电池储能电站立即执行有源滤波控制策略，对谐波进行补偿，降低换流站母线电压畸变率；通过采取上述控制措施减少直流换相失败的发生或缩短直流换相失败后的恢复时间，进而减少直流换相失败对受端电网的影响，提高受端电网安全稳定性。

Description

一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法
技术领域
本发明属于本发明属于智能电网以及能量存储与转换技术领域，具体涉及一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，适用于电池储能电站。
背景技术
在直流受端电网中，直流系统换相失败会对受端交流电网产生一定的影响，严重时可导致受端电网频率大幅波动，直流换流站母线电压暂降和电压畸变率过大是导致直流换相失败的主要原因。直流换相失败后，如果换流站母线电压能快速恢复正常，则直流系统可以从换相失败中恢复过来。
电池储能电站一般执行定功率控制策略，由电网调度部门或自动发电控制系统给电池储能电站下达功率控制指令。从电网调度部门或自动发电控制系统接收到直流换相失败信号或频率越限信号时起，到给电池储能电站下达控制指令，再到电池储能电站完全响应控制指令，整个过程所需时间至少在几秒以上，这对直流系统从换相失败中恢复基本起不到作用。
电池储能逆变器具有四象限控制能力，有功功率和无功功率可以解耦控制；电池储能逆变器本身可以快速响应跟踪控制指令，其完全响应控制指令的周期在几十毫秒之间。因此电池储能电站可以成为电力系统很好的电压、频率控制手段。通过监测直流换流站母线电压，在直流换流站母线电压发生暂降或谐波超标时，通过对电池储能电站的快速控制，来减少直流换流站母线电压暂降程度或谐波含量，从而避免直流换相失败或直流换相失败后能快速恢复。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，通过对电池储能电站的快速控制，来减少直流换流站母线电压暂降程度或谐波含量，从而避免直流换相失败或直流换相失败后能快速恢复。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，包括如下步骤：
(1)实时监测直流换流站换流站母线电压，并将电压值送到电池储能电站控制系统中；
电池储能电站控制系统实时计算电压暂降值及电压畸变率，分析各次谐波含量；
(2)若电压暂降值大于设定阈值则电池储能电站执行无功功率紧急提升策略；
(3)若电压畸变率大于设定阈值则电池储能电站执行有源滤波控制策略；
(4)电池储能电站在执行无功功率紧急提升策略和/或有源滤波控制策略时，若电池储能电站中逆变器电流达到电流允许值上限时，则执行无功优先策略即降低电池储能电站有功功率值；
(5)若换流站母线电压暂降值或电压畸变率仍未回到设定阈值范围之内，则重复(1)、(2)、(3)、(4)的步骤，直到电池储能电站有功功率降至0而电流值达到允许值上限为止；
(6)换流站母线电压恢复正常后，电池储能电站退出无功紧急提升策略或有源滤波策略，恢复母线电压异常前的控制模式及控制指令值。
进一步地，所述一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法所述步骤(1)中监测采集的直流换流站母线电压通过专用网络送至电池储能电站控制系统中，专用网络包括但不限于电力系统稳定控制系统的通讯网络。
进一步地，所述一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法步骤(1)中所述电压暂降值、电压畸变率采用如下计算方法及判据：
①电压暂降值的计算方法为：ΔUΦ＝UΦ-UΦt，其中ΔUΦ为相电压的暂降值，UΦ为相电压当前值、UΦt为t时刻前的相电压值，Φ分别取A、B、C三相。
②电压暂降值判据：任何一相的电压暂降值大于设定阈值则认为电压暂降值越限，电池储能电站立即执行无功功率紧急提升策略。
进一步地，所述一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法步骤(2)中提到的无功功率紧急提升策略按照各相电压的暂降情况通过PI环节得到各相的无功功率控制值，然后三相取平均值作为无功功率紧急提升策略的无功功率控制指令值。
进一步地，所述一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法步骤(3)中提到的有源滤波控制策略，通过计算各次谐波含量，得到各次谐波电流的补偿控制指令值，并分解下发给电池储能逆变器，对直流换流母线的各次谐波进行补偿。
进一步地，所述一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法步骤(4)中提到的电池储能电站在执行无功功率紧急提升策略和/或有源滤波控制策略时，若电池储能电站中逆变器电流达到电流允许值上限时，则执行无功优先策略即降低电池储能电站有功功率值，有功功率的控制指令值计算方法为：
如果IP_ref0>0，则IP_ref＝min(IP_ref0,sqrt(In2-IQ_ref 2))；
如果IP_ref0<0,则IP_ref＝max(IP_ref0,-sqrt(In2-IQ_ref 2))；
如果IP_ref0＝0,则IP_ref＝0；
其中IP_ref0为原有功电流指令值，IP_ref为新的有功电流指令值，In为逆变器额定电流值，IQ_ref为无功功率电流指令值。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：电池储能电站可以根据直流换流站母线电压的幅值及谐波情况来进行控制，使得直流换流站母线电压在各种系统扰动情况下尽可能的保持电压幅值的稳定以及谐波含量不超标，从而减少直流系统换相失败的发生或者在直流换相失败发生后能尽快恢复正常，避免给电力系统造成更大的损失。采用本发明方案，可以充分发挥电池储能电站控制灵活快速的优点，减少直流换相失败的发生，缩短直流换相失败的恢复时间，可以大大提高电网电压、频率稳定性。
附图说明
图1是本发明的控制方案简图；
图2是本发明的控制流程简图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1：假设在直流换流站A附近有电池储能电站B，按照图1的方案，采集A站换流母线的电压值，并通过快速通讯通道送至B站，B站实时计算A站换流母线三相电压每相的暂降值ΔUΦ、各次谐波含量及总的电压畸变率。如若换流站A母线电压有任何一项的电压暂降值超过设定阈值，则电池储能电站B切换至无功紧急提升控制模式，执行无功紧急提升控制策略；若换流站A母线电压畸变率大于设定阈值，则电池储能电站B切换至有源滤波控制模式，执行有源滤波控制策略。在B站执行无功功率紧急提升或有源滤波策略时，如若电池储能电站B的电流指令值超过额定值，则执行无功优先策略，降低B站有功功率出力。
本发明方法中，按照图2的控制流程简图，控制步骤如下：
(1)检测直流换流站母线电压，并送至电池储能电站控制系统中。
(2)在电池储能电站控制系统中实时计算换流站母线各相电压暂降值、各次谐波含量及总的电压畸变率。
(3)如果发现换流站母线电压有任何一相电压暂降值超过设定阈值，则电池储能电站执行无功功率紧急提升策略，各相电压的暂降值通过PI环节得到各相的无功功率控制值，然后三相取平均值作为无功功率紧急提升策略的无功功率控制指令值，由储能电站执行。
(4)如果发现换流站母线电压畸变率超过设定阈值，则电池储能电站执行有功滤波控制策略，通过计算各次谐波含量，得到各次谐波电流的补偿控制指令值，并分解下发给电池储能逆变器，对直流换流母线的各次谐波进行补偿。
(5)如果发现电池储能电站电流指令值超过额定电流值，则执行无功优先控制策略，降低电池储能电站的有功功率；有功功率的控制指令值计算方法为：
如果IP_ref0>0，则IP_ref＝min(IP_ref0,sqrt(In2-IQ_ref 2))；
如果IP_ref0<0,则IP_ref＝max(IP_ref0,-sqrt(In2-IQ_ref 2))；
如果IP_ref0＝0,则IP_ref＝0；
其中IP_ref0为原有功电流指令值，IP_ref为新的有功电流指令值，In为逆变器额定电流值，IQ_ref为无功功率电流指令值。
(6)如果直流换流站母线电压幅值及电压畸变率恢复到正常范围，则电池储能电站退出无功功率紧急提升策略或有源滤波策略，否则重复步骤(1)－(5)。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)监测直流换流站母线电压，并将电压监测值送到电池储能电站控制系统中，电池储能电站控制系统实时计算电压暂降值及电压畸变率，分析各次谐波含量；
(2)若电压暂降值大于设定阈值则电池储能电站执行无功功率紧急提升策略；
(3)若电压畸变率大于设定阈值则电池储能电站执行有源滤波控制策略；
(4)电池储能电站在执行无功功率紧急提升策略和/或有源滤波控制策略时，若电池储能电站中逆变器电流达到电流允许值上限时，则执行无功优先策略即降低电池储能电站有功功率值；有功功率的控制指令值计算方法为：
如果IP_ref0>0，则IP_ref＝min(IP_ref0,sqrt(In2-IQ_ref 2))；
如果IP_ref0<0,则IP_ref＝max(IP_ref0,-sqrt(In2-IQ_ref 2))；
如果IP_ref0＝0,则IP_ref＝0；
其中IP_ref0为原有功电流指令值，IP_ref为新的有功电流指令值，In为逆变器额定电流值，IQ_ref为无功功率电流指令值；
(5)若换流站母线电压暂降值或电压畸变率仍未回到设定阈值范围之内，则重复(1)、(2)、(3)、(4)的步骤，直到电池储能电站有功功率降至0而电流值达到允许值上限为止；
(6)换流站母线电压恢复正常后，电池储能电站退出无功紧急提升策略或有源滤波控制策略，恢复母线电压异常前的控制模式及控制指令值。
2.如权利要求1所述的一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中监测采集的直流换流站母线电压通过专用网络送至电池储能电站控制系统中，专用网络包括但不限于电力系统稳定控制系统的通讯网络。
3.如权利要求1所述的一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述电压暂降值、电压畸变率采用如下计算方法及判据：
(31)电压暂降值的计算方法为：ΔUΦ＝UΦ-UΦt，其中ΔUΦ为相电压的暂降值，UΦ为相电压当前值、UΦt为t时刻前的相电压值，Φ分别取A、B、C三相；
(32)电压暂降值判据：任何一相的电压暂降值大于设定阈值则认为电压暂降值越限，电池储能电站立即执行无功功率紧急提升策略。
4.如权利要求1所述的一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的无功功率紧急提升策略按照各相电压的暂降情况通过PI环节得到各相的无功功率控制值，然后三相取平均值作为无功功率紧急提升策略的无功功率控制指令值。
5.如权利要求1所述的一种电池储能电站应对直流换相失败的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的有源滤波控制策略，通过计算各次谐波含量，得到各次谐波电流的补偿控制指令值，并分解下发给电池储能逆变器，对直流换流母线的各次谐波进行补偿。
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