CN110098628B - 一种储能需量控制系统及其防逆流方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的储能需量控制系统及其防逆流方法和装置，在储能逆变器放电且负荷功率为下降状态的情况下，进行低次谐波电流畸变率计算；并在低次谐波电流畸变率的计算结果超过负荷冲击性阈值时，直接下发功率减小指令至所述储能逆变器；无需现有技术中对于储能逆变器目标功率计算结果的等待过程，减少了储能逆变器目标功率的下发延迟时间，从而减少了电网侧的逆流。

Description

一种储能需量控制系统及其防逆流方法和装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种储能需量控制系统及其防逆流方法和装置。

背景技术

储能需量控制系统是基于用户的用电类型、用电历史数据、用电预测数据以及电价参数，根据用户最大可获收益、需量限值可控量等目标要求，对用户侧系统负荷功率进行需量控制的系统，提供为用户降低用能成本的控制策略。

实际应用中，由于储能系统在信息传递中的时延性较大，且负荷变化波动无法短时预测和计算，因此容易导致储能系统发出的功率无法及时消纳、电流注入电网，使电网侧存在逆流，造成电网侧功率不可控、电能质量污染严重等众多潜在的危害。目前电网侧逆流是当前储能电网系统存在的较为普遍的问题，同时由于负荷的不可控，也是目前学术界面临的难题之一。

目前现有技术中的防逆流方法都不能用于储能需量控制系统中，无法解决储能需量控制系统在对负荷需量进行控制时产生的逆流问题。

发明内容

本发明提供一种储能需量控制系统及其防逆流方法和装置，以避免储能需量控制系统在对负荷需量进行控制时产生的逆流问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

本发明一方面提供一种储能需量控制系统的防逆流方法，包括：

根据储能逆变器的储能功率监测数据，判断所述储能逆变器是否放电；

若所述储能逆变器放电，则根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态；

若负荷功率为下降状态，则根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算；

判断低次谐波电流畸变率的计算结果是否超过负荷冲击性阈值；

若所述计算结果超过所述负荷冲击性阈值，则下发功率减小指令至所述储能逆变器。

优选的，根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态，包括：

根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率；

判断所述负荷功率变化斜率是否小于零；

若所述负荷功率变化斜率小于零，则判定负荷功率为下降状态；

若所述负荷功率变化斜率大于等于零，则判定负荷功率不为下降状态。

优选的，根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率所采用的公式为：

其中，p_load1与p_load2为所述负荷功率监测数据中相邻两次实时采样得到的负荷功率，Δt为相邻两次负荷功率的采样间隔时间。

优选的，根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算，包括：

对所述负荷功率监测数据中的一周波采样数据进行傅里叶变换，得到周波采样内的基波电流和各次谐波电流；

采用公式

计算得到一周波的低次谐波电流畸变率THD_L；其中，i₁为周波采样内的基波电流大小，i_N为周波采样内的N次谐波电流大小，N为2,3,4…n；n为大于等于9的正整数。

优选的，所述低次谐波电流畸变率的计算结果为连续三周波的低次谐波电流畸变率。

本发明另一方面还提供了一种储能需量控制系统的防逆流装置，包括：

数据采集模块，用于采集储能逆变器的储能功率监测数据，以及，负荷功率监测数据；

数据分析模块，用于根据储能逆变器的储能功率监测数据，判断所述储能逆变器是否放电；若所述储能逆变器放电，则根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态；若负荷功率为下降状态，则根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算，得到低次谐波电流畸变率的计算结果；

指令发送模块，用于判断所述计算结果是否超过负荷冲击性阈值；若所述计算结果超过所述负荷冲击性阈值，则下发功率减小指令至所述储能逆变器。

优选的，所述数据分析模块用于根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态时，具体用于：

根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率；

判断所述负荷功率变化斜率是否小于零；

若所述负荷功率变化斜率小于零，则判定负荷功率为下降状态；

若所述负荷功率变化斜率大于等于零，则判定负荷功率不为下降状态。

优选的，所述数据分析模块根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率所采用的公式为：

其中，p_load1与p_load2为所述负荷功率监测数据中相邻两次实时采样得到的负荷功率，Δt为相邻两次负荷功率的采样间隔时间。

优选的，所述数据分析模块用于根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算时，具体应用于：

对所述负荷功率监测数据中的一周波采样数据进行傅里叶变换，得到周波采样内的基波电流和各次谐波电流；

采用公式

计算得到一周波的低次谐波电流畸变率THD_L；其中，i₁为周波采样内的基波电流大小，i_N为周波采样内的N次谐波电流大小，N为2,3,4…n；n为大于等于9的正整数。

优选的，低次谐波电流畸变率的计算结果为连续三周波的低次谐波电流畸变率。

优选的，还包括：

数据存储模块，用于存储所述储能功率监测数据和所述负荷功率监测数据的采样点，所述储能功率监测数据和所述负荷功率监测数据，以及，低次谐波电流畸变率的计算结果。

优选的，还包括：

命令接收模块，用于接收上层系统发送的启动命令，控制所述防逆流装置启动并进行自检。

本发明第三方面还提供了一种储能需量控制系统，包括：如上述任一所述的储能需量控制系统的防逆流装置。

本发明提供的储能需量控制系统的防逆流方法，在储能逆变器放电且负荷功率为下降状态的情况下，进行低次谐波电流畸变率计算；并在低次谐波电流畸变率的计算结果超过负荷冲击性阈值时，直接下发功率减小指令至所述储能逆变器；无需现有技术中对于储能逆变器目标功率计算结果的等待过程，减少了储能逆变器目标功率的下发延迟时间，从而减少了电网侧的逆流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明申请实施例提供的负荷功率曲线示意图；

图2是本发明申请实施例提供的储能需量控制系统的防逆流方法的流程图；

图3是本发明申请实施例提供的储能需量控制系统的防逆流方法的另一流程图；

图4是本发明申请实施例提供的储能需量控制系统的防逆流方法的另一流程图；

图5是本发明申请实施例提供的储能需量控制系统的防逆流装置的结构示意图。

具体实施方式

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作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。

申请人经研究发现，当负荷功率超过需量限值并且突然变化时，如图1中的负荷功率曲线所示；理想情况下储能系统应实时跟随负荷曲线变化而变化，然而，在实际运行过程中，数据采集信号上传至储能需量控制系统，由储能需量控制系统分析后再下发到ems(energetic management system，电源能量控制系统)，再由ems传递至储能逆变器，这个过程存在△t延时，导致储能系统的放电功率△P来不及变化，便出现了△S的逆流功率，如图1中的延时后功率曲线所示。由上分析可得，影响逆流大小的因素有三个：延时△t、储能系统的放电功率△P以及需量限值，由于需量限值是根据用户的经济收益对其负荷曲线设定的一个阈值，因此不做研究。而对△t时间段内的符合功率进行fft傅里叶变换后，负荷斜率越大，负荷所具有的冲击性就越大，其具有的谐波就越丰富，相对应的谐波畸变率THD就越大。也就是说，负荷的冲击性与其造成的谐波畸变率呈一定的正相关性。

因此，本发明提供一种储能需量控制系统的防逆流方法，以解决储能需量控制系统在对负荷需量进行控制时产生的逆流问题。

实际应用中，应用该防逆流方法的装置接收到上层系统发送的启动命令之后，根据该启动命令控制所述防逆流装置启动，并自检监测信息；然后即可执行如图2所示的储能需量控制系统的防逆流方法，具体包括：

S101、根据储能逆变器的储能功率监测数据，判断储能逆变器是否放电；

防逆流装置启动之后，会对储能逆变器充放电功率进行跟踪，获取储能逆变器的储能功率监测数据。当负荷功率已越过需量限值或者低于该需量限值、由用户设置的需量限值警戒线时，储能逆变器开始放电时，即P_放>0，需要进行下一步判断，即执行步骤S102；若P_放<0，则无需进行后续判断，返回本步骤即可。

S102、根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态；

实际应用中，步骤S102可以通过直接判断相邻采样时刻之间的负荷功率差值是否小于零来实现，也可以通过判断负荷功率变化斜率是否小于零来实现。以负荷功率变化斜率为判断依据时，步骤S102如图3所示，具体包括：

S201、根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率；

负荷功率变化斜率f_L'_OAD所采用的计算公式为：

其中，p_load1与p_load2为负荷功率监测数据中相邻两次实时采样得到的负荷功率；由于储能逆变器放电，公共连接点pcc的实时功率变化受到影响，因此p_load1、p_load2是减去储能放电功率后pcc点的实际功率。

Δt为相邻两次负荷功率的采样间隔时间，取决于防逆流装置的采样时间。实际应用中，可以设置防逆流装置对于各种数据的采集频率大于32点/周波，即50Hz正弦信号一周内采样32点以上，也即0.02s内采样32点以上。

S202、判断负荷功率变化斜率是否小于零；

若负荷功率变化斜率小于零，则判定负荷功率为下降状态；此时系统有可能会出现逆流，因此执行步骤S103，同时还可以对此时的信息进行存储；而若负荷功率变化斜率大于等于零，则判定负荷功率不为下降状态，返回步骤S102即可。

S103、根据负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算；

具体的，如图4所示，步骤S103包括：

S301、对负荷功率监测数据中的一周波采样数据进行傅里叶变换，得到周波采样内的基波电流和各次谐波电流；

负荷功率监测数据中的一周波采样数据i[]的具体个数，也即一周波采样点数，由防逆流装置的采样频率决定，此处不做限定，较佳的，其采样频率大于1.6kHz。

对负荷功率监测数据中的一周波采样数据i[]进行fft(Fast FourierTransformation，快速傅氏变换)，i_{(1,2,3,4.....)}＝fft(i[])，得到周波采样内的基波电流i₁和各次谐波电流i_N。

S302、采用公式

计算得到一周波的低次谐波电流畸变率THD_L；

其中，i₁为周波采样内的基波电流大小，i_N为周波采样内的N次谐波电流大小，N为2,3,4…n；n为大于等于9的正整数。

以n＝9为例进行说明，本实施例计算得到的低次谐波畸变率是10次以内的谐波总谐波电流有效值与基波电流有效值之比，实际应用中还可以视其具体环境对n的选择进行设置，此处不做限定。

S104、判断低次谐波电流畸变率的计算结果是否超过负荷冲击性阈值；

实际应用中该低次谐波电流畸变率的计算结果可以为采用上述计算方式计算得到的连续三周波的低次谐波电流畸变率，当然也可以为任意数量的连续周波的低次谐波电流畸变率，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。该负荷冲击性阈值也可视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

若计算结果超过负荷冲击性阈值，则执行步骤S105；否则返回步骤S101。

S105、下发功率减小指令至储能逆变器。

本实施例提供的储能需量控制系统的防逆流方法，通过储能功率、负荷功率、低次谐波电流畸变率这三次边界判断，在储能逆变器放电、负荷功率为下降状态且低次谐波电流畸变率的计算结果超过负荷冲击性阈值的情况下，直接下发功率减小指令至储能逆变器；即通过周期采样数据的低次谐波畸变率预测未来功率的冲击性，无需现有技术中对于储能逆变器目标功率计算结果的等待过程，减少了储能逆变器目标功率的下发延迟时间及储能放电功率，达到了电网侧防逆流的作用。

本发明另一实施例还提供了一种储能需量控制系统的防逆流装置，如图5所示，包括：数据采集模块101、数据分析模块102以及指令发送模块103；其中：

数据采集模块101用于采集负荷功率监测数据，以及，储能逆变器的数据；该储能逆变器的数据包括储能功率监测数据、电量监测数据和需量监测数据等，视其具体应用环境而定。并且，其对于各种监测数据的采集频率设置为大于32点/周波，即50Hz正弦信号一周内采样32点以上，也即0.02s内采样32点以上。

数据分析模块102用于根据储能逆变器的储能功率监测数据，判断储能逆变器是否放电；若储能逆变器放电，则根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态；若负荷功率为下降状态，则根据负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算，得到低次谐波电流畸变率的计算结果。

指令发送模块103用于判断计算结果是否超过负荷冲击性阈值；若计算结果超过负荷冲击性阈值，则下发功率减小指令至储能逆变器。实际应用中，该指令发送模块103通过下发指令，能够控制储能逆变器的功率，其具体指令包括：启停或者功率大小的相关数据命令。

优选的，其数据分析模块102用于根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态时，具体用于：

根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率；判断负荷功率变化斜率是否小于零；若负荷功率变化斜率小于零，则判定负荷功率为下降状态；若负荷功率变化斜率大于等于零，则判定负荷功率不为下降状态。

优选的，数据分析模块102根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率所采用的公式为：

其中，p_load1与p_load2为负荷功率监测数据中相邻两次实时采样得到的负荷功率，Δt为相邻两次负荷功率的采样间隔时间。

优选的，数据分析模块102用于根据负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算时，具体应用于：

对负荷功率监测数据中的一周波采样数据进行傅里叶变换，得到周波采样内的基波电流和各次谐波电流；采用公式

计算得到一周波的低次谐波电流畸变率THD_L；其中，i₁为周波采样内的基波电流大小，i_N为周波采样内的N次谐波电流大小，N为2,3,4…n；n为大于等于9的正整数。

优选的，低次谐波电流畸变率的计算结果为连续三周波的低次谐波电流畸变率。

优选的，如图5所示，该防逆流装置还包括：数据存储模块104以及命令接收模块105；其中：

数据存储模块104用于存储储能功率监测数据和负荷功率监测数据的采样点，储能功率监测数据和负荷功率监测数据，以及，低次谐波电流畸变率的计算结果。实际应用中，由于数据量较大，数据存储模块104应具有一定的存储空间，同时，还应当做好存储空间的分层，对重要数据，比如计算结果等，留有充足的空间，而对相对非重要、较大的数据，比如功率采样点等，则可进行等时间段覆盖或存储提取，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

命令接收模块105用于接收上层系统发送的启动命令，控制防逆流装置启动并进行自检。实际应用中，该命令接收模块105不仅能够接收上层系统的开关机命令和调度命令，同时还能接收从系统侧发送的负荷功率等历史数据等。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种储能需量控制系统，包括：如上述实施例所述的储能需量控制系统的防逆流装置。

其防逆流装置的结构及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。该储能需量控制系统中的其他结构与现有技术相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (13)

1.一种储能需量控制系统的防逆流方法，其特征在于，包括：

根据储能逆变器的储能功率监测数据，判断所述储能逆变器是否放电；

若所述储能逆变器放电，则根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态；

若负荷功率为下降状态，则根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算；

判断低次谐波电流畸变率的计算结果是否超过负荷冲击性阈值；

若所述计算结果超过所述负荷冲击性阈值，则下发功率减小指令至所述储能逆变器。

2.根据权利要求1所述的储能需量控制系统的防逆流方法，其特征在于，根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态，包括：

根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率；

判断所述负荷功率变化斜率是否小于零；

若所述负荷功率变化斜率小于零，则判定负荷功率为下降状态；

若所述负荷功率变化斜率大于等于零，则判定负荷功率不为下降状态。

3.根据权利要求2所述的储能需量控制系统的防逆流方法，其特征在于，根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率所采用的公式为：

其中，p_load1与p_load2为所述负荷功率监测数据中相邻两次实时采样得到的负荷功率，Δt为相邻两次负荷功率的采样间隔时间。

4.根据权利要求1所述的储能需量控制系统的防逆流方法，其特征在于，根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算，包括：

对所述负荷功率监测数据中的一周波采样数据进行傅里叶变换，得到采样周波内的基波电流和各次谐波电流；

采用公式

计算得到一周波的低次谐波电流畸变率THD_L；其中，i₁为采样周波内的基波电流大小，i_N为采样周波内的N次谐波电流大小，N为2,3,4…n；n为大于等于9的正整数。

5.根据权利要求1所述的储能需量控制系统的防逆流方法，其特征在于，所述低次谐波电流畸变率的计算结果为连续三周波的低次谐波电流畸变率。

6.一种储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集储能逆变器的储能功率监测数据，以及，负荷功率监测数据；

数据分析模块，用于根据储能逆变器的储能功率监测数据，判断所述储能逆变器是否放电；若所述储能逆变器放电，则根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态；若负荷功率为下降状态，则根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算，得到低次谐波电流畸变率的计算结果；

指令发送模块，用于判断所述计算结果是否超过负荷冲击性阈值；若所述计算结果超过所述负荷冲击性阈值，则下发功率减小指令至所述储能逆变器。

7.根据权利要求6所述的储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，所述数据分析模块用于根据负荷功率监测数据，判断负荷功率是否为下降状态时，具体用于：

根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率；

判断所述负荷功率变化斜率是否小于零；

若所述负荷功率变化斜率小于零，则判定负荷功率为下降状态；

若所述负荷功率变化斜率大于等于零，则判定负荷功率不为下降状态。

8.根据权利要求7所述的储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，所述数据分析模块根据负荷功率监测数据，计算得到负荷功率变化斜率所采用的公式为：

其中，p_load1与p_load2为所述负荷功率监测数据中相邻两次实时采样得到的负荷功率，Δt为相邻两次负荷功率的采样间隔时间。

9.根据权利要求6所述的储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，所述数据分析模块用于根据所述负荷功率监测数据，进行低次谐波电流畸变率计算时，具体应用于：

对所述负荷功率监测数据中的一周波采样数据进行傅里叶变换，得到采样周波内的基波电流和各次谐波电流；

采用公式

计算得到一周波的低次谐波电流畸变率THD_L；其中，i₁为采样周波内的基波电流大小，i_N为采样周波内的N次谐波电流大小，N为2,3,4…n；n为大于等于9的正整数。

10.根据权利要求6所述的储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，低次谐波电流畸变率的计算结果为连续三周波的低次谐波电流畸变率。

11.根据权利要求6-10任一项所述的储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，还包括：

数据存储模块，用于存储所述储能功率监测数据和所述负荷功率监测数据的采样点，所述储能功率监测数据和所述负荷功率监测数据，以及，低次谐波电流畸变率的计算结果。

12.根据权利要求6-10任一项所述的储能需量控制系统的防逆流装置，其特征在于，还包括：

命令接收模块，用于接收上层系统发送的启动命令，控制所述防逆流装置启动并进行自检。

13.一种储能需量控制系统，其特征在于，包括：如权利要求6-12任一项所述的储能需量控制系统的防逆流装置。

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