CN110323764B - 基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法,当系统频率受到功率波动产生扰动时,首先基于频率响应模型,通过频率变化率计算不平衡功率量,然后利用储能单元的快速出力的特性,对功率进行补偿。由于储能单元运行受限于荷电状态约束,为保护储能不出现过放电和充电的现象,当荷电状态处于10%以下及90%以上时,停止储能单元的工作;当不平衡功率大于储能的调节范围时,此时也需启动负荷控制平抑不平衡功率,基于负荷功率受电压影响的原理,通过调整负荷终端的供电电压,进行负荷功率控制,在保证负荷正常运行的基础上,通过连续调整其运行电压进行功率调节,从而实现对孤网不平衡功率的平抑,保证频率的稳定性。

Description

基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法
技术领域
本发明属于电力电网技术领域,尤其涉及一种基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法。
背景技术
由于孤立电网系统一次调频能力有限,当功率发生短时波动或长时间缺额时,会导致系统的频率发生波动,若不进行及时的安全稳定控制,则会出现大面积切负荷甚至系统崩溃的现象。由于储能充放电功率较快,且控制方式简单,因此大部分孤网运用储能进行安全稳定控制,但由于储能单位造价昂贵,且随着系统容量的增加,储能单元的调节范围无法满足大范围的功率波动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷,提供了一种基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法,其利用负荷功率与电压耦合关系,深度挖掘负荷的可调节特性,通过计算得到不平衡功率并结合当前储能状态,将负荷控制与原有储能的可调节特性协调控制,从而保证在孤网安全稳定的前提下,大大降低孤网的建设成本。
本发明是这样实现的:本发明提供了一种基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法,包括如下步骤:
1)实时监测孤网系统的频率波动量Δf,利用SFR模型对不平衡功率ΔPtotal进行在线辨识,计算不平衡功率ΔPtotal,并判断不平衡功率ΔPtotal是否大于ΔPmax,ΔPmax为系统所允许的最大不平衡功率;
11)若不平衡功率ΔPtotal小于或等于ΔPmax,则表明系统频率波动在一次调频的调节范围内,继续执行步骤1);
12)若不平衡功率ΔPtotal大于ΔPmax,则表明系统频率波动超出一次调频的调节范围,需要启动协调控制程序,执行步骤2);
2)读取储能单元的SOC数值,并判断当前储能单元的SOC数值是否处于设定的区间内,
若当前储能单元的SOC数值不处于设定的区间,则直接执行步骤3);
若当前储能单元的SOC数值处于设定的区间,则计算储能单元的调节量,并判断储能单元的调节量能否满足孤网系统的不平衡功率,若储能单元的调节量能够满足孤网系统的不平衡功率,则利用储能单元对功率进行补偿;若储能单元的调节量不能满足孤网系统的不平衡功率,则执行步骤3);
3)在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性进行负荷功率控制,从而实现对孤网不平衡功率的平抑,保证频率的稳定性。
在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性进行负荷功率控制,包括:
根据负荷当前允许调节容量,计算分配给各负荷的电压调整量,在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性通过调整负荷终端的供电电压,进行负荷功率控制。
根据负荷当前允许调节容量,计算分配给各负荷的电压调整量的公式为:
Figure BDA0002148169350000021
其中,ΔPi为第i个负荷的功率调整量;ΔPtotal为系统不平衡功率;Si为第i个负荷的当前工作容量;Stotal为当前所有负荷的工作容量,ΔUi=Ki×ΔPi;其中,ΔUi为第i个负荷的电压调整量;Ki为第i个负荷的电压-功率特性系数。
步骤1)前还包括如下步骤:设置频率波动的死区,频率在死区范围内波动不会触发协调控制程序。
不平衡功率ΔP的计算公式为:
Figure BDA0002148169350000031
其中,H为系统转动惯量,
Figure BDA0002148169350000032
是系统频率变化率,频率的一阶导数。
步骤3)后若调节量仍不能使频率恢复至稳态值,则需要对孤网系统进行切机切负荷,从而保证孤网中部分元件能够正常运行。
采用电压控制器控制负荷终端的供电电压。
当储能单元的SOC数值不处于设定的区间内,则停止储能单元的工作,对储能单元进行充放电处理,才能继续进入到协调控制中。当储能单元停止工作时,表明储能无法抑制系统的功率波动,此时运用负荷的可调节特性进行频率控制。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明根据系统内的频率波动,对SFR参数进行在线辨识,根据频率的变化量基于SFR参数计算不平衡功率,要是此时实际不平衡功率小于一次调频最大容量,则表明频率的波动在一次调频的调节范围内,不需要出发协调控制进行平抑,若实际不平衡功率大于一次调频最大容量,则表明系统频率波动超出一次调频的调节范围,需要启动协调控制。协调控制时,首先读取储能单元的SOC(剩余电量)数值,当SOC处于设定的区间时,储能单元才能进行控制,否则储能单元本身需要进行充放电处理才能继续进入到协调控制中。若储能单元调节量不能满足孤网系统的不平衡功率,则需要对负荷进行实时控制,计算现有的调节量和应调节量之间差值,根据对工业负荷的建模,通过调节端电压、电极插入深浅等控制量,对工业负荷的功率进行实时调节,从而实现对孤网不平衡功率的平抑,保证频率的稳定性。
总之,本发明利用负荷功率与电压耦合关系,深度挖掘负荷的可调节特性,通过计算得到不平衡功率并结合当前储能状态,将负荷控制与原有储能的可调节特性协调控制,从而保证在孤网安全稳定的前提下,大大降低孤网的建设成本。
附图说明
图1为本发明的基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
在储能与负荷协调控制中,当系统频率受到功率波动产生扰动时,首先基于频率响应模型,通过频率变化率计算不平衡功率量,然后利用储能单元的快速出力的特性,对功率进行补偿,但由于储能单元运行受限于荷电状态约束,为保护储能不出现过放电和充电的现象,当荷电状态处于10%以下及90%以上时,停止储能单元的工作。当储能单元停止工作时,即表明储能无法抑制系统的功率波动,此时基于负荷功率受电压影响的原理,通过调整负荷终端的供电电压,进行负荷功率控制,当进行负荷功率控制时,可利用包括矿热炉、电弧炉、电解槽等工业负荷,在保证负荷正常运行的基础上,通过连续调整其运行电压进行功率调节,从而实现对孤网不平衡功率的平抑,保证频率的稳定性。
参见图1,本实施例提供了一种基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法,包括如下步骤:
1)为防止功率调节装置频繁动作,设置频率波动的死区,频率在死区范围内波动不会触发协调控制程序;死区范围可以根据实际需要设置,例如设置为频率在±0.2Hz范围内波动不会触发协调控制程序。
2)实时监测孤网系统的频率波动量Δf,利用频率响应模型即SFR模型(SystemFrequency Response,SFR)对不平衡功率ΔP进行在线辨识,计算不平衡功率ΔP,并判断不平衡功率ΔP是否大于ΔPmax,ΔPmax为系统所允许的最大不平衡功率;不平衡功率ΔP的计算公式为:
Figure BDA0002148169350000051
其中,H为系统转动惯量,
Figure BDA0002148169350000052
是系统频率变化率,频率的一阶导数。H是可以通过调研系统发电机参数得到的。
21)若不平衡功率ΔP小于或等于ΔPmax,则表明系统频率波动在一次调频的调节范围内,执行步骤2);
22)若不平衡功率ΔP大于ΔPmax,则表明系统频率波动超出一次调频的调节范围,需要启动协调控制程序,执行步骤3);
3)读取储能单元的SOC数值(荷电状态),并判断当前储能单元的SOC数值是否处于设定的区间内,该区间可以根据实际需要设置,如本实施例设定的区间为10%-90%;
若当前储能单元的SOC数值不处于设定的区间,则直接执行步骤4);
为保护储能不出现过放电和充电的现象,本实施例当储能单元的荷电状态不处于设定的区间即储能单元的荷电状态处于10%以下及90%以上时,停止储能单元的工作,当储能单元停止工作时,表明储能无法抑制系统的功率波动,此时运用负荷的可调节特性进行频率控制。对储能单元进行充放电处理,才能继续进入到协调控制中。
若当前储能单元的SOC数值处于设定的区间,则计算储能单元的调节量,并判断储能单元的调节量能否满足孤网系统的不平衡功率,若储能单元的调节量能够满足孤网系统的不平衡功率即当不平衡功率小于或等于储能的调节范围时,则利用储能单元对功率进行补偿;若储能单元的调节量不能满足孤网系统的不平衡功率,即当不平衡功率大于储能的调节范围时,则执行步骤4)即此时也需启动负荷控制平抑不平衡功率,保证系统频率稳定。
4)在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性进行负荷功率控制,从而实现对孤网不平衡功率的平抑,保证频率的稳定性。
在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性进行负荷功率控制,包括:
根据负荷当前允许调节容量,计算分配给各负荷的电压调整量,在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性通过调整负荷终端的供电电压,进行负荷功率控制。例如,某台矿热炉当前功率为1000kW,运行电压为10kV,利用提前得到的电压功率调整系数10kW/0.1kV,将运行电压降低为9.8kV,此时该台矿热炉功率降低为980kW。
采用电压控制器控制负荷终端的供电电压。
5)若储能负荷协调控制措施下功率的若调节量仍不能使频率恢复至稳态值,则需要对孤网系统进行切机切负荷,从而保证孤网中部分元件能够正常运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于储能单元与负荷控制的孤网系统稳定运行控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)实时监测孤网系统的频率波动量Δf,利用频率响应模型即SFR模型对不平衡功率ΔPtotal进行在线辨识,计算不平衡功率ΔPtotal,并判断不平衡功率ΔPtotal是否大于ΔPmax,ΔPmax为系统所允许的最大不平衡功率;不平衡功率ΔPtotal的计算公式为:
Figure FDA0002607115960000011
其中,H为系统转动惯量,
Figure FDA0002607115960000012
是系统频率变化率;
11)若不平衡功率ΔPtotal小于或等于ΔPmax,则表明系统频率波动在一次调频的调节范围内,继续执行步骤1);
12)若不平衡功率ΔPtotal大于ΔPmax,则表明系统频率波动超出一次调频的调节范围,需要启动协调控制程序,执行步骤2);
2)读取储能单元的SOC数值,并判断当前储能单元的SOC数值是否处于设定的区间内,
若当前储能单元的SOC数值不处于设定的区间,则直接执行步骤3);
若当前储能单元的SOC数值处于设定的区间,则计算储能单元的调节量,并判断储能单元的调节量能否满足孤网系统的不平衡功率,若储能单元的调节量能够满足孤网系统的不平衡功率,则利用储能单元对功率进行补偿;若储能单元的调节量不能满足孤网系统的不平衡功率,则执行步骤3);
3)在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性进行负荷功率控制,从而实现对孤网不平衡功率的平抑,保证频率的稳定性。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性进行负荷功率控制,包括:
根据负荷当前允许调节容量,计算分配给各负荷的电压调整量,在保证负荷正常运行的基础上,利用各负荷连续可调节特性通过调整负荷终端的供电电压,进行负荷功率控制。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:根据负荷当前允许调节容量,计算分配给各负荷的电压调整量的公式为:
Figure FDA0002607115960000021
其中,ΔPi为第i个负荷的功率调整量;ΔPtotal为系统不平衡功率;Si为第i个负荷的当前工作容量;Stotal为当前所有负荷的工作容量,ΔUi=Ki×ΔPi;其中,ΔUi为第i个负荷的电压调整量;Ki为第i个负荷的电压-功率特性系数。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)前还包括如下步骤:设置频率波动的死区,频率在死区范围内波动不会触发协调控制程序。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤3)后若调节量仍不能使频率恢复至稳态值,则需要对孤网系统进行切机切负荷,从而保证孤网中部分元件能够正常运行。
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