CN110365019B - 一种多端直流配电网变流器容量配置方法及系统 - Google Patents

一种多端直流配电网变流器容量配置方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多端直流配电网变流器容量配置方法，包括计算配电网互联台区直流总负荷；计算配电网互联台区交流转供总负荷；根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值；对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量；考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。同时也公开了相应的系统。本发明实现多端直流配电网变流器的容量优化设计，可确保多端直流系统能够实现直流协调控制和交流转供控制，确保系统中交流负荷和直流负荷的可靠供电，避免容量设计不当所造成的后期扩容和容量过剩等问题。

Description

一种多端直流配电网变流器容量配置方法及系统
技术领域
本发明涉及一种多端直流配电网变流器容量配置方法及系统，属于配用电领域及电力电子技术领域。
背景技术
常规配电网采用交流配电方式，配电网的容量设计通常采用统计分析各类负荷，利用需求系数法或利用系数法进行负荷计算，得到总有功负荷及无功负荷后考虑一定余度进行配电变压器容量设计。现有配电网容量设计方法无法配置变流器容量。
发明内容
本发明提供了一种多端直流配电网变流器容量配置方法及系统，解决了现有配电网容量设计方法无法配置变流器容量的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种多端直流配电网变流器容量配置方法，包括，
计算配电网互联台区直流总负荷；
计算配电网互联台区交流转供总负荷；
根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值；
对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量；
考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。
交流转供总负荷等于所有台区交流转供负荷之和，台区交流转供负荷等于台区交流负荷与转供比例系数的乘积。
变流器的基准额定容量设计值公式为，
Figure BDA0002127613770000021
其中，
Figure BDA0002127613770000022
为第i个台区变流器的基准额定容量设计值，N为台区数量，
Figure BDA0002127613770000023
分别为第i个台区的交流负荷和直流负荷，β为台区同时支撑需求数量，αi为转供比例系数。
将台区的变流器基准额定容量设计值、交流转供负荷及新能源电源容量进行比较，最大值作为该台区的变流器初始容量。
根据变流器就近容量选取原则，考虑各台区留有一定的有功负荷增长率，考虑各台区无功补偿容量，得出变流器最终容量。
一种多端直流配电网变流器容量配置系统，包括，
直流总负荷计算模块：计算配电网互联台区直流总负荷；
交流转供总负荷计算模块：计算配电网互联台区交流转供总负荷；
设计值计算模块：根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值；
初始容量模块：对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量；
最终容量模块：考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。
交流转供总负荷计算模块计算交流转供总负荷的过程为，
交流转供总负荷等于所有台区交流转供负荷之和，台区交流转供负荷等于台区交流负荷与转供比例系数的乘积。
设计值计算模块计算变流器基准额定容量设计值的公式为，
Figure BDA0002127613770000031
其中，
Figure BDA0002127613770000032
为第i个台区变流器的基准额定容量设计值，N为台区数量，
Figure BDA0002127613770000033
分别为第i个台区的交流负荷和直流负荷，β为台区同时支撑需求数量，αi为转供比例系数。
初始容量模块获得变流器初始容量的过程为，
将台区的变流器基准额定容量设计值、交流转供负荷及新能源电源容量进行比较，最大值作为该台区的变流器初始容量。
最终容量模块根据变流器就近容量选取原则，考虑各台区留有一定的有功负荷增长率，考虑各台区无功补偿容量，得出变流器最终容量。
本发明所达到的有益效果：本发明实现多端直流配电网变流器的容量优化设计，可确保多端直流系统能够实现直流协调控制和交流转供控制，确保系统中交流负荷和直流负荷的可靠供电，避免容量设计不当所造成的后期扩容和容量过剩等问题。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为一种多端直流系统框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种多端直流配电网变流器容量配置方法，包括以下步骤：
步骤1，计算配电网互联台区直流总负荷
Figure BDA0002127613770000034
其中
Figure BDA0002127613770000035
为第i个台区的直流负荷。
互联台区为接入互联直流母线的各台，互联直流负荷利用直流互联网络(可采用不同拓扑结构互联)进行协调供电(可采用多种协调控制策略)。
步骤2，计算配电网互联台区交流转供总负荷。
交流转供总负荷等于所有台区交流转供负荷之和
Figure BDA0002127613770000041
交流转供负荷是交流负荷的其中一部分，考虑同时率等计算原则，台区交流转供负荷等于台区交流负荷与转供比例系数的乘积。
其中
Figure BDA0002127613770000042
为第i个台区的交流负荷，αi为转供比例系数，αi主要考虑两个方面：1、交流重要负荷在总交流负荷的比重；2、交流负荷超出配变容量运行临界值的数值。
步骤3，计算系统的总负荷。
由于能量双向传输的变流器不仅作为台区的负荷，也作为台区的电源对台区进行支撑，因此需倍乘交流转供负荷，因此整个系统的总负荷
Figure BDA0002127613770000043
步骤4，根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值。
将交流转供总负荷在所有台区的均分值与直流总负荷在支撑台区的均分之和作为各台区变流器的基准额定容量设计值，具体公式如下：
Figure BDA0002127613770000044
其中，
Figure BDA0002127613770000045
为第i个台区变流器的基准额定容量设计值，N为台区数量，β为台区同时支撑需求数量，该参数取值通常为1，不宜大于N/2。
步骤5，对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量。
将台区的变流器基准额定容量设计值、交流转供负荷及新能源电源容量进行比较，最大值作为该台区的变流器初始容量。
步骤6，考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。
根据变流器就近容量选取原则，考虑各台区留有一定的有功负荷增长率，同时考虑各台区无功负荷及额定功率因数确定各台区的无功补偿容量，该无功补偿容量通过各台区变流器实现及调节，核定得出变流器最终容量。
以如图2所示的多端直流系统，包括四个含配电变压器和交流负荷的台区、一套能量管理系统(EMS)、一套储能系统及以直流充电桩为代表的直流负荷。每个台区内设置有AC/DC变流器，AC/DC变流器的交流进线连接所在台区的配电变压器380V低压侧。各台区的AC/DC变流器的直流出线以星型结构互联，储能系统及直流充电桩负荷并接于台区的直流侧。EMS通过收集储能、直流负荷的实时电气参数和运行状态，收集各台区的实时电气参数，包括台区的直流有功功率、交流有功功率、无功功率、交流电压、直流电压等及台区的运行状态，实现台区运行方式及潮流优化目标。
四个台区的变压器容量分别为630kVA、630kVA、800kVA、800kVA，储能系统的容量为120kW/60kWh，直流负荷为3个容量为120kW的直流充电桩。
上述系统变流器容量配置过程如下：
1)确定台区数N，台区同时支撑需求数量β，转供比例系数。
其中，台区数N＝4，仅需要同时为其中一台区提供交流支撑，即β＝1；交流转供目的为有效支撑负载率超过0.8的重载台区，取交流转供比例系数αi＝0.2。
2)计算台区直流总负荷。直流负荷为直流负荷为3个容量为120kW的直流充电桩，
Figure BDA0002127613770000051
3)计算台区交流转供总负荷。以有支撑需求的台区配电变压器的容量作为交流负荷基准值，
Figure BDA0002127613770000061
4)计算系统的总负荷
Figure BDA0002127613770000062
5)计算各台区变流器的基准额定容量设计值
Figure BDA0002127613770000063
6)校核得到变流器的初始容量。交流转供负荷为126kW，储能系统容量为120kW，均小于基准额定容量设计值，因此初始容量为基准额定容量设计值。
7)得到变流器的最终容量。考虑变流器标准化容量系列及系统无功补偿电能质量需求，核定AC/DC变流器容量为200kW。
上述方法实现多端直流配电网变流器的容量优化设计，可确保多端直流系统能够实现直流协调控制和交流转供控制，确保系统中交流负荷和直流负荷的可靠供电，避免容量设计不当所造成的后期扩容和容量过剩等问题。
一种多端直流配电网变流器容量配置系统，包括：
直流总负荷计算模块：计算配电网互联台区直流总负荷。
交流转供总负荷计算模块：计算配电网互联台区交流转供总负荷。
交流转供总负荷计算模块计算交流转供总负荷的过程为：交流转供总负荷等于所有台区交流转供负荷之和，台区交流转供负荷等于台区交流负荷与转供比例系数的乘积。
设计值计算模块：根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值。
初始容量模块：对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量。
初始容量模块获得变流器初始容量的过程为：
将台区的变流器基准额定容量设计值、交流转供负荷及新能源电源容量进行比较，最大值作为该台区的变流器初始容量。
最终容量模块：考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。
最终容量模块根据变流器就近容量选取原则，考虑各台区留有一定的有功负荷增长率，考虑各台区无功补偿容量，得出变流器最终容量。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行多端直流配电网变流器容量配置方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行多端直流配电网变流器容量配置方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种多端直流配电网变流器容量配置方法，其特征在于：包括，
计算配电网互联台区直流总负荷；
计算配电网互联台区交流转供总负荷；其中，交流转供总负荷等于所有台区交流转供负荷之和，台区交流转供负荷等于台区交流负荷与转供比例系数的乘积；
根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值；
变流器的基准额定容量设计值公式为：
Figure FDA0003761962760000011
其中，
Figure FDA0003761962760000012
为第i个台区变流器的基准额定容量设计值，N为台区数量，
Figure FDA0003761962760000013
分别为第i个台区的交流负荷和直流负荷，β为台区同时支撑需求数量，αi为转供比例系数；
对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量；
考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。
2.根据权利要求1所述的一种多端直流配电网变流器容量配置方法，其特征在于：将台区的变流器基准额定容量设计值、交流转供负荷及新能源电源容量进行比较，最大值作为该台区的变流器初始容量。
3.根据权利要求1所述的一种多端直流配电网变流器容量配置方法，其特征在于：根据变流器就近容量选取原则，考虑各台区留有一定的有功负荷增长率，考虑各台区无功补偿容量，得出变流器最终容量。
4.一种多端直流配电网变流器容量配置系统，其特征在于：包括，
直流总负荷计算模块：计算配电网互联台区直流总负荷；
交流转供总负荷计算模块：计算配电网互联台区交流转供总负荷；其中，交流转供总负荷等于所有台区交流转供负荷之和，台区交流转供负荷等于台区交流负荷与转供比例系数的乘积；
设计值计算模块：根据直流总负荷和交流转供总负荷，计算各台区变流器的基准额定容量设计值；
变流器的基准额定容量设计值公式为：
Figure FDA0003761962760000021
其中，
Figure FDA0003761962760000022
为第i个台区变流器的基准额定容量设计值，N为台区数量，
Figure FDA0003761962760000023
分别为第i个台区的交流负荷和直流负荷，β为台区同时支撑需求数量，αi为转供比例系数；
初始容量模块：对变流器的基准额定容量设计值进行校核，得到变流器的初始容量；
最终容量模块：考虑有功负荷增长率和无功补偿容量，得到变流器的最终容量。
5.根据权利要求4所述的一种多端直流配电网变流器容量配置系统，其特征在于：初始容量模块获得变流器初始容量的过程为，
将台区的变流器基准额定容量设计值、交流转供负荷及新能源电源容量进行比较，最大值作为该台区的变流器初始容量。
6.根据权利要求4所述的一种多端直流配电网变流器容量配置系统，其特征在于：最终容量模块根据变流器就近容量选取原则，考虑各台区留有一定的有功负荷增长率，考虑各台区无功补偿容量，得出变流器最终容量。
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