CN110912160B - 一种分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质，属于光伏消纳技术领域。该方法包括如下步骤：当三相交流母线出现三相负荷不平衡现象时，找出重载相和轻载相；然后，从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，将该单相蓄热式电锅炉切换到轻载相；切换完成后，重新判断三相负荷不平衡现象是否仍然存在，若不存在，则三相负荷不平衡调节成功；若存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相蓄热式电锅炉的切换过程。本发明在保证电能质量的前提下，避免了限制光伏逆变器出力或将光伏逆变器从支路中切除导致的弃光，降低了弃光率，能消纳更多的光伏。

Description

一种分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质
技术领域
本发明涉及一种分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质，属于光伏消纳技术领域。
背景技术
目前一些农村配电网中接入了大量单相分布式扶贫光伏，由于光伏出力具有随机性，大量单相分布式光伏的高渗透率接入，成为低压台区功率波动的主要原因；另外，农村农业负荷容量不足，负荷多为照明、烹饪用电等家庭负荷及饲料机等生产性负荷，且用电负荷受气候、季节等自然条件的影响较大，极易出现光伏出力与负荷不匹配。而光伏出力的随机性及其与负荷的动态不匹配，会导致低压台区出现电压越限、三相负荷不平衡等电能质量问题，影响配电网运行及安全用电。
现有的光伏消纳系统在电网出现电能质量变差的情况时，往往通过限制光伏逆变器出力或者将光伏逆变器从电网中切除的方式减少接入电网的光伏电源，从而保证电能质量，但是这种方式会导致弃光的发生，弃光率高，不利于光伏消纳。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质，用以解决现有的光伏消纳系统弃光率高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种分布式光伏消纳方法，该方法包括如下步骤：
当三相交流母线出现三相负荷不平衡现象时，找出重载相和轻载相；
然后，从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，将该单相蓄热式电锅炉切换到轻载相；切换完成后，重新判断三相负荷不平衡现象是否仍然存在，若不存在，则三相负荷不平衡调节成功；若存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相蓄热式电锅炉的切换过程；
该方法还包括：若所有的单相蓄热式电锅炉均切换完成后，三相负荷不平衡现象仍然存在，则从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相光伏逆变器，将该单相光伏逆变器切换到轻载相；切换完成后，重新判断三相负荷不平衡现象是否仍然存在，若不存在，则三相负荷不平衡调节成功；若存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相光伏逆变器的切换过程；
所述找出换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉的过程为：令当前重载相的第i个单相蓄热式电锅炉的换相开关电流为IMAXi，求min|IMAXi－Ihx|对应的i值，所得i值对应的就是当前重载相中换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，Ihx＝(IMAX－IMIN)/2，IMAX为当前重载相的电流值，IMIN为当前轻载相的电流值；
所述找出换相开关电流最小的单相光伏逆变器的过程为：令当前重载相的第k个单相光伏逆变器的换相开关电流为IMAXk，求min|IMAXk－Ihx＇|对应的k值，所得k值对应的就是当前重载相中换相开关电流最小的单相光伏逆变器，Ihx＇＝(IMAX－IMIN)/2，IMAX为当前重载相的电流值，IMIN为当前轻载相的电流值。
本发明还提供了一种计算机可读介质，存储有实现上述的分布式光伏消纳方法的计算机程序。
本发明还提供了一种分布式光伏消纳系统，包括三相蓄热式电锅炉、单相蓄热式电锅炉、储能系统、单相光伏逆变器、换相开关、信息采集单元和控制单元；所述三相蓄热式电锅炉用于连接三相交流母线；所述储能系统用于连接三相交流母线；所述单相蓄热式电锅炉通过相应的换相开关连接三相交流母线；所述单相光伏逆变器通过相应的换相开关连接三相交流母线；所述信息采集单元用于采集台区变压器低压侧母线的各支路电流，并将采集的电流信息传输给控制单元；所述控制单元用于运行计算机程序，以实现上述的分布式光伏消纳方法。
分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质的有益效果是：当三相交流母线出现三相负荷不平衡现象时，通过控制换相开关将重载相的单相蓄热式电锅炉切换到轻载相，以对三相负荷不平衡进行调节，能确保光伏逆变器可以继续产生光伏电源供三相蓄热式电锅炉、单相蓄热式电锅炉和储能系统消纳，在保证电能质量的前提下，避免了限制光伏逆变器出力或将光伏逆变器从支路中切除导致的弃光，降低了弃光率，能消纳更多的光伏。
通过控制换相开关将重载相的单相光伏逆变器切换到轻载相，能够对三相负荷不平衡进行进一步调节，进一步降低弃光率。
进一步地，上述分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质中，方法还包括：实时监测三相交流母线电压，当三相交流母线电压出现过压现象时，逐渐增大与三相交流母线连接的三相蓄热式电锅炉的有功功率，直至过压现象消失。
通过对三相蓄热式电锅炉的有功功率进行调节，能对光伏引起的电网过压进行调节，保证电能质量。
进一步地，上述分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质中，方法还包括：若当三相蓄热式电锅炉的有功功率等于其额定功率时，过压现象仍然存在，就逐渐降低储能变流器向电网输送的有功功率，直至过压现象消失。
通过对储能系统的有功功率进行调节，能对光伏引起的电网过压进行进一步调节，保证电能质量。
进一步地，上述分布式光伏消纳方法、系统及计算机可读介质中，方法还包括：实时监测三相交流母线电压，当三相交流母线电压出现欠压现象时，逐渐增大储能变流器向电网输送的有功功率。
通过对储能系统的有功功率进行调节，能对电网欠压进行调节，保证电能质量。
附图说明
图1是本发明系统实施例中的分布式光伏消纳系统结构示意图；
图2是本发明系统实施例中的储能系统结构示意图；
图3是本发明系统实施例中的三相负荷不平衡调节方法流程图；
图4是本发明系统实施例中的过电压调节方法流程图；
图5是本发明系统实施例中的欠电压调节方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
分布式光伏消纳系统实施例：
本实施例提供了一种分布式光伏消纳系统，能够在保证电能质量的同时，消纳更多的光伏，降低弃光率。
如图1所示，本实施例的分布式光伏消纳系统包括三相蓄热式电锅炉、单相蓄热式电锅炉、储能系统、单相光伏逆变器和换相开关。其中，三相蓄热式电锅炉用于连接台区变压器低压侧母线；储能系统用于连接台区变压器低压侧母线；单相蓄热式电锅炉通过换相开关连接台区变压器低压侧母线的支路；单相光伏逆变器通过换相开关连接台区变压器低压侧母线的支路。
本实施例以将三相蓄热式电锅炉和储能系统连接在台区变压器低压侧母线上，以将单相蓄热式电锅炉和单相光伏逆变器通过换相开关连接台区变压器低压侧母线的支路为例，对分布式光伏消纳系统进行了详细介绍；作为其他实施方式，三相蓄热式电锅炉和储能系统还可以连接在其他类型的三相交流母线上，单相蓄热式电锅炉和单相光伏逆变器还可以通过换相开关连接三相交流母线。
如图1所示，本实施例的分布式光伏消纳系统中，一个单相光伏逆变器对应一个换相开关，一个单相蓄热式电锅炉对应一个换相开关，其中，换相开关的具体个数可根据实际需要设置。另外，单相光伏逆变器的输出端与换相开关连接的同时，还为电负荷供电，提高供电可靠性。
本实施例中，三相蓄热式电锅炉用于消纳分布式光伏和集中供暖；储能系统用于消纳分布式光伏和调节台区变压器低压侧母线电压；单相光伏逆变器用于产生分布式光伏电源；单相蓄热式电锅炉用于消纳分布式光伏和分散式供暖，例如对设施农业系统中一些分散布置的用于养殖花木的室内温室进行供暖。
如图2所示，储能系统包括：储能变流器(即PCS)、储能电池和BMS系统(即电池管理系统)。其中，储能变流器包括双向AC/DC变流器和PCS控制系统，双向AC/DC变流器的交流侧通过隔离变压器连接台区变压器低压侧母线，直流侧连接储能电池；BMS系统连接储能电池，用于监测储能电池的状态；PCS控制系统连接双向AC/DC变流器和BMS系统，能够根据储能电池的状态或根据接收到的控制指令控制双向AC/DC变流器对储能电池进行充放电，实现对分布式光伏的消纳和台区变压器低压侧母线电压的调节。
如图1所示，为了获取台区变压器低压侧母线的各支路电流，以对台区三相负荷不平衡进行监测，本实施例的分布式光伏消纳系统还包括电流采集模块，电流采集模块用于采集台区变压器低压侧母线的各支路电流。
如图1所示，为了实现对三相蓄热式电锅炉、储能系统、电流采集模块和换相开关的控制，以对电能质量进行调节，本实施例的分布式光伏消纳系统还包括台区集中控制器，台区集中控制器控制连接三相蓄热式电锅炉、储能系统、电流采集模块和换相开关，通讯方式为LoRa无线网络、Modbus规约。台区集中控制器中包括三相负荷不平衡调节模块、过电压调节模块和欠电压调节模块。
其中，三相负荷不平衡调节模块能够实现一种三相负荷不平衡调节方法，该方法用于在台区三相负荷不平衡的情况下，通过控制换相开关动作，解决三相负荷不平衡问题。三相负荷不平衡调节方法的具体流程如图3所示(以支路1为例进行详细介绍，支路2与此类似，不再多做说明)：
首先，实时监测支路1的负荷电流，计算支路1的电流不平衡度εIU，当εIU>10％时，表示支路1出现三相负荷不平衡；本实施例中，当εIU>10％时表示支路1出现三相负荷不平衡，作为其他实施方式，10％还可以根据实际需要调整为其他数值；
当εIU>10％时，分别计算支路1的三相电流IA、IB、IC，并求出三相电流中电流最大的相作为重载相，电流最小的相作为轻载相，即支路1重载相的电流IMAX＝max(IA，IB，IC)，轻载相的电流为IMIN＝min(IA，IB，IC)；
然后，通过将重载相的单相蓄热式电锅炉切换到轻载相，对三相负荷不平衡进行调节，具体迭代执行以下过程：从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，将该单相蓄热式电锅炉切换到轻载相；切换完成后，重新判断支路1是否存在三相负荷不平衡现象，若不存在，则代表三相负荷不平衡调节成功；若仍存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相蓄热式电锅炉的切换过程；其中，令当前重载相的第i个单相蓄热式电锅炉的换相开关电流为IMAXi，求min|IMAXi－Ihx|对应的i值，所得i值对应的就是当前重载相中换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，Ihx＝(IMAX－IMIN)/2；
若当支路1中所有的单相蓄热式电锅炉均切换完成后，支路1仍存在三相负荷不平衡现象，则通过将重载相的单相光伏逆变器切换到轻载相，对三相负荷不平衡进行调节，具体迭代执行以下过程：从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相光伏逆变器，将该单相光伏逆变器切换到轻载相；切换完成后，重新判断支路1是否存在三相负荷不平衡现象，若不存在，则代表三相负荷不平衡调节成功；若仍存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相光伏逆变器的切换过程；其中，令当前重载相的第k个单相光伏逆变器的换相开关电流为IMAXk，求min|IMAXk－Ihx＇|对应的k值，所得k值对应的就是当前重载相中换相开关电流最小的单相光伏逆变器，Ihx＇＝(IMAX－IMIN)/2；
当支路1中所有的单相光伏逆变器均切换完成后，三相负荷不平衡调节结束。
过电压调节模块能够实现一种过电压调节方法，该方法用于在台区变压器低压侧母线过压的情况下，通过调节三相蓄热式电锅炉和储能变流器的有功功率来增加变压器的输出功率，进而解决台区变压器低压侧母线过压问题。过电压调节方法的具体流程如图4所示：
首先，实时监测台区变压器低压侧母线电压是否过压，其中，当台区变压器低压侧母线实际电压UGABC与台区变压器低压侧母线额定电压UN的关系满足UGABC>K1UN时，表示出现过压；本实施例中K1＝1.1，作为其他实施方式，K1的值可根据实际需要调整；
当出现过压时，逐渐增大三相蓄热式电锅炉的有功功率，例如按固定步长逐次增大三相蓄热式电锅炉的有功功率PE：PE＝0.1mPEn，PEn代表三相蓄热式电锅炉的额定功率，m从1开始整数增加，m每加1就重新进行一次过压判断，若过压现象消失，就代表过压调节成功；其中，PE＝0.1mPEn中的系数0.1还可根据实际情况调整为其他数值；
若PE＝PEn时，过压现象仍然存在，就逐渐降低储能变流器向电网输送的有功功率，例如按固定步长逐次降低储能变流器的有功功率PPCS：PPCS＝PPCS0－0.1nPPCSn，PPCSn代表储能变流器的额定功率，PPCS0代表储能变流器的初始功率，n从1开始整数增加，n每加1就重新进行一次过压判断，若过压现象消失，就代表过压调节成功；其中，PPCS＝PPCS0－0.1nPPCSn中的系数0.1还可根据实际情况调整为其他数值；
当PPCS小于或等于0时，过压调节结束。
欠电压调节模块能够实现一种欠电压调节方法，该方法用于在台区变压器低压侧母线欠压的情况下，通过增大储能变流器向电网输送的有功功率来解决台区变压器低压侧母线欠压问题。欠电压调节方法的具体流程如图5所示：
首先，实时监测台区变压器低压侧母线电压是否欠压，其中，当台区变压器低压侧母线实际电压UGABC与台区变压器低压侧母线额定电压UN的关系满足UGABC<K2UN时，表示出现欠压；本实施例中K2＝0.9，作为其他实施方式，K2的值可根据实际需要调整；
当出现欠压时，逐渐增大储能变流器的有功功率，例如按固定步长逐次增大储能变流器的有功功率PPCS：PPCS＝PPCS0+0.1nPPCSn，n从1开始整数增加，n每加1就重新进行一次欠压判断，若欠压现象消失，就代表欠压调节成功；其中，PPCS＝PPCS0+0.1nPPCSn中的系数0.1还可根据实际情况调整为其他数值；
当PPCS大于或等于PPCSn时，欠压调节结束。
如图1所示，为了对分布式光伏消纳系统就地设备的遥测数据、遥信数据进行监测，本实施例的分布式光伏消纳系统还包括主站监控系统，主站监控系统通过调制解调器与台区集中控制器连接，其中，调制解调器与主站监控系统和台区集中控制器之间利用DNP3.0规约通讯，调制解调器之间利用无线网络通讯(例如4G网络)。
综上所述，本实施例的分布式光伏消纳系统利用三相蓄热式电锅炉、单相蓄热式电锅炉和储能系统消纳分布式光伏，能够对光伏引起的电网过压或欠压进行调节，保证电能质量；同时，该系统利用换相开关将单相光伏逆变器和单相蓄热式电锅炉接入三相交流母线，当出现三相负荷不平衡现象时，可以通过将重载相的单相光伏逆变器或单相蓄热式电锅炉切换到轻载相，对三相负荷不平衡进行调节，确保单相光伏逆变器可以继续产生光伏电源供三相蓄热式电锅炉、单相蓄热式电锅炉和储能系统消纳，与现有的光伏消纳系统相比，该系统在保证电能质量的前提下，避免了限制光伏逆变器出力或将光伏逆变器从电网中切除导致的弃光，降低了弃光率，能消纳更多的光伏。
分布式光伏消纳方法实施例：
本实施例基于分布式光伏消纳系统实施例中的分布式光伏消纳系统，提供了一种分布式光伏消纳方法，包括三相负荷不平衡调节方法、过电压调节方法和欠电压调节方法，分别见图3、图4和图5，各方法已在分布式光伏消纳系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
计算机可读存储介质实施例：
本实施例的计算机可读存储介质存储有实现分布式光伏消纳方法的计算机程序。分布式光伏消纳方法已经在分布式光伏消纳系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种分布式光伏消纳方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
当三相交流母线出现三相负荷不平衡现象时，找出重载相和轻载相；
然后，从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，将该单相蓄热式电锅炉切换到轻载相；切换完成后，重新判断三相负荷不平衡现象是否仍然存在，若不存在，则三相负荷不平衡调节成功；若存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相蓄热式电锅炉的切换过程；
该方法还包括：若所有的单相蓄热式电锅炉均切换完成后，三相负荷不平衡现象仍然存在，则从当前重载相中找出换相开关电流最小的单相光伏逆变器，将该单相光伏逆变器切换到轻载相；切换完成后，重新判断三相负荷不平衡现象是否仍然存在，若不存在，则三相负荷不平衡调节成功；若存在，则重新找出当前的重载相和轻载相，并重复单相光伏逆变器的切换过程；
所述找出换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉的过程为：令当前重载相的第i个单相蓄热式电锅炉的换相开关电流为IMAXi，求min|IMAXi－Ihx|对应的i值，所得i值对应的就是当前重载相中换相开关电流最小的单相蓄热式电锅炉，Ihx＝(IMAX－IMIN)/2，IMAX为当前重载相的电流值，IMIN为当前轻载相的电流值；
所述找出换相开关电流最小的单相光伏逆变器的过程为：令当前重载相的第k个单相光伏逆变器的换相开关电流为IMAXk，求min|IMAXk－Ihx＇|对应的k值，所得k值对应的就是当前重载相中换相开关电流最小的单相光伏逆变器，Ihx＇＝(IMAX－IMIN)/2，IMAX为当前重载相的电流值，IMIN为当前轻载相的电流值。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏消纳方法，其特征在于，该方法还包括：实时监测三相交流母线电压，当三相交流母线电压出现过压现象时，逐渐增大与三相交流母线连接的三相蓄热式电锅炉的有功功率，直至过压现象消失。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏消纳方法，其特征在于，该方法还包括：若当三相蓄热式电锅炉的有功功率等于其额定功率时，过压现象仍然存在，就逐渐降低储能变流器向电网输送的有功功率，直至过压现象消失。
4.根据权利要求1所述的分布式光伏消纳方法，其特征在于，该方法还包括：实时监测三相交流母线电压，当三相交流母线电压出现欠压现象时，逐渐增大储能变流器向电网输送的有功功率，直至欠压现象消失。
5.一种计算机可读介质，其特征在于，存储有实现如权利要求1-4中任一项所述的分布式光伏消纳方法的计算机程序。
6.一种分布式光伏消纳系统，其特征在于，包括三相蓄热式电锅炉、单相蓄热式电锅炉、储能系统、单相光伏逆变器、换相开关、信息采集单元和控制单元；
所述三相蓄热式电锅炉用于连接三相交流母线；
所述储能系统用于连接三相交流母线；
所述单相蓄热式电锅炉通过相应的换相开关连接三相交流母线；所述单相光伏逆变器通过相应的换相开关连接三相交流母线；
所述信息采集单元用于采集台区变压器低压侧母线的各支路电流，并将采集的电流信息传输给控制单元；
所述控制单元用于运行计算机程序，以实现如权利要求1-4中任一项所述的分布式光伏消纳方法。
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