CN110970890A - 一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统及方法，系统包括储能装置、负载功率监控装置、汽轮机功率监控装置以及总监控系统；汽轮机功率监控装置用于监控汽轮机组的发电功率P_机；负载功率监控装置用于监控负载功率P_L；总监控系统用于根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向储能装置发送控制指令，控制指令包括充电指令、待机指令以及放电指令；储能装置用于向总监控系统发送自身的荷容比SOC，并根据不同的控制指令执行相应的动作，当控制指令为充电指令时，储能装置从公共母线上吸收电能，为自身充电；当控制指令为放电指令时，储能装置向公共母线上释放电能；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能装置进入待机状态。

Description

一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电力运行调控技术领域，具体涉及一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统及方法。

背景技术

随着一带一路的发展，电力行业的发展逐渐走向东南亚国家，其独特的岛屿分布形成了多以孤网为运行方式的电网现状。孤网失去了大电网的支撑，其负荷的波动将直接影响其孤网的电能质量，即电压的幅值、频率及波形均无法达到电气设备的运行要求，难以保证产品的质量。

孤网运行的最突出特点在于对负荷的控制最终都转变为对频率的控制。现有的技术通过一次调频及二次调频来保障孤网中频率的恒定，但该种方法对调速系统的要求较高，且对于汽轮发电机组而言，更是存在以下难题：

Ⅰ.负荷在发生突降突升时，由于汽轮机的转速不能突变，故无法实现快速跟随负荷的波动进行调节；

Ⅱ.在大负荷变动情况下，负荷对汽轮机冲击很大，长期运行会造成汽轮机调速器损坏，甚至冲垮汽轮机正常工作状态。

Ⅲ.在负荷突降时，锅炉排汽频繁，噪音大，严重浪费煤气等燃气和水资源，增加成本的投入。

除了以上的常见问题之外，当孤网机组出现故障需要甩负荷时，机组往往需要停机，但在停机之后再次启动的时间较长，难以保证生产的效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统及方法，通过加入储能装置，综合利用机组自身调频机制，共同维持孤网的稳定运行，并在提高孤网运行的可靠性的同时降低其对资源的浪费，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，所述系统包括储能装置、负载功率监控装置、汽轮机功率监控装置以及总监控系统，所述储能装置、负载功率监控装置和汽轮机功率监控装置均与总监控系统连接；所述储能装置连接于该孤立电网用于输送电能的公共母线上；

所述汽轮机功率监控装置用于监控该孤立电网中投入运行的汽轮机组的发电功率P_机；所述负载功率监控装置用于监控该孤立电网中投入运行的所有负载功率P_L；

所述总监控系统用于根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向储能装置发送控制指令，所述控制指令包括充电指令、待机指令以及放电指令；

所述储能装置用于向总监控系统发送自身的荷容比SOC，并根据不同的控制指令执行相应的动作，当控制指令为充电指令时，储能装置从公共母线上吸收电能，为自身充电；当控制指令为放电指令时，储能装置向公共母线上释放电能；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能装置进入待机状态；

其中，所述荷容比SOC为储能装置剩余电量与其总容量的比值。

进一步地，所述总监控系统根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向对应的储能装置发送控制指令具体为：

当发电功率P_机等于负载功率P_L时，向系统所有储能装置发送待机指令；

当发电功率P_机大于负载功率P_L时，对系统所有储能装置进行荷容比SOC判断，判断储能装置的荷容比SOC是否小于该储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则向储能装置该发送充电指令；

当发电功率P_机小于负载功率P_L时，对系统所有储能装置进行荷容比SOC判断，判断储能装置的荷容比SOC是否大于等于该储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则向该储能装置发送放电指令。

进一步地，所述储能装置包括储能电池、控制单元和电池管理系统BMS，所述控制单元和电池管理系统BMS均与所述储能电池连接，所述储能电池通过控制单元连接于公共母线上；所述电池管理系统BMS还分别与控制单元以及总监控系统连接；

所述储能电池用于从公共母线上吸收电能或者向公共母线上释放电能；所述电池管理系统BMS用于监控储能电池的剩余电量与总容量，并通过所述剩余电量与总容量计算储能装置的荷容比SOC，即储能装置剩余电量与总容量的比值

所述控制单元用于根据总监控系统发送的控制指令控制储能电池执行相应的动作；当控制指令为充电指令时，控制单元控制储能电池从公共母线上吸收电能，使储能电池充电；当控制指令为放电指令时，控制单元控制储能电池向公共母线上释放电能，使储能电池放电；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能电池进入待机状态。

进一步地，所述控制单元包括控制器和具有整流和逆变两种工作状态的整流逆变器，所述储能电池通过所述整流逆变器与变压器连接，并通过所述变压器连接到公共母线上，所述控制器分别与电池管理系统BMS以及总监控系统连接，用以接收总监控系统的控制指令，所述控制器还与整流逆变器连接，用以通过所述控制指令控制整流逆变器在整流与逆变两种工作状态间进行切换。

进一步地，所述系统还包括耗能装置和第一接入控制装置，所述耗能装置通过第一接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第一接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制耗能装置与公共母线的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机大于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向第一接入控制装置发送第一接入指令，否则向第一接入控制装置发送第一断开指令

所述第一接入控制装置用于根据第一接入指令，控制耗能装置接入公共母线，根据第一断开指令，控制耗能装置与公共母线断开连接。

进一步地，所述总监控系统还用于，在向第一接入控制装置发送第一接入指令时，同时控制汽轮机的PCV阀开启。

进一步地，所述系统还包括第二接入控制装置，孤立电网中的备用电源通过第二接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第二接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制备用电源与公共母线的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，向第二接入控制装置发送第二接入指令，否则向第二接入控制装置发送第二断开指令

所述第二接入控制装置用于根据第二接入指令，控制备用电源接入公共母线，根据第二断开指令，控制备用电源与公共母线断开连接。

进一步地，所述系统还包括负载接入控制装置和备用电源监控装置，所述备用电源监控装置与备用电源连接，用于监控备用电源的功率并将备用电源的功率传输给总监控系统，所有负载均通过所述负载接入控制装置控制与公共母线的连接，所述负载接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制负载与公共母线之间的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断P_备是否大于等于P_L剩，若是，则直接向第二接入控制装置发送第二接入指令，否则，将负载接入控制装置发送减少负载接入控制指令，并在P_备等于P_L剩时，向负载接入控制装置发送停止指令并向第二接入控制装置发送第二接入指令，其中，P_备为备用电源的功率，P_L剩＝P_L-P_机；

所述负载接入控制装置用于根据减少负载接入控制指令，减少孤立电网中投入运行的负载接入量，根据停止指令暂停减少负载接入量。

作为本发明的第二方面，提供一种基于储能装置的孤立电网稳定控制方法，所述方法包括：

实时监测孤立电网的发电功率P_机、负载功率P_L以及储能装置荷容比SOC；

当发电功率P_机等于负载功率P_L时，控制储能装置处于待机指令；

当发电功率P_机大于负载功率P_L时，进一步判断储能装置的荷容比SOC是否小于储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于充电状态，为储能装置充电；

当发电功率P_机小于负载功率P_L时，进一步判断储能装置的荷容比SOC是否大于等于储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于放电状态，向孤立电网的公共母线上释放电能。

进一步地，所述方法还包括：

当发电功率P_机大于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向孤立电网的公共母线中接入耗能装置并控制汽轮机的PCV阀开启，通过耗能装置和汽轮机的PCV阀耗能孤立电网中的电能。

当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断P_备是否大于等于P_L剩，若是，直接将备用电源接入孤立电网的公共母线上，否则，减少负载接入量，直到P_备等于P_L剩时，停止减少负载接入量并将备用电源接入孤立电网的公共母线上；

其中，P_备为备用电源的功率，P_L剩＝P_L-P_机。

本发明具有以下有益效果：

在孤网运行中，由于脱离了大电网的支撑，任何设备的投入或投退、故障的发生均会对孤网的稳定运行产生冲击，同时由于机组本身的调节能力有限，将难以保障孤网的频率稳定，在传统的孤网控制中，孤网的波动多依赖于机组自身的一次调频、二次调频及PCV阀的结合使用，其中机组的自身调整的速度慢且只能应对孤网中的小波动，PCV阀的气体放散只能应对孤网负荷突降的工况，无法对应负荷突升的情况。此外，PCV阀的气体放散会造成大量资源的浪费。本发明中将储能装置与传统调控方法结合使用，将储能作为机组自身调节后的第一优先投入装置投入，而耗能装置及PCV阀的投入视储能装置的状态而定，储能装置能量的双向流动使得该种调控方案能够灵活的应对孤网负荷的各种工况，能够快速的为孤网提供有功无功支撑，也能作为负荷投入，快速的稳定机组的转速，提高了孤网的弹性，增强其应对孤网负荷波动的能力，同时降低资源的浪费，节省孤网运行的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统框架图；

图2为本发明实施例提供的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统接线图；

图3为本发明实施例提供的整流逆变器的电路图。

图4为本发明实施例提供的基于储能装置的孤立电网稳定控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，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。

如图1所示，作为本发明的第一实施例，提供一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，所述系统包括储能装置、负载功率监控装置、汽轮机功率监控装置以及总监控系统，所述储能装置、负载功率监控装置和汽轮机功率监控装置均与总监控系统连接；所述储能装置连接于该孤立电网用于输送电能的公共母线上，孤立电网中的所有汽轮机均连接于所述公共母线上，通过公共母线以及后续变压器变压后将电能输送给孤立电网中投入运行的所有负载。

所述汽轮机功率监控装置用于监控该孤立电网中投入运行的汽轮机组的发电功率P_机；所述负载功率监控装置用于监控该孤立电网中投入运行的所有负载功率P_L；

所述总监控系统用于根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向储能装置发送控制指令，所述控制指令包括充电指令、待机指令以及放电指令；

所述储能装置用于向总监控系统发送自身的荷容比SOC，并根据不同的控制指令执行相应的动作，当控制指令为充电指令时，储能装置从公共母线上吸收电能，为自身充电，从而消耗电网部分能量；当控制指令为放电指令时，储能装置向公共母线上释放电能，向电网提供部分能量；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能装置进入待机状态；

其中，所述荷容比SOC为储能装置剩余电量与其总容量的比值。

其中，所述总监控系统根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向对应的储能装置发送控制指令具体为：

当发电功率P_机等于负载功率P_L时，向系统所有储能装置发送待机指令；

当发电功率P_机大于负载功率P_L时，对系统所有储能装置进行荷容比SOC判断，判断储能装置的荷容比SOC是否小于该储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则向储能装置该发送充电指令；

当发电功率P_机小于负载功率P_L时，对系统所有储能装置进行荷容比SOC判断，判断储能装置的荷容比SOC是否大于等于该储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则向该储能装置发送放电指令。

其中，所述储能装置可以为一个或多个，多个储能装置均由总监控系统进行控制，总监控系统可基于每个储能装电池的SOC状态实现不同进行差异性功率放电，该种方式在保证储能装置的效率以外能够更好的保障储能装置的使用寿命。

在本发明中通过使用储能装置来协调控制孤网的稳定运行，但由于孤网的波动较为频繁，储能装置的费用也较为昂贵，故本发明考虑储能装置的使用寿命及周期内孤网运行的总费用C_total对储能装置的SOC进行控制。周期内孤网运行的总费用包括孤网波动导致资源损失的费用C_loss、维持孤网运行所需的费用C_work以及孤网设备的维护费用C_repair，其中C_repair中包含储能装置的维护及更换费用C_storge及其他电气设备常规维护费用C_other，根据以上内容则有：

上式中，维持孤网运行所需的费用C_work及其他电气设备常规维护费用C_other根据孤网工程量所确定，视为已知项。而C_loss及C_storge将与储能装置的出力及使用寿命有关，可表达为：

在保证孤网稳定运行的前提下，为达到最优化其孤网运行的调整方案及最小化孤网运行费用的目的，构造优化目标函数及约束条件如下：

式中，C₁为孤网波动导致资源损失的费用所能承受的最大值；C₂为孤网设备的维护费用所能承受最大值；α、β分别为储能装置荷容比所能承受的最小、最大值，α、β的取值考虑孤网运行特性及浅充浅放、深充深放对不同类型储能装置使用寿命的影响进行选择。

通过对目标函数的优化可得到适用于该孤网中储能装置的最佳荷容比SOC_best，应用于协调控制的案中，控制投入储能装置的投入方式及投入时间，使得储能装置在充电状态时达到SOC_best后将投入耗能装置及PCV阀，达到最优化稳定孤网运行目的。

优选地，所述储能装置包括储能电池、控制单元和电池管理系统BMS，所述控制单元和电池管理系统BMS均与所述储能电池连接，所述储能电池通过控制单元连接于公共母线上；所述电池管理系统BMS还分别与控制单元以及总监控系统连接；

所述储能电池用于从公共母线上吸收电能或者向公共母线上释放电能；所述电池管理系统BMS用于监控储能电池的剩余电量与总容量，并通过所述剩余电量与总容量计算储能装置的荷容比SOC，即储能装置剩余电量与总容量的比值

所述控制单元用于根据总监控系统发送的控制指令控制储能电池执行相应的动作；当控制指令为充电指令时，控制单元控制储能电池从公共母线上吸收电能，使储能电池充电；当控制指令为放电指令时，控制单元控制储能电池向公共母线上释放电能，使储能电池放电；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能电池进入待机状态。

如图2所示，优选地，所述控制单元包括控制器和具有整流和逆变两种工作状态的整流逆变器，所述储能电池通过所述整流逆变器与变压器连接，并通过所述变压器连接到公共母线上，所述控制器分别与电池管理系统BMS以及总监控系统连接，用以接收总监控系统的控制指令，所述控制器还与整流逆变器连接，用以通过所述控制指令控制整流逆变器在整流与逆变两种工作状态间进行切换。

所述整流逆变器由晶闸管VT1至VT6组成，六个晶闸管的门极均与控制器连接，如图3所示，晶闸管VT4的阴极与晶闸管VT1的阳极连接，其节点接入ABC三相线路的A相，晶闸管VT6的阴极与晶闸管VT3的阳极连接，其节点接入ABC三相线路的B相，VT2的阴极与晶闸管VT5的阳极连接，其节点接入ABC三相线路的C相，晶闸管VT4、晶闸管VT6以及晶闸管VT2的阳极均与储能电池的正极连接，晶闸管VT1、晶闸管VT3以及晶闸管VT5的阴极均与储能电池的负极连接。通过控制器控制晶闸管VT1至VT6的通断状态，实现逆变与整流功能，当潮流由三相线路流向负载侧时为整流状态，晶闸管导通角范围为0°到90°，导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。当负载侧存在直流电源时，潮流可以从直流电源流向ABC三相线路，此时晶闸管导通角为90°到180°，导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。其中，以上晶闸管只作为示例，可由全控型电力电子器件替代。

作为本发明的另一实施例，提供另一种整流逆变器的方案，所述整流逆变器包括逆变器、整流器、第一功率开关管和第二功率开关管，所述控制器分别与电池管理系统BMS以及总监控系统连接，用以接收总监控系统的控制指令，所述第一功率开关管和第二功率开关管均与所述控制器连接，用于接收控制器的控制指令，所述储能电池通过第一功率开关管与整流器连接，通过第二功率开关管与逆变器连接，所述逆变器和整流器均通过变压器连接于公共母线上，所述控制指令为控制第一功率开关管以及第二功率开关管通断的控制指令，所述充电指令包括第一功率开关管导通指令和第二功率开关管关断指令，所述控制器根据充电指令控制第一功率开关管导通且第二功率开关管关断，使储能电池通过整流器接入公共母线；所述放电指令包括第一功率开关管关断指令和第二功率开关管导通指令，所述控制器根据放电指令控制第一功率开关管关断且第二功率开关管管导，使储能电池通过逆变器接入公共母线；所述待机指令包括第一功率开关管关断指令和第二功率开关管关断指令，所述控制器根据待机指令控制第一功率开关管和第二功率开关管均关断。

其中，所述放电指令和充电指令中还包括导通角信息，通过导通角信息控制充放电的速度。

优选地，所述储能装置可以为一个或多个，当储能装置为多个时，多个储能装置均由总监控系统监控，并基于各储能装置的荷容比SOC情况进行单独控制。

上述实施例中，储能装置包含储能电池和整流逆变器，是一个电能可双向流通的装置。通过电池管理系统BMS实时采集储能电池的SOC，并通过控制器可以实现对储能装置的充放电控制，同时考虑储能装置中储能电池的差异性，实现储能装置高效的应用于稳定孤网的运行之中。

优选地，所述系统还包括耗能装置和第一接入控制装置，所述耗能装置通过第一接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第一接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制耗能装置与公共母线的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机大于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向第一接入控制装置发送第一接入指令，否则向第一接入控制装置发送第一断开指令

所述第一接入控制装置用于根据第一接入指令，控制耗能装置接入公共母线，根据第一断开指令，控制耗能装置与公共母线断开连接。

优选地，所述总监控系统还用于，在向第一接入控制装置发送第一接入指令时，同时控制汽轮机的PCV阀开启。

本发明储能装置在稳定孤网运行中的应用方法区别于传统的孤网稳定方法，其通过结合传统的调控手段及储能技术实现对孤网电压频率的调控。在孤网中负荷出现较大突降时，由储能装置储存一部分电能，同时可通过系统中的PCV阀及耗能装置消耗部分能量，降低能源的浪费；在孤网中负荷出现较大突升时，此时由于汽轮机组及只能实现3％Pe/min(Pe为机组的额定功率)的调整，调整时间过长难以满足要求，此时储能装置作为电源释放电能，维持母线电压及频率的稳定。储能装置的应用提高了孤网运行的弹性。同时当孤网处于停机启动过程时，储能装置也能为其提供外部电源，协助机组快速启动，提高了孤网的可靠性。

优选地，所述系统还包括第二接入控制装置，孤立电网中的备用电源通过第二接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第二接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制备用电源与公共母线的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，向第二接入控制装置发送第二接入指令，否则向第二接入控制装置发送第二断开指令

所述第二接入控制装置用于根据第二接入指令，控制备用电源接入公共母线，根据第二断开指令，控制备用电源与公共母线断开连接。

其中，所述第一接入控制装置和第一接入控制装置均可以为功率开关管。

优选地，所述系统还包括负载接入控制装置和备用电源监控装置，所述备用电源监控装置与备用电源连接，用于监控备用电源的功率并将备用电源的功率传输给总监控系统，所有负载均通过所述负载接入控制装置控制与公共母线的连接，所述负载接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制负载与公共母线之间的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断P_备是否大于等于P_L剩，若是，则直接向第二接入控制装置发送第二接入指令，否则，将负载接入控制装置发送减少负载接入控制指令，并在P_备等于P_L剩时，向负载接入控制装置发送停止指令并向第二接入控制装置发送第二接入指令，其中，P_备为备用电源的功率，P_L剩＝P_L-P_机；

所述负载接入控制装置用于根据减少负载接入控制指令，减少孤立电网中投入运行的负载接入量，根据停止指令暂停减少负载接入量。

本发明中将储能装置与传统调控方法结合使用，将储能作为机组自身调节后的第一优先投入装置投入，并加入耗能装置以及孤立电网系统自身的PCV阀以及备用电源进行结合调控，耗能装置、PCV阀以及备用电源的投入视储能装置的状态而定，储能装置能量的双向流动使得该种调控方案能够灵活的应对孤网负荷的各种工况，能够快速的为孤网提供有功无功支撑，也能作为负荷投入，快速的稳定机组的转速，提高了孤网的弹性，增强其应对孤网负荷波动的能力，同时降低资源的浪费，节省孤网运行的成本。

如图4所示，作为本发明的再另一实施例，提供一种基于储能装置的孤立电网稳定控制方法，所述方法包括：

实时监测孤立电网的发电功率P_机、负载功率P_L以及储能装置荷容比SOC；

当发电功率P_机等于负载功率P_L时，控制储能装置处于待机指令；

当发电功率P_机大于负载功率P_L时，进一步判断储能装置的荷容比SOC是否小于储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于充电状态，为储能装置充电；

当发电功率P_机小于负载功率P_L时，进一步判断储能装置的荷容比SOC是否大于等于储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于放电状态，向孤立电网的公共母线上释放电能。

当发电功率P_机大于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向孤立电网的公共母线中接入耗能装置并控制汽轮机的PCV阀开启，通过耗能装置和汽轮机的PCV阀耗能孤立电网中的电能。

当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断P_备是否大于等于P_L剩，若是，直接将备用电源接入孤立电网的公共母线上，否则，减少负载接入量，直到P_备等于P_L剩时，停止减少负载接入量并将备用电源接入孤立电网的公共母线上；

其中，P_备为备用电源的功率，P_L剩＝P_L-P_机。

本发明可充分利用孤立电网的各种资源，通过储能装置、耗能装置以及机组自身资源对孤立电网进行综合调节，该种调控方案能够灵活的应对孤网负荷的各种工况，能够快速的为孤网提供有功无功支撑，也能作为负荷投入，快速的稳定机组的转速，提高了孤网的弹性，增强其应对孤网负荷波动的能力，同时降低资源的浪费，节省孤网运行的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述系统包括储能装置、负载功率监控装置、汽轮机功率监控装置以及总监控系统，所述储能装置、负载功率监控装置和汽轮机功率监控装置均与总监控系统连接；所述储能装置连接于该孤立电网用于输送电能的公共母线上；

所述汽轮机功率监控装置用于监控该孤立电网中投入运行的汽轮机组的发电功率P_机；所述负载功率监控装置用于监控该孤立电网中投入运行的所有负载功率P_L；

所述总监控系统用于根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向储能装置发送控制指令，所述控制指令包括充电指令、待机指令以及放电指令；

所述储能装置用于向总监控系统发送自身的荷容比SOC，并根据不同的控制指令执行相应的动作，当控制指令为充电指令时，储能装置从公共母线上吸收电能，为自身充电；当控制指令为放电指令时，储能装置向公共母线上释放电能；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能装置进入待机状态；

其中，所述荷容比SOC为储能装置剩余电量与其总容量的比值。

2.根据权利要求1所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述总监控系统根据发电功率P_机、负载功率P_L结合储能装置的荷容比SOC向对应的储能装置发送控制指令具体为：

当发电功率P_机等于负载功率P_L时，向系统所有储能装置发送待机指令；

当发电功率P_机大于负载功率P_L时，对系统所有储能装置进行荷容比SOC判断，判断储能装置的荷容比SOC是否小于该储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则向储能装置该发送充电指令；

当发电功率P_机小于负载功率P_L时，对系统所有储能装置进行荷容比SOC判断，判断储能装置的荷容比SOC是否大于等于该储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则向该储能装置发送放电指令。

3.根据权利要求1所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述储能装置包括储能电池、控制单元和电池管理系统BMS，所述控制单元和电池管理系统BMS均与所述储能电池连接，所述储能电池通过控制单元连接于公共母线上；所述电池管理系统BMS还分别与控制单元以及总监控系统连接；

所述储能电池用于从公共母线上吸收电能或者向公共母线上释放电能；所述电池管理系统BMS用于监控储能电池的剩余电量与总容量，并通过所述剩余电量与总容量计算储能装置的荷容比SOC，即储能装置剩余电量与总容量的比值

所述控制单元用于根据总监控系统发送的控制指令控制储能电池执行相应的动作；当控制指令为充电指令时，控制单元控制储能电池从公共母线上吸收电能，使储能电池充电；当控制指令为放电指令时，控制单元控制储能电池向公共母线上释放电能，使储能电池放电；当控制指令为待机指令时，控制单元控制储能电池进入待机状态。

4.根据权利要求3所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述控制单元包括控制器和具有整流和逆变两种工作状态的整流逆变器，所述储能电池通过所述整流逆变器与变压器连接，并通过所述变压器连接到公共母线上，所述控制器分别与电池管理系统BMS以及总监控系统连接，用以接收总监控系统的控制指令，所述控制器还与整流逆变器连接，用以通过所述控制指令控制整流逆变器在整流与逆变两种工作状态间进行切换。

5.根据权利要求2所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述系统还包括耗能装置和第一接入控制装置，所述耗能装置通过第一接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第一接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制耗能装置与公共母线的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机大于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向第一接入控制装置发送第一接入指令，否则向第一接入控制装置发送第一断开指令

所述第一接入控制装置用于根据第一接入指令，控制耗能装置接入公共母线，根据第一断开指令，控制耗能装置与公共母线断开连接。

6.根据权利要求5所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述总监控系统还用于，在向第一接入控制装置发送第一接入指令时，同时控制汽轮机的PCV阀开启。

7.根据权利要求2所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述系统还包括第二接入控制装置，孤立电网中的备用电源通过第二接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第二接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制备用电源与公共母线的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，向第二接入控制装置发送第二接入指令，否则向第二接入控制装置发送第二断开指令

所述第二接入控制装置用于根据第二接入指令，控制备用电源接入公共母线，根据第二断开指令，控制备用电源与公共母线断开连接。

8.根据权利要求7所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，其特征在于，所述系统还包括负载接入控制装置和备用电源监控装置，所述备用电源监控装置与备用电源连接，用于监控备用电源的功率并将备用电源的功率传输给总监控系统，所有负载均通过所述负载接入控制装置控制与公共母线的连接，所述负载接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制负载与公共母线之间的连接或断开；

所述总监控系统还用于，当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断P_备是否大于等于P_L剩，若是，则直接向第二接入控制装置发送第二接入指令，否则，将负载接入控制装置发送减少负载接入控制指令，并在P_备等于P_L剩时，向负载接入控制装置发送停止指令并向第二接入控制装置发送第二接入指令，其中，P_备为备用电源的功率，P_L剩＝P_L-P_机；

所述负载接入控制装置用于根据减少负载接入控制指令，减少孤立电网中投入运行的负载接入量，根据停止指令暂停减少负载接入量。

9.一种基于储能装置的孤立电网稳定控制方法，其特征在于，所述方法包括：

实时监测孤立电网的发电功率P_机、负载功率P_L以及储能装置荷容比SOC；

当发电功率P_机等于负载功率P_L时，控制储能装置处于待机指令；

当发电功率P_机大于负载功率P_L时，进一步判断储能装置的荷容比SOC是否小于储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于充电状态，为储能装置充电；

当发电功率P_机小于负载功率P_L时，进一步判断储能装置的荷容比SOC是否大于等于储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于放电状态，向孤立电网的公共母线上释放电能。

10.根据权利要求9所述的基于储能装置的孤立电网稳定控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当发电功率P_机大于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向孤立电网的公共母线中接入耗能装置并控制汽轮机的PCV阀开启，通过耗能装置和汽轮机的PCV阀耗能孤立电网中的电能。

当发电功率P_机小于负载功率P_L且储能装置的荷容比SOC小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断P_备是否大于等于P_L剩，若是，直接将备用电源接入孤立电网的公共母线上，否则，减少负载接入量，直到P_备等于P_L剩时，停止减少负载接入量并将备用电源接入孤立电网的公共母线上；

其中，P_备为备用电源的功率，P_L剩＝P_L-P_机。

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