CN111162527A - 一种含储能的柔性开关一体装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种含储能的柔性开关一体装置及其控制方法，一体装置包括柔性开关以及与柔性开关电连接的储能设备，所述储能设备的充电端连接柔性开关的直流侧，所述储能设备的放电端与柔型开关并联连接用于连接至控制线路的馈线端，所述储能设备用于根据柔性开关控制的线路的功率计算，为柔性开关连接的线路提供电能或者存储电能。可以实现不同馈线之间能量的转移，还可以对能量进行存储和利用，形成一个完整的能量单元。在配电网负载均衡，削峰填谷，提高新能源渗透率方面有重要作用。

Description

一种含储能的柔性开关一体装置及其控制方法

技术领域

本公开涉及电力系统及其自动化相关技术领域，具体的说，是涉及一种含储能的柔性开关一体装置及其控制方法，尤其是一种在配电网中应用的含储能的柔性开关设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着分布式能源大量接入，配电网功率流向更为复杂，负载波动更为明显，电压越限问题更为突出。为保证配电网正常运行并提高新能源的渗透率，较好的解决办法是在已有配电网基础上采用新型电力设备对配电网运行进行优化。

传统柔性开关作为一种定制化配电网灵活交流输电设备，能够在已有配电网基础上实现不同馈线之间“软连接”，能够精确控制功率。柔型开关设置在线路中可以实现不同馈线之间的功率均衡，传统的柔性开关调节能力有限。并不能实现各个馈线之间的有效调节。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种含储能的柔性开关一体装置及其控制方法，含储能的柔性开关一体装置，不仅可以实现不同馈线之间能量的转移，还可以对能量进行存储、利用，形成一个完整的能量单元。在配电网负载均衡，削峰填谷，提高新能源渗透率方面有重要作用。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种含储能的柔性开关一体装置，包括柔性开关以及与柔性开关电连接的储能设备，所述储能设备的充电端连接柔性开关的直流侧，所述储能设备的放电端与柔型开关并联连接用于连接至控制线路的馈线端，所述储能设备用于根据柔性开关控制的线路的功率计算，为柔性开关连接的线路提供电能或者存储电能。

一种配电网含储能的柔性开关一体装置的控制方法，柔性开关及其连接的储能设备并联连接多个馈线，包括配电网正常运行和配电网发生故障两种情况下的柔型开关的控制方法，包括如下步骤：

获取连接馈线的电路参数数据，根据电路参数数据计算需要转移的功率值；

判断需要转移的功率值是否在柔性开关以及储能设备的调整范围内，如果是，通过柔性开关和储能设备调整各个馈线之间的功率，按照各个馈线的功率转移量进行功率转移；否则，根据各个馈线所需转移的功率量生成各个馈线的调整占比，按照调整占比均衡调节各个馈线的功率值。

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求上述方法所述的步骤。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开的含储能的柔性开关一体装置及控制方法，不仅可以实现不同馈线之间能量的转移，还可以对能量进行存储、利用，形成一个完整的能量单元。在配电网负载均衡，削峰填谷，提高新能源渗透率方面有重要作用。

通过本公开的控制方法在配电网正常运行时，通过储能装置提高柔性开关负载均衡能力，减少柔性开关损耗，增加新能源的渗透率。在配电网发生故障时，通过柔性开关能够将发生故障的馈线隔离，同时按照充电比例为故障侧送电，避免故障区域扩大。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的一种含储能的柔性开关一体装置连接馈线网络的示意图；

图2是本公开实施例1的配电网正常运行时含储能的柔性开关控制方法流程图；

图3是本公开实施例1的配电网发生故障时含储能的柔性开关控制方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种含储能的柔性开关一体装置，包括柔性开关以及与柔性开关电连接的储能设备，所述储能设备的充电端连接柔性开关的直流侧，所述储能设备的放电端与柔型开关并联连接用于连接至控制线路的馈线端，所述储能设备用于根据柔性开关控制的线路的功率计算，为柔性开关连接的线路提供电能或者存储电能。

进一步的，所述柔性开关可以为变流器，具体的可以采用三相背靠背电压源型变流器，也可以根据电压等级和额定容量等要求，采用其他拓扑结构如Y型大功率模块化多电平变流器。

作为进一步的改进，所述储能设备用于存储电能，可以采用全钒液流电池，也可以采用其他可靠的储能装置如铅炭电池组。

作为一种可实施的方案，含储能的柔性开关一体装置可以安装在馈线的末端，还包括主控制器和设置在馈线上的电压互感器、电流互感器以及连接储能设备的电池容量检测装置，所述主控制器分别与柔性开关、电压互感器、电流互感器和电池容量检测装置分别连接。电压互感器、电流互感器以及连接储能设备的电池容量检测装置将检测数据传输至主控制器，主控制器通过数据处理得到每条馈线末端的有功功率值和额定容量、柔性开关的额定容量、储能设备的额定容量和可充电容量对柔性开关运行状态进行控制。

本实施例还提供一种配电网含储能的柔性开关一体装置的控制方法，柔性开关及其连接的储能设备并联连接多个馈线，在配电网正常运行和配电网发生故障两种情况下，含储能的柔性开关有不同的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、获取连接馈线的电路参数数据，根据电路参数数据计算需要转移的功率值；

步骤2、判断需要转移的功率值是否在柔性开关以及储能设备的调整范围内，如果是，通过柔性开关和储能设备调整各个馈线之间的功率，按照各个馈线的功率转移量进行功率转移；否则，根据各个馈线所需转移的功率量生成各个馈线的调整占比，按照调整占比均衡调节各个馈线的功率值。

当配电网正常运行时含储能的柔性开关控制方法，包括：

步骤11、获取每条馈线末端的有功功率值和额定功率值，根据获取的数据计算每条馈线末端的有功功率期望值；

步骤12、根据获得的有功功率期望值，获得每条馈线需要转移的功率值；

步骤13、计算所有馈线的需要转移的功率值之和ΔP_iSum；

步骤14、根据ΔP_iSum与柔性开关额定容量以及储能设备的储能容量大小关系，根据各个馈线的所需转移的功率量生成各个馈线的调整占比，按照调整占比均衡调节各个馈线的功率值。

步骤11中，每条馈线末端的有功功率期望值的计算公式可以如下：

其中，式(1)中P_iexp为馈线i末端有功功率期望值，P_i为馈线i末端有功功率值，S_Ni为馈线i的额定功率。

每条馈线需要转移的功率值，可以为：

ΔP_i＝P_iexp-P_i (2)

其中，式(2)中ΔP_i为需要转移的功率值。其中ΔP_i可正可负，所有馈线的功率值ΔP_i之和等于0，需要转移的功率ΔP_iSum为ΔP_i中所有正项累加之和。

作为进一步的技术方案，所述按照各个馈线的调整占比均衡调节各个馈线的功率值的方法可以具体如下：

(1)当ΔP_iSum不大于柔性开关额定容量，由柔型开关以每个馈线的需要转移的功率值作为调整量，调整各个馈线的功率值，即：

ΔP_iSum≤SOP_N (3)

则根据ΔP_i，调整各馈线功率值。式(3)中SOP_N为柔性开关额定容量，所述柔性开关的额定容量为柔性开关可调整的最大功率值。

(2)当ΔP_iSum大于柔性开关额定容量并且不大于储能设备可充电容量与柔性开关额定容量之和，由柔性开关和储能设备协同调整各馈线功率值，即：

SOP_N<ΔP_iSum≤SOP_N+E_S (4)

则根据ΔP_i，由柔性开关和储能设备协同调整各馈线功率值。式(4)中E_S为储能设备可充电容量。

由柔性开关和储能设备协同调整各馈线功率值具体可以为：有柔性开关在柔性开关的调整容量范围内调整各个馈线之间的功率，同时超出柔性开关的额定容量部分通过并联连接的储能设备为各个馈线提供电能。

(3)当ΔP_iSum大于储能设备可提供的充电容量与柔性开关额定容量之和，设定调整系数，以每个馈线的需要转移的功率值与调整系数的积作为调整量，由柔性开关和储能设备协同调整各个馈线的功率值，所述调整系数对ΔP_iSum调整后满足不大于储能设备可提供的充电容量与柔性开关额定容量之和，即：

SOP_N+E_S<ΔP_iSum (5)

则对ΔP_iSum乘以比例系数a，使得aΔP_iSum满足SOP_N<aΔP_iSum≤SOP_N+E_S。再根据aΔP_i，由柔性开关和储能设备协同调整各馈线功率值。通过设定调整系数可以均衡的对每个馈线的功率都有调整，虽然此时馈线负载是不完全均衡的，但是可以最大限度的满足馈线的功率平衡，提高电力系统运行的稳定性。

新能源在某一条馈线接入并且储能装置还有充电容量，则可以对储能装置经行充电，提高新能源的渗透率。

当配电网发生故障时含储能的柔性开关控制方法，包括：

通过柔性开关进行故障隔离，保证非故障侧负载正常运行。

对故障侧靠近馈线末端负载恢复供电，馈线末端负载恢复供电的柔性开关控制方法具体为：

步骤21、获取故障侧每个馈线负载恢复供电需要的有功功率值；

步骤22、计算所有待恢复供电的馈线的有功功率值的和P_E，作为恢复供电总功率值；

步骤23、根据恢复供电总功率值与柔性开关额定容量以及储能设备的储能容量大小关系，根据各个馈线回复供电所需的功率量生成各个馈线的充电占比，按照充电占比均衡调节各个馈线的功率值。

可选的，可以通过检测装置测得每个负载需要恢复的有功功率值，并累加得P_E，通过步骤23实现均衡为故障侧的负载供电，包括：

1)如果P_E不大于柔性开关额定容量，以P_E为调调整量，由柔型开关对故障侧负载恢复供电，调整柔性开关连接的其他馈线的功率值向故障侧负载转移。

即：

P_E≤SOPN (6)

则仅由柔性开关对故障侧负载恢复供电。

2)如果P_E大于柔性开关额定容量并且不大于储能设备可提供电量与柔性开关额定容量之和，由柔性开关和储能设备协同调整对故障侧恢复供电，即：

SOP_N＜P_E≤SOP_N+E_N-E_S (7)

则由柔性开关和储能设备协同对故障侧恢复供电。式(7)中E_N为储能设备的额定容量。

3)如果P_E大于储能设备可提供电量与柔性开关额定容量之和，设定比例系数b使得bP_E不大于储能设备可提供电量与柔性开关额定容量之和，以每条馈线的需要的功率值与比例系数的积作为供电量，由柔性开关和储能装置协同对故障侧恢复供电。即：

SOP_N+E_N-E_S＜P_E (8)

则对P_E乘以比例系数b，使bP_E满足SOP_N＜bP_E≤SOP_N+E_N-E_S，再由柔性开关和储能装置协同对故障侧恢复供电，但此时无法对故障侧完全恢复供电。

充电设备的充电系数可以根据需要设备，所述充电系数是与可充电容量E_S相关的量，此外，用户需要权衡正常运行负载均衡能力和故障恢复能力的重要性，可以设定充电系数D(0<D<1)。如果配电网极少发生故障，或者更为看重负载均衡能力，可以将充电系数设定值接近于0。这样可以在配电网正常运行时，馈线之间转移更多的能量。如果更看重故障恢复能力，可以将充电系数设定值接近于1，这样可以在发生故障时，故障侧有更多的负载恢复供电。

下面以两条馈线的功率调节进行说明，图1是本公开提供的一种含储能的柔性开关在两端馈线网络应用的示意图。它的两端是两条新能源接入的馈线。采用两条馈线仅仅是为了说明简单，而不是对本公开的限制。本公开可以应用在多端馈线相连的配电网。

图2提供了配电网正常运行时含储能的柔性开关控制方法流程图。控制方法包括：

首先根据用户对负载均衡能力和故障恢复能力的需求，设定充电系数D。为说明问题，将D设定为0.5。此时认为负载均衡能力和故障恢复能力同等重要，正常情况下将储能装置的能量维持在额定容量的50％。

接着，由检测装置检测馈线1和馈线2的有功功率实际值P₁和P₂，额定容量S₁和S₂根据公式(1)计算:

据此，根据公式(2)计算转移功率:

ΔP₁＝P_1epx-P₁

ΔP₂＝P_2epx-P₂

假设ΔP₁为正，ΔP₂为负。如果ΔP₁≤SOP_N则仅通过柔性开关由馈线2向馈线1传输的有功功率值为ΔP₁。

如果SOP_N＜ΔP₁≤SOP_N+E_S，则通过柔性开关由馈线2向馈线1传输的有功功率值为SOP_N，通过储能设备传输的有功功率的值为ΔP₁-SOP_N。

如果SOP_N+E_S＜ΔP₁，则对ΔP₁乘以比例系数a使SOP_N＜aΔP₁≤SOP_N+E_S，则通过柔性开关由馈线2向馈线1传输的有功功率值为SOP_N，通过储能设备传输的有功功率的值为aΔP₁-SOP_N。

图3提供了配电网发生故障时含储能的柔性开关控制方法流程图。

假设馈线1发生故障，控制方法包括：

首先设定充电系数，设定方法同上。

接着，通过检测装置检测馈线1靠近馈线2侧没有发生故障的负载有功功率值，累加得P_E。

如果P_E≤SOP_N，则通过柔性开关由馈线2向馈线1传输的有功功率值为P_E。

如果SOP_N＜P_E≤SOP_N+E_N-E_S则通过柔性开关由馈线2向馈线1传输的有功功率值为SOP_N，通过储能设备向馈线1提供的有功功率为P_E-SOP_N。

如果SOP_N+E_N-E_S＜P_E，则对P_E乘以比例系数b，使得SOP_N＜bP_E≤SOP_N+E_N-E_S。则通过柔性开关由馈线2向馈线1传输的有功功率值为SOP_N，通过储能设备向馈线1提供的有功功率为bP_E-SOP_N。

实施例2

本实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1的方法所述的步骤。

实施例3

本实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1的方法所述的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种含储能的柔性开关一体装置，其特征是：包括柔性开关以及与柔性开关电连接的储能设备，所述储能设备的充电端连接柔性开关的直流侧，所述储能设备的放电端与柔型开关并联连接用于连接至控制线路的馈线端，所述储能设备用于根据柔性开关控制的线路的功率计算，为柔性开关连接的线路提供电能或者存储电能。

2.如权利要求1所述的一种含储能的柔性开关一体装置，其特征是：柔性开关连接多个馈线末端，还包括主控制器和设置在馈线上的电压互感器、电流互感器以及连接储能设备的电池容量检测装置，所述主控制器分别与柔性开关、电压互感器、电流互感器和电池容量检测装置分别连接。

3.如权利要求1所述的一种含储能的柔性开关一体装置，其特征是：所述柔性开关可以为变流器，为三相背靠背电压源型变流器或者多电平变流器；

或者，储能设备的电能存储部件为全钒液流电池或者为铅炭电池组。

4.一种配电网含储能的柔性开关一体装置的控制方法，其特征是：柔性开关及其连接的储能设备并联连接多个馈线，包括配电网正常运行和配电网发生故障两种情况下的柔型开关的控制方法，包括如下步骤：

获取连接馈线的电路参数数据，根据电路参数数据计算需要转移的功率值；

判断需要转移的功率值是否在柔性开关以及储能设备的调整范围内，如果是，通过柔性开关和储能设备调整各个馈线之间的功率，按照各个馈线的功率转移量进行功率转移；否则，根据各个馈线所需转移的功率量生成各个馈线的调整占比，按照调整占比均衡调节各个馈线的功率值。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征是：

当配电网正常运行时，含储能的柔性开关控制方法，包括：

获取每条馈线末端的有功功率值和额定功率值，根据获取的数据计算每条馈线末端的有功功率期望值；

根据获得的有功功率期望值，获得每条馈线需要转移的功率值；

计算所有馈线的需要转移的功率值之和ΔP_iSum；

根据ΔP_iSum与柔性开关额定容量以及储能设备的储能容量大小关系，根据各个馈线的所需转移的功率量生成各个馈线的调整占比，按照调整占比均衡调节各个馈线的功率值。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征是：

根据ΔP_iSum与柔性开关额定容量以及储能设备的储能容量大小关系，根据各个馈线的所需转移的功率量生成各个馈线的调整占比，按照调整占比均衡调节各个馈线的功率值的方法，具体为：

当ΔP_iSum不大于柔性开关额定容量，由柔型开关以每个馈线的需要转移的功率值作为调整量，调整各个馈线的功率值；

当ΔP_iSum大于柔性开关额定容量并且不大于储能设备可提供的充电容量与柔性开关额定容量之和，以每个馈线的需要转移的功率值作为调整量，由柔性开关和储能设备协同调整各馈线功率值。

当ΔP_iSum大于储能设备可提供的充电容量与柔性开关额定容量之和，设定调整系数a,使得aΔP_isum不大于储能设备可提供的充电容量与柔性开关额定容量之和，以每条馈线的需要转移的功率值与调整系数的积作为调整量，由柔性开关和储能设备协同调整各个馈线的功率值。

7.如权利要求4所述的控制方法，其特征是：当配电网发生故障时含储能的柔性开关控制方法，包括：

获取故障侧每个馈线负载恢复供电需要的有功功率值；

计算所有待恢复供电的馈线的有功功率值的和P_E，作为恢复供电总功率值；

根据恢复供电总功率值与柔性开关额定容量以及储能设备的储存电能，根据各个馈线回复供电所需的功率量生成各个馈线的充电占比，按照充电占比均衡调节各个馈线的功率值。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：

所述根据恢复供电总功率值与柔性开关额定容量以及储能设备的储存电能，根据各个馈线回复供电所需的功率量生成各个馈线的充电占比，按照充电占比均衡调节各个馈线的功率值，方法为：

如果P_E不大于柔性开关额定容量，以P_E为调调整量，由柔型开关对故障侧负载恢复供电，调整柔性开关连接的其他馈线的功率值向故障侧负载转移；

如果P_E大于柔性开关额定容量并且不大于储能设备可提供电量与柔性开关额定容量之和，由柔性开关和储能设备协同调整对故障侧恢复供电；

如果P_E大于储能设备可提供电量与柔性开关额定容量之和，设定比例系数b使得bP_E不大于储能设备可提供电量与柔性开关额定容量之和,以每条馈线的需要的功率值与比例系数的积作为供电量，由柔性开关和储能装置协同对故障侧恢复供电。

9.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求4-8任一项方法所述的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求4-8任一项方法所述的步骤。

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