CN111211571A - 一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法及装置，属于电力系统技术领域，包括如下步骤：获得变压器实际负载率，并与变压器最佳负载率比较；当变压器实际负载率大于最佳负载率时，增加用户侧可控电能提供设备的放电功率或切除部分负荷；当变压器实际负载率小于最佳负载率、且用户侧可控电能提供设备有储存容量时，由变压器电网侧为用户侧可控电能提供设备充电。本发明的控制方法仅通过控制策略就能维持变压器的负载率，不必更换或者重新改装变压器，节省了成本，使变压器运行在最佳负载率附近，延长了使用寿命，保证了运行稳定，减少电能损耗。

Description

一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法及装置，属于电力系统技术领域。
背景技术
目前，由于人民生活水平日益提高、工商业迅速发展，电力需求大幅度增长，使得电力负荷增长迅速，远远超过工商业用户变压器规划设计的上限，变压器流过过大的视在功率会导致变压器发热、绝缘老化，从而减损变压器的使用寿命。
变压器正常运行时无法避免的会产生一定的损耗，如图1所示的变压器功率损耗率特性曲线，当变压器负载率β＝β'＝100％时，损耗率并非最低，即变压器长期维持在额定容量运行对该变压器来说并非是最稳定经济的运行方式(负载率为视在功率占额定容量的比例)；而变压器长期运行中维持一个小于100％的合适的负载率β1能够使变压器的损耗率ΔP最小，能够最大延长变压器的寿命，保证变压器平稳可靠运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法及装置，用以解决电力负荷增加导致变压器难以维持合适的负载率进而导致变压器寿命减损及运行不可靠的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，包括如下步骤：
1)获得变压器实际负载率，并与变压器最佳负载率比较；
2)当变压器实际负载率大于最佳负载率时，增加用户侧可控电能提供设备的放电功率或切除部分负荷；当变压器实际负载率小于最佳负载率、且用户侧可控电能提供设备有储存容量时，由变压器电网侧为用户侧可控电能提供设备充电。
本发明的方法在不改变原来规划配置的变压器容量的基础上，通过用户侧储能的充放电来平衡负荷的波动，尽可能维持变压器工作在最佳负载率附近，若用户侧没有余力提供超出量的电能时，通过切除部分负荷的方式保证变压器不超过最大负载率，本发明的控制方法仅通过控制策略就能维持变压器的负载率，不必更换或者重新改装变压器，节省了成本，使变压器运行在最佳负载率附近，延长了使用寿命，保证了运行稳定，减少电能损耗。
进一步的，步骤1)中，通过监测变压器公共连接点的交换功率值来计算变压器实际负载率。
通过监测公共点的交换功率来得到实际负载率，方案简单可行，计算准确。
进一步的，步骤2)中，根据变压器的实际负载率和最佳负载率的差值，增加用户侧可控电能提供设备的放电功率，使变压器实际负载率等于最佳负载率。
根据负载率的变化值，精确调节用户侧的放电功率，维持负载率在最佳负载率处的稳定。
进一步的，所述用户侧储能的设备包括新能源发电设备和储能设备。
进一步的，步骤2)中，当变压器实际负载率大于最佳负载率时，提高新能源发电设备的发电功率，当新能源发电设备达到满发且变压器实际负载率仍然大于最佳负载率时，控制储能设备放电。
通过新能源发电设备和储能设备配合调节变压器负载率，优先使用新能源发电设备调节，留储能设备作为热备，最大程度消纳了新能源发电功率，最大程度的利用了新能源发电，有利于环境。
进一步的，步骤2)中，新能源发电设备的发电功率达到满发且储能设备没有放电能力时，若变压器实际负载率大于该变压器的最大负载率，则切除部分负荷。
通过切除部分负荷的方式保证变压器不超过最大负载率，保障了变压器的安全稳定运行。
进一步的，控制储能设备放电的条件为：储能设备的荷电状态大于设定值且当日充放电次数未达到设定值。
限制储能设备的充放电条件，延长了储能单元的使用寿命。
进一步的，变压器的最大负载率设为90％～110％。
进一步的，所述最佳负载率设为50％～70％。
本发明的一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制装置，包括控制器，所述控制器执行实现上述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法的指令。
附图说明
图1是变压器功率损耗率特性曲线示意图；
图2是变压器负载率维护控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
方法实施例：
本发明的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，首先设置变压器最大负载率和变压器最佳负载率，变压器最大负载率一般根据实际变压器情况设置，典型值为90％～110％，变压器最佳负载率根据变压器功率损耗率特性曲线得出，一般为50％～70％。
设置好后实时监测变压器高压侧公共连接点PCC(Point of Common Coupling)的交换功率，进而计算出变压器实际负载率，变压器负载率指的是变压器输出的视在功率与变压器的额定容量之比。
比较变压器的实际负载率和最佳负载率的关系，当负荷增加，变压器实际负载率大于配置的最佳负载率时，增加变压器用户侧新能源发电设备的发电功率，或者增加用户侧储能设备的放电功率，为用户侧负荷提供电能，减小变压器负载率。作为最优实施方式，应当优先考虑提高新能源发电设备的发电功率来降低变压器负载率，只有当新能源发电设备达到满发，而变压器实际负载率仍然高于最佳负载率，才使用储能设备放电来降低变压器负载率，以最大程度延长储能电池的使用寿命，同时将储能电池内的电能留作关键之用，例如发电设备满发仍不能降低变压器负载率的情况，此外最大程度利用新能源发电设备有利于环境保护。
若新能源发电设备达到满发，且储能设备达到最大放电功率，此时变压器实际负载率高于配置的最大负载率，则此时需切除超出量对应的部分负荷，保证变压器不超过最大负载率，保证变压器安全稳定运行。
用户侧新能源发电设备包括分布式风力发电塔、分布式光伏设备等零排放零污染的发电设备。
为了最大程度的延长用户侧储能设备的使用寿命，利用用户侧储能设备进行放电应当设定如下条件：1)储能设备荷电状态SOC(State of Change)高于设定值，防止储能设备过度放电；2)储能设备当日或设定时间段内的充放电次数小于设定次数，防止储能设备的充放电循环次数过度消耗(循环次数在储能电池的寿命周期内有一定限制，超过限制会大大缩短电池的使用寿命)。
当变压器实际负载率小于配置的最佳负载率时，同时用户侧储能设备满足充电条件，则可以通过从变压器电网侧吸收电能给储能设备充电，蓄能的同时维持变压器负载率在最佳负载率附近，但这样会增加用电成本，增加变压器电网侧负荷，同时增加电网侧发电造成的污染。
为了延长用户侧储能设备的使用寿命，储能设备充的电条件包括：1)储能设备荷电状态SOC(State of Change)低于设定值，防止储能设备过度充电；2)储能设备当日或设定时间段内的充放电次数小于设定次数，防止储能设备的充放电循环次数过度消耗(循环次数在储能电池的寿命周期内有一定限制)。
当变压器实际负载率小于配置的最佳负载率、且用户侧储能设备满足充电条件时，此时若用户侧新能源发电设备未达到满发，也可以优先由新能源发电设备为储能设备充电，以最大程度利用清洁无污染新能源，同时能够降低用电成本，减轻变压器电网侧负荷，另外减少电网侧发电带来的环境污染。
当变压器实际负载率小于配置的最佳负载率时，除了通过变压器电网侧为用户侧储能设备充电来提升变压器负载率，使之工作在最佳负载率附近外，还可以通过降低用户侧新能源发电设备的输出功率来调节变压器负载率(用户侧新能源发电功率不为零)，但这样同样会增加用电成本，增加变压器电网侧负荷，同时增加电网侧发电造成的污染。
本发明的变压器负载率维护控制方法能够在不改变原来规划配置的变压器容量的基础上，通过用户侧新能源发电和储能设备放电提供的电能来满足负荷需求，若用户侧没有余力提供超出量的电能时，通过切除部分负荷的方式保证变压器不超过最大负载率，延长变压器使用寿命，保障变压器稳定可靠运行。本发明的控制方法仅通过控制策略的改变就能维持变压器的负载率需求，不必更换或者改造变压器，节省了成本，而且能保证变压器运行在最佳负载率，减少电能损耗。
下面通过一个具体实例来进一步对本发明的方法进行说明。
如图2所示的本发明的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，包括以下具体步骤：
步骤S1：实时监测变压器公共连接点的交换功率值SL，计算变压器实际负载率β：
Figure BDA0002361200420000051
式中SN为变压器额度容量。
步骤S2：判断变压器实际负载率是否大于设定的最佳负载率阈值。当实际负载率大于设定的最佳负载率阈值时，执行步骤S3的降低负载率策略；当实际负载率小于设定的最佳负载率阈值时，执行步骤S4的提高负载率策略。
步骤S3：降低负载率策略。
S3.1计算交换功率的超出量ΔSmore：
ΔSmore＝SL-βbest*SN
式中，βbest为设定的变压器最佳负载率阈值，βbest*SN即变压器在最佳负载率下所承受的交换功率。
S3.2检查用户侧新能源发电设备是否满发。
若发电设备没有满发，则将用户侧新能源发电设备调节至满发，以降低变压器公共连接点的负载率，(或者根据交换功率的超出量ΔSmore来提高用户侧新能源设备的发电功率，例如提高发电功率ΔSmore，调节变压器负载率使之降至最佳负载率)然后返回步骤S1。
若新能源发电设备已经满发，则执行步骤S3.3。
S3.3检查用户侧储能设备是否有放电能力。
储能设备有放电能力的判断条件为：储能设备的当前的荷电状态SOCreal大于等于设定的SOC下限阈值即SOCreal≥SOCmin，而且储能设备当日的充放电(或放电)次数小于设定次数(为延长储能电池的寿命，一般一日充放电次数为1～3次)。其中，SOCreal为储能设备的实时荷电状态，SOCmin为储能电池的SOC下限，即储能设备允许的最低剩余容量。
若储能电池有放电能力，则增加储能电池放电功率ΔSmore，然后返回步骤1。若储能没有放电能力，则执行步骤S3.4。
S3.4判断变压器实际负载率是否超过设定的最大负载率阈值。
当实际负载率大于设定最大负载率阈值时，执行步骤S3.5切除部分负载；当实际负载率小于设定的最大负载率阈值时，不再处理，执行步骤S1。
S3.5切除部分负荷。
切除部分非重要负荷，降低变压器用户侧的用电功率，以保证公共连接点处的交换功率不超过变压器所能承受的最大负载功率，然后返回步骤S1。
步骤S4，提高负载率策略。
S4.1计算交换功率的不足量ΔSless：
ΔSless＝βbest*SN-SL
S4.2检查用户侧储能设备是否有充电能力。
储能设备有充电能力的判断条件为：储能设备的当前的荷电状态SOCreal小于设定SOC上限限阈值即SOCreal<SOCmax，而且储能设备当日充电(或充放电)次数小于设定次数。其中，SOCmax为SOC上限，即储能设备允许的最大储存容量。
若储能有充电能力，则执行步骤S4.3。若储能没有充电能力，则返回步骤S1。
S4.3检查用户侧新能源发电设备是否满发。
若没有满发，则执行步骤S4.4；若新能源发电已经满发，则执行步骤S4.5。
S4.4提高用户侧新能源发电设备的发电功率。
提高用户侧新能源发电设备的发电功率至满发，给储能设备充电，然后返回步骤S1。
S4.5变压器电网侧给储能设备充电。
从电网系统吸收电能ΔSless，给储能设备充电，提高变压器负载率至最佳负载率。
装置实施例：
本发明的一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制装置，控制及监测连接变压器用户侧新能源发电设备和储能设备，监测连接变压器。变压器负载率维护控制装置包括控制器和存储器，控制器执行储存在存储器中的指令，以实现方法实施例中的本发明的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，变压器负载率维护控制方法已在方法实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。
本发明充分利用用户侧储能及发电设备充放电的灵活性，能够使新能源发电最大化，促进新能源消纳，同时降低变压器运行损耗，提高变压器使用寿命，延缓配电改造、变压器更换时间。

Claims (10)

1.一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)获得变压器实际负载率，并与变压器最佳负载率比较；
2)当变压器实际负载率大于最佳负载率时，增加用户侧可控电能提供设备的放电功率或切除部分负荷；当变压器实际负载率小于最佳负载率、且用户侧可控电能提供设备有储存容量，由变压器电网侧为用户侧可控电能提供设备充电。
2.根据权利要求1所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，步骤1)中，通过监测变压器公共连接点的交换功率值来计算变压器实际负载率。
3.根据权利要求1所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，步骤2)中，根据变压器的实际负载率和最佳负载率的差值，增加用户侧可控电能提供设备的放电功率，使变压器实际负载率等于最佳负载率。
4.根据权利要求1所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，所述用户侧可控电能提供设备包括新能源发电设备和储能设备。
5.根据权利要求4所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，步骤2)中，当变压器实际负载率大于最佳负载率时，提高新能源发电设备的发电功率，当新能源发电设备达到满发且变压器实际负载率仍然大于最佳负载率时，控制储能设备放电。
6.根据权利要求5所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，步骤2)中，新能源发电设备的发电功率达到满发且储能设备没有放电能力时，若变压器实际负载率大于该变压器的最大负载率，则切除部分负荷。
7.根据权利要求5所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，控制储能设备放电的条件为：储能设备的荷电状态大于设定值且当日充放电次数未达到设定值。
8.根据权利要求6所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，变压器的最大负载率设为90％～110％。
9.根据权利要求1～8任一项所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法，其特征在于，所述最佳负载率设为50％～70％。
10.一种基于用户侧储能的变压器负载率维护控制装置，其特征在于，包括控制器，所述控制器执行实现如权利要求1～9任一项所述的基于用户侧储能的变压器负载率维护控制方法的指令。
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