CN111224408A - 一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统，包括：储能装置，分布在各110kV变电所的10kV或35kV交流母线上；电网频率支撑协调器，设于区域电力调控中心，与监控单元通讯连接；电网能量管理系统，与电网频率支撑协调器通讯连接；当电网特高压交直流输电线路发生故障时，区域电网产生了相应的有功缺额，电网能量管理系统感知后向区域电力调控中心的电网频率支撑协调器发出功率紧急支撑指令，电网频率支撑协调器根据当时各储能装置的荷电状态，计算出每个储能装置需要承担的紧急支撑功率，并下发至各储能装置，由储能装置提供紧急支援功率。本发明解决了在区域电网出现有功功率缺额而导致的系统频率下降问题。
Description
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种针对区域电网频率稳定的支撑技术。
背景技术
在中国沿海一带，随着特高压交直流输电线路相继接入电网，某些区域电网发展成为一个特高压交直流互联、1000MW级大型发电机组作为主干支撑的庞大而复杂的电力系统。特高压输电的接入，一方面为区域电网注入了大量的外来电力，另一方面由于大容量输电通道故障概率的存在，也给区域电网安全稳定运行带来了新的挑战，主要体现在特高压交直流线路或变电设备出现故障(如直流输电单极或双极闭锁)，会造成区域电网短时间源荷严重不平衡，导致电网频率的大幅度下降，严重威胁着电网的安全稳定运行。
为了解决这一问题，目前一般综合采用多直流输电功率提升、抽蓄电站切泵等措施来平衡电网功率的缺额，但上述措施在特高压直流双极闭锁的严重故障下仍不足以阻止电网频率的跌落。目前快速精准切负荷措施依然是必要的预备手段，大功率切负荷就意味着大面积的停电，这一手段对工业生产、人民生活依然会造成严重的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统，解决在区域电网出现有功功率缺额而导致的系统频率下降问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统，包括：
储能装置，设有若干个，分别分布在各110kV变电所的10kV或35kV交流母线上，其包括能量单元、大功率多电平逆变器以及监控单元；
电网频率支撑协调器，设于区域电力调控中心，与监控单元通讯连接；
电网能量管理系统，与电网频率支撑协调器通讯连接；
当电网特高压交直流输电线路发生故障时，区域电网产生了相应的有功缺额，电网能量管理系统感知后向区域电力调控中心的电网频率支撑协调器发出功率紧急支撑指令，电网频率支撑协调器根据当时各储能装置的荷电状态，计算出每个储能装置需要承担的紧急支撑功率，并下发至各储能装置，由储能装置提供紧急支援功率。
其中，有功缺额ΔP为系统的总负荷PL减去系统故障的特高压交直流实时传输功率PT，由此，得到系统总有功缺额ΔP与分布式储能装置总有功支持量PS的关系，如公式(1)、(2)所示：
ΔP＝PL-PT (1)
PS＝K·ΔP (2)
其中，公式(2)中系数K为储能装置对于系统的有功补偿率，且K的取值范围小于1；
每个分布式储能装置容量的分配，按公式(3)计算，
其中，K1、K2、…KN的值，由公式(4)计算：
公式(4)中：S1、S2、…、SN分别为第1、2、…、N储能装置的额定容量，从而计算出的每个储能装置需要承担的有功补偿能量P1、P2……PN。
本发明采用上述技术方案，利用电网能量管理系统EMS(Energy ManagementSystem)、区域电力调控中心的电网频率支撑协调器，及其各分布式储能装置的监控单元组成的网络，当电网大功率输电线路发生故障，区域电网产生了相应的有功缺额时，电网频率支撑协调器根据当时系统有功功率缺额和各储能装置的荷电状态，快速计算出每套储能装置需要承担的紧急支撑功率，通过光纤或无线下发至各储能装置，储能装置在一定的时刻、以一定的时长开始向系统提供有功支撑，从而短时内取得抑制频率下降的效果。
本发明能在一定的程度上提升频率下降的最低点，为后续电网其他备用发电功率的投入创造了条件、争取了时间，具有重要的工程应用价值，解决了在区域电网出现有功功率缺额而导致的系统频率下降问题。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明系统控制网络连接图；
图2本发明电网频率支撑协调软件流程图；
图3为不同容量储能参与系统频率支持仿真图一；
图4为不同动作时机储能参与系统频率支持仿真图二；
图5为不同支持时长储能参与系统频率支持仿真图。
具体实施方式
本发明是一种基于分布式储能的区域电网频率支撑系统，解决在区域电网出现有功功率缺额而导致的系统频率下降问题，具有重要的工程应用价值。
一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统，包括：储能装置、电网频率支撑协调器以及电网能量管理系统EMS(Energy Management System)。
高密度储能装置分布在电网110kV变电所的10kV或35kV交流母线上，其容量按变电所的负荷比例配置。在区域电力调控中心配置一套电网频率支撑协调器，其具有通讯、远动等功能，各储能装置的监控单元通过光纤或无线与区域电力调控中心的电网频率支撑协调器连接，另外，电网频率支撑协调器通过光纤与电网能量管理系统(EMS)相连，具体连接见图1。
当电网特高压交直流输电线路发生故障时，电网能量管理系统(EMS)感知故障信号以及功率缺额信息，发给区域电力调控中心的电网频率支撑协调器，电网频率支撑协调器根据当时各储能装置的荷电状态，快速计算出每套储能装置需要承担的紧急支撑功率，协调控制软件流程如图2所示。
为了抑制系统大功率波动下的频率稳定，储能电站的容量应该设置较合适的值。具体功率协调支持算法如下：参见图2，系统的有功缺额信号ΔP为系统的总负荷PL减去系统故障的特高压交直流实时传输功率PT。由此，可以得到系统总有功缺额ΔP与分布式储能总有功支持量PS的关系，如式(1)、(2)所示。
ΔP＝PL-PT (1)
PS＝K·ΔP (2)
其中公式(2)中系数K为储能对于系统的有功补偿率。K值的大小决定了储能安装容量的大小，其中K的取值范围小于1。
每个分布式储能装置容量的分配，按公式(3)计算。
其中K1、K2、…KN的值，由公式(4)计算：
上式中：S1、S2、…、SN分别为第1、2、…、N储能装置的额定容量。
计算出的每个储能装置需要承担的有功补偿能量P1、P2……PN，通过光纤或无线下发给高密度储能装置的控制器，进行快速的补偿响应。
储能装置以不同的容量配置比例、不同的动作时机、不同的支持时长，其对频率的支持效果会有不同，具体实施时需要制定支持策略。
本发明的技术验证通过BPA仿真软件，模拟某省在特高压直流输电闭锁时的电网频率下跌及其通过储能支持的频率恢复效果，支撑策略考虑了储能装置的支持容量、动作时机、支持时长，图3-5分别为储能装置以不同的容量、不同的动作时机、不同的支持时长，电网频率恢复的仿真波形图。其结果验证了本发明可行性和有效性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (2)
1.一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统，其特征在于包括：
储能装置，设有若干个，分别分布在各110kV变电所的10kV或35kV交流母线上，其包括能量单元、大功率多电平逆变器以及监控单元；
电网频率支撑协调器，设于区域电力调控中心，与监控单元通讯连接；
电网能量管理系统，与电网频率支撑协调器通讯连接；
当电网特高压交直流输电线路发生故障时，区域电网产生了相应的有功缺额，电网能量管理系统感知后向区域电力调控中心的电网频率支撑协调器发出功率紧急支撑指令，电网频率支撑协调器根据当时各储能装置的荷电状态，计算出每个储能装置需要承担的紧急支撑功率，并下发至各储能装置，由储能装置提供紧急支援功率。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式储能装置的区域电网频率支撑系统，其特征在于：有功缺额ΔP为系统的总负荷PL减去系统故障的特高压交直流实时传输功率PT，由此，得到系统总有功缺额ΔP与分布式储能装置总有功支持量PS的关系，如公式(1)、(2)所示：
ΔP＝PL-PT (1)
PS＝K·ΔP (2)
其中，公式(2)中系数K为储能装置对于系统的有功补偿率，且K的取值范围小于1；
每个分布式储能装置容量的分配，按公式(3)计算，
其中，K1、K2、…KN的值，由公式(4)计算：
公式(4)中：S1、S2、…、SN分别为第1、2、…、N储能装置的额定容量，从而计算出的每个储能装置需要承担的有功补偿能量P1、P2……PN。
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