CN113452027A - 一种低压柔直配电台区的能量调度系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压柔直配电台区的能量调度系统及方法，包括：EMS能量管理系统、设于第一配电台区的第一低压柔直设备和设于第二配电台区中的第二低压柔直设备；其中，第一低压柔直设备工作在电压源模式下，第二低压柔直设备工作在电流源模式下；当两台区功率因数小于目标功率因数时，EMS能量管理系统调度两低压柔直设备分别对两台区进行无功补偿；在两台区功率因数均达到目标功率因数后，计算两台区变压器负荷率，当两变压器负荷率均超过第一限定值，且两变压器负荷率差大于第二限定值时，调度第二低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两台区负荷率相同；通过对两台区低压柔直设备的输出功率精准调控，实现两台区之间的柔性互联。

Description

一种低压柔直配电台区的能量调度系统及方法
技术领域
本发明属于低压配电领域，尤其涉及一种低压柔直配电台区的能量调度系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在热点旅游景区、电动汽车充电桩集中接入地区以及夜间地摊经济繁荣地段，由于经济社会发展超前于电网发展，导致配电台区容量时段性不能满足用户负荷需求，台区配电变压器重/过载现象时有发生，给用户的可靠供电以及电网设备的安全运行带来严重挑战。
当前，针对配电台区时段性重/过载问题，主要通过增加台区变压器容量、配置台区储能系统等方式实现，即通过对现有配电台区进行线路、变压器、无功补偿等进行升级改造来满足台区用电容量不断增长的需求。
低压台区面临的一个重要问题是时段性重/过载现象，大部分时段负载率比较低，部分时段才会出现重/过载现象，对配电台区通过对线路、变压器、无功补偿等升级改造来增加台区负荷容量来解决配电台区时段性重/过载问题，往往造成在低负荷时段，使得配电设备利用率较低，同时，当低压台区配电变压器容量增大到一定程度时也不宜继续增加。另外，台区增容的同时往往要面临配电用地的增加，使得台区升级增容成本大幅增加。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种低压柔直配电台区的能量调度系统及方法，通过对两配电台区的低压柔直设备的输出功率精准调控，实现两低压台区之间的柔性互联，能进行两配电台区之间的功率互济。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种低压柔直配电台区的能量调度系统，包括：
设于第一配电台区的第一低压柔直设备和设于第二配电台区中的第二低压柔直设备；以及
EMS能量管理系统，其被配置为：在两配电台区功率因数均达到目标功率因数后，计算两配电台区变压器负荷率；当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差大于第二限定值时，调度第二低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两配电台区负荷率相同。
进一步的，所述EMS能量管理系统，还被配置为：
计算两配电台区功率因数，当两配电台区功率因数小于目标功率因数时，调度两低压柔直设备分别对两配电台区进行无功补偿，使得两配电台区功率因数达到目标功率因数。
进一步的，所述EMS能量管理系统，还被配置为：
计算两配电台区功率因数，当两配电台区功率因数大于目标功率因数时，不对两低压柔直设备进行无功调度。
进一步的，所述EMS能量管理系统还被配置为：
当两配电台区变压器负荷率均未超过第一限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度。
进一步的，所述EMS能量管理系统还被配置为：
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差未超过第二限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度。
进一步的，所述EMS能量管理系统通过HPLC与第一低压柔直设备和第二低压柔直设备连接，获取第一低压柔直设备和第二低压柔直设备当前发出的有功功率和无功功率。
进一步的，所述EMS能量管理系统通过HPLC与两配电台区的智能电表连接，获取两配电台区的有功功率、无功功率和视在功率。
进一步的，所述智能电表与变压器副边连接，变压器原边接入配网。
进一步的，所述第一低压柔直设备通过直流母线与第二低压柔直设备连接；第一低压柔直设备与第一配电台区中的交流母线连接，第二低压柔直设备与第二配电台区中的交流母线连接；第一配电台区中的交流母线还与第一配电台区的负荷连接，第二配电台区中的交流母线还与第二配电台区的负荷连接。
一种低压柔直配电台区的能量调度方法，包括：
在两配电台区功率因数均达到目标功率因数后，计算两配电台区变压器负荷率；
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差大于第二限定值时，调度第二低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两配电台区负荷率相同。
本发明的有益效果是：
1、本发明低压柔直配电台区的能量调度系统及方法，设置第一低压柔直设备工作在电压源模式下，第二低压柔直设备工作在电流源模式下，通过对低压柔直设备的输出功率精准调控，实现两低压台区之间的柔性互联，能进行两台区之间的功率互济；通过台区之间的功率互济，可以实现同一时段下负荷水平偏低的台区对于重/过载台区的功率援助，在不进行变压器增容、对配电网进行大规模改造的基础上解决了配电台区时段性配电变压器重/过载问题，提高了配电台区供电可靠性。
2、本发明低压柔直配电台区的能量调度系统及方法，当两台区功率因数小于目标功率因数时，调度两低压柔直设备分别对两配电台区进行无功补偿，提高了配电台区功率因数。
3、本发明低压柔直配电台区的能量调度系统及方法，解决了单台区配电变压器容量不足问题，降低了配电台区设备改造升级成本，降低了配电台区设备增容成本，提高了配电设备利用率。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是低压柔直配电台区的能量调度系统拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。还需说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
第一方面，本发明提供一种低压柔直配电台区的能量调度系统。
如图1所示的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，包括EMS能量管理系统，第一配电台区中的第一智能电表，第二配电台区中的第二智能电表，第一配电台区中的第一低压柔直设备，第二配电台区中的第二低压柔直设备，第一低压柔直设备工作在电压源模式下，第二低压柔直设备工作在电流源模式。
EMS能量管理系统通过HPLC与智能电表1、低压柔直设备1、智能电表2、低压柔直设备2连接；
两配电台区的智能电表与变压器副边连接，变压器原边接入配网，具体的：第一变压器(变压器1)原边接入10kV配网，第一智能电表(智能电表1)与变压器1副边连接；第二变压器(变压器2)原边与10kV配网连接，第二智能电表(智能电表2)与变压器2副边连接；
第一配电台区的负荷(负荷1/2/3)与380V交流母线连接，第二配电台区的负荷(负荷4/5/6)与380V交流母线连接；
第一低压柔直设备(低压柔直设备1)与第一配电台区(配电台区1)中的380V交流母线连接，第二低压柔直设备(低压柔直设备2)通过750V直流母线与低压柔直设备1连接，第二低压柔直设备与第二配电台区中的380V交流母线连接。
配电台区间功率调度：
指定配电台区1中的低压柔直设备1工作在电压源模式下，以稳定直流母线750V，配电台区2中低压柔直设备2工作在电流源模式，进行有功调度，并且低压柔直设备根据需求为各台区提供无功功率支撑；
配电台区变压器1、2的额定容量分别为ST1，ST2，单位kVA，低压柔直设备1、2的额定容量为SE1，SE2单位kVA；
EMS能量管理系统用于通过智能电表获取两台区的有功功率P1、P2，单位kW，无功功率Q1、Q2，单位kVar(正值代表为容性无功，负值代表为感性无功)，视在功率S1、S2单位kVA；
低压柔直设备的有功计算可用容量PR1、PR2，单位kW，低压柔直设备的无功计算可用容量QR1、QR2，单位kVar；
配电台区计算有功功率需求为PF1、PF2，无功功率需求为QF1、QF2；
EMS能量管理系统用于获取：两低压柔直设备(第一低压柔直设备和第二低压柔直设备)当前发出的有功功率PC1、PC2，单位kW(正值代表能量从直流侧流向交流侧，负值代表能量从交流侧流向直流侧)；第一低压柔直设备和第二低压柔直设备当前发出的无功功率QC1、QC2，单位kVar(有符号数，正为容性，负为感性)。
配电台区间功率调度控制目标：
1、台区功率因数目标为ρ；
2、两台区变压器工作在最优经济运行区间，当台区配电变压器负荷率超过限定值λ，且两台区间变压器负荷率差大于ξ时，调度低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两台区负荷率相同。
EMS能量管理系统用于，获取两配电台区和两低压柔直设备的参数(参数包括：两配电台区的有功功率、无功功率和视在功率，以及两低压柔直设备当前发出的有功功率和无功功率)；控制低压柔直设备进行有功调度和无功调度：
1、无功调度：
对两配电台区进行无功补偿，低压柔直设备分别对各台区进行无功补偿；
计算两台区当前实际的功率因数
Figure BDA0003181994930000071
Figure BDA0003181994930000072
当两台区功率因数大于目标功率因数时，不对两低压柔直设备进行无功调度，具体的：如当前台区实际功率因数大于配电台区目标功率因数ρ，EMS能量管理系统给低压柔直设备下发的无功功率指令为0；
当两台区功率因数小于目标功率因数时，调度两低压柔直设备分别对两配电台区进行无功补偿，使得两配电台区功率因数达到目标功率因数，具体的：如当前台区实际功率因数小于配电台区目标功率因数ρ时，EMS能量管理系统给两低压柔直设备1、2分别下发的无功功率指令大小分别为min(QF1，QR1)、min(QF2，QR2)，符号同Q1、Q2相反；
低压柔直设备1、2的无功需求计算公式：
Figure BDA0003181994930000073
Figure BDA0003181994930000074
低压柔直设备1、2的无功功率限值计算公式：
Figure BDA0003181994930000081
Figure BDA0003181994930000082
2、有功调度：
因低压柔直设备1工作在电压源模式，台区间的功率调度指令只下发给低压柔直设备2，有功功率符号根据定义正值代表能量从直流侧流向交流侧，负值代表能量从交流侧流向直流侧，能量从台区2流向台区1有功功率指令为负值，能量从台区1流向台区2有功功率指令为正值；
配电台区功率因数达到目标功率因数后，此时有功功率大小与视在功率大小基本相等，计算变压器负荷率只考虑有功即可；
计算两配电台区(第一配电台区和第二配电台区)当前实际负荷率，即变压器负荷率
Figure BDA0003181994930000083
Figure BDA0003181994930000084
变压器1、2在系统中变压器容量占比：
Figure BDA0003181994930000085
Figure BDA0003181994930000086
当两配电台区变压器负荷率均未超过第一限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度，具体的：如配电台区变压器负荷率β1≤λ且β2≤λ，低压柔直设备2的有功调度指令为0；
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差未超过第二限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度，具体的：如台区配电变压器负荷率β1>λ或β2>λ，且|β1-β2|≤ξ，低压柔直设备2的有功调度指令为0；
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值λ，且两配电台区之间的变压器负荷率差大于第二限定值ξ时，调度低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两台区负荷率相同，具体的：如台区配电变压器负荷率β1>λ或β2>λ，且|β1-β2|>ξ，低压柔直设备2的有功调度指令为min{|PF2|，min(PR1，PR2)}；功率流向为从低负荷台区流向高负荷台区，如β1>β2，即台区1负荷大于台区2负荷，功率需要从台区2流向台区1，低压柔直设备2功率从交流侧流向直流侧，功率指令为负值，反之功率指令为正值。
配电台区有功功率调度指令计算值
PF2＝α2(S1+PC1)-α2(S2+PC2)
低压柔直设备1的有功功率限值为
Figure BDA0003181994930000091
低压柔直设备2的有功功率限值为
Figure BDA0003181994930000092
第二方面，本发明还提供了一种低压柔直配电台区的能量调度方法。
一种低压柔直配电台区的能量调度方法，包括：
(1)设定第一配电台区的第一低压柔直设备工作在电压源模式下，第二配电台区中的第二低压柔直设备工作在电流源模式下；
(2)获取两配电台区的有功功率、无功功率和视在功率，以及两低压柔直设备当前发出的有功功率和无功功率；
(3)计算两配电台区当前实际的功率因数
Figure BDA0003181994930000101
Figure BDA0003181994930000102
当两台区功率因数大于目标功率因数时，不对两低压柔直设备进行无功调度；
当两台区功率因数小于目标功率因数时，调度两低压柔直设备分别对两配电台区进行无功补偿，使得两配电台区功率因数达到目标功率因数，具体的：EMS能量管理系统给两低压柔直设备1、2分别下发的无功功率指令大小分别为min(QF1，QR1)、min(QF2，QR2)，符号同Q1、Q2相反；
其中，低压柔直设备1、2的无功需求QF1、QF2的计算公式：
Figure BDA0003181994930000103
Figure BDA0003181994930000104
低压柔直设备1、2的无功功率限值QR1、QR2计算公式：
Figure BDA0003181994930000105
Figure BDA0003181994930000106
(4)在两配电台区功率因数均达到目标功率因数后，计算两配电台区变压器负荷率；
Figure BDA0003181994930000107
Figure BDA0003181994930000108
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差大于第二限定值时，调度第二低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两台区负荷率相同，具体的：低压柔直设备2的有功调度指令为min{|PF2|，min(PR1，PR2)}，功率流向为从低负荷台区流向高负荷台区，如β1>β2，即台区1负荷大于台区2负荷，功率需要从台区2流向台区1，低压柔直设备2功率从交流侧流向直流侧，功率指令为负值，反之功率指令为正值；
其中，配电台区有功功率调度指令PF2计算值
PF2＝α2(S1+PC1)-α2(S2+PC2)
低压柔直设备1的有功功率限值PR1为
Figure BDA0003181994930000111
低压柔直设备2的有功功率限值PR2为
Figure BDA0003181994930000112
变压器1、2在系统中变压器容量占比为：
Figure BDA0003181994930000113
Figure BDA0003181994930000114
当两配电台区变压器负荷率均未超过第一限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度；
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差未超过第二限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，包括：
设于第一配电台区的第一低压柔直设备和设于第二配电台区中的第二低压柔直设备；以及
EMS能量管理系统，其被配置为：在两配电台区功率因数均达到目标功率因数后，计算两配电台区变压器负荷率；当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差大于第二限定值时，调度第二低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两配电台区负荷率相同。
2.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述EMS能量管理系统，还被配置为：
计算两配电台区功率因数，当两配电台区功率因数小于目标功率因数时，调度两低压柔直设备分别对两配电台区进行无功补偿，使得两配电台区功率因数达到目标功率因数。
3.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述EMS能量管理系统，还被配置为：
计算两配电台区功率因数，当两配电台区功率因数大于目标功率因数时，不对两低压柔直设备进行无功调度。
4.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述EMS能量管理系统还被配置为：
当两配电台区变压器负荷率均未超过第一限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度。
5.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述EMS能量管理系统还被配置为：
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差未超过第二限定值时，不对两低压柔直设备进行有功调度。
6.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述EMS能量管理系统通过HPLC与第一低压柔直设备和第二低压柔直设备连接，获取第一低压柔直设备和第二低压柔直设备当前发出的有功功率和无功功率。
7.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述EMS能量管理系统通过HPLC与两配电台区的智能电表连接，获取两配电台区的有功功率、无功功率和视在功率。
8.如权利要求7所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述智能电表与变压器副边连接，变压器原边接入配网。
9.如权利要求1所述的一种低压柔直配电台区的能量调度系统，其特征在于，所述第一低压柔直设备通过直流母线与第二低压柔直设备连接；第一低压柔直设备与第一配电台区中的交流母线连接，第二低压柔直设备与第二配电台区中的交流母线连接；第一配电台区中的交流母线还与第一配电台区的负荷连接，第二配电台区中的交流母线还与第二配电台区的负荷连接。
10.一种低压柔直配电台区的能量调度方法，其特征在于，包括：
在两配电台区功率因数均达到目标功率因数后，计算两配电台区变压器负荷率；
当两配电台区变压器负荷率均超过第一限定值，且两配电台区之间的变压器负荷率差大于第二限定值时，调度第二低压柔直设备输出功率大小及功率流向使得两配电台区负荷率相同。
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