CN113572173A - 一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，包括以下步骤：获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数；获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子；根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内。本发明通过各个因子之间的关系，准确判断出系统电压是否稳定，计算不稳定时超级电容的调节功率，使得系统电压始终处于稳定状态，减少不必要的损失，保护电力系统正常运行。

Description

一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体为一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法。
背景技术
随着我国经济快速发展，对电力生产的环保需求日益增加，风光等新能源发电比例不断提高，与火电机组运行特性不同，大规模高比例风电光电并网将会使得电力系统的运行特性发生实质性变化，电力系统电压的稳定性将会受到冲击，为保证电力系统运行的稳定性，可采用电力系统中超级电容安装技术，并控制超级电容充放电，从而对电力系统的电压快速调节，可改善高比例风光的多能源电力系统电压稳定性，减少不必要的损失，因此，有必要研究一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，通过各个因子之间的关系，准确判断出系统电压是否稳定，计算不稳定时超级电容的调节功率，使得系统电压始终处于稳定状态，减少不必要的损失，保护电力系统正常运行。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，具体包括以下步骤：
获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数；
获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子；
根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内。
进一步的，获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数的方法为：
获取电压待调节控制系统中的纯电阻负荷Pr、非纯电阻负荷Ps、风电机组装机容量的标幺值Pw”、光伏机组装机容量的标幺值Ppv”、火电机组装机容量PG，并获取电压待调节控制系统中的风机运行空气平均密度标幺值ρ”、实测平均风速标幺值V”、风轮半径标幺值R”w、风轮转速标幺值ωr”，并获取电压待调节控制系统中的光伏倾斜面上有效辐射强度标幺值Iθ”，光伏列阵额定功率标幺值Ppvs”，环境实测平均温度标幺值T”，环境参考温度标幺值Tref”，光伏组件功率温度系数γ、光伏系统效率η；从而得到风能影响因子αw、光能影响因子αpv：
Figure BDA0003210598030000021
Figure BDA0003210598030000022
式中，iw为第i台风机，nw为共n台风机，ipv为第i台光伏，npv为共n台光伏，tw为风机运行时间，tpv为光伏运行时间；
根据风能影响因子αw和光能影响因子αpv获得系统电压稳定裕度参数α：
Figure BDA0003210598030000031
进一步的，获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子的方法为：
获取电压待调节控制系统的超级电容串联个数n、并联个数m、超级电容装机容量Psc、电力系统节点额定电压Uj和最大绝对电压Umax，并获取流过超级电容的电流的标幺值It”、主电容容量的标幺值C”、极化电压的标幺值Up”、极化电阻的标幺值Rp”、极化电容容量的标幺值Cp”、等效电阻的标幺值Rs”、端电压的标幺值Ut”、初始电荷储存量的标幺值Q0”、一定温度下的最大可用电荷的标幺值QN”、库伦效率ηc；从而得到超级电容影响因子βsc及超级电容实际储存电容指标Zt：
Figure BDA0003210598030000032
Figure BDA0003210598030000033
式中，tsc为超级电容运行时间，isc为第i个超级电容；
根据获得的超级电容影响因子βsc及超级电容实际储存电容指标Zt获得超级电容对电力系统电压支撑影响因子β：
Figure BDA0003210598030000041
进一步的，根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内的方法为：
根据获得的电压稳定裕度参数α和电压影响支撑因子β获得电力系统电压稳定性指标参数δ：
Figure BDA0003210598030000042
根据获得的电力系统电压稳定性参数指标δ进行稳定性判定，当δ在1.25-1.65范围内，说明电力系统电压是稳定的；当δ小于1.25时，电力系统电压处于不稳定状态，超级电容对系统进行放电调节，放电功率为Pd；当δ大于1.65时，电力系统电压处于不稳定状态，超级电容对系统进行充电调节，充电功率为Prc；其中，
Figure BDA0003210598030000043
Figure BDA0003210598030000044
进一步的，电压待调节控制系统为装机容量100MW以内的电力系统。
有益效果
本发明与现有技术相比具备以下有益效果：
本发明针对高比例风光能源电力系统电压不稳定，通过相关参数的计算，得到一种利用超级电容充放电对电力系统进行调压的调节控制方法，通过各个因子之间的关系，准确判断出系统电压是否稳定，计算不稳定时超级电容的调节功率，使得系统电压始终处于稳定状态，减少不必要的损失，保护电力系统正常运行。
附图说明
图1为本发明的基于超级电容的电力系统电压调节控制方法流程框图；
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实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，具体包括以下步骤：
S1、获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数；
S2、获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子；
S3、根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内。
具体的，获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数的方法为：
获取电压待调节控制系统中的纯电阻负荷Pr、非纯电阻负荷Ps、风电机组装机容量的标幺值Pw”、光伏机组装机容量的标幺值Ppv”、火电机组装机容量PG，并获取电压待调节控制系统中的风机运行空气平均密度标幺值ρ”、实测平均风速标幺值V”、风轮半径标幺值R”w、风轮转速标幺值ωr”，并获取电压待调节控制系统中的光伏倾斜面上有效辐射强度标幺值Iθ”，光伏列阵额定功率标幺值Ppvs”，环境实测平均温度标幺值T”，环境参考温度标幺值Tref”，光伏组件功率温度系数γ、光伏系统效率η；从而得到风能影响因子αw、光能影响因子αpv：
Figure BDA0003210598030000061
Figure BDA0003210598030000062
式中，iw为第i台风机，nw为共n台风机，ipv为第i台光伏，npv为共n台光伏，tw为风机运行时间，tpv为光伏运行时间；
根据风能影响因子αw和光能影响因子αpv获得系统电压稳定裕度参数α：
Figure BDA0003210598030000063
具体的，获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子的方法为：
获取电压待调节控制系统的超级电容串联个数n、并联个数m、超级电容装机容量Psc、电力系统节点额定电压Uj和最大绝对电压Umax，并获取流过超级电容的电流的标幺值It”、主电容容量的标幺值C”、极化电压的标幺值Up”、极化电阻的标幺值Rp”、极化电容容量的标幺值Cp”、等效电阻的标幺值Rs”、端电压的标幺值Ut”、初始电荷储存量的标幺值Q0”、一定温度下的最大可用电荷的标幺值QN”、库伦效率ηc；从而得到超级电容影响因子βsc及超级电容实际储存电容指标Zt：
Figure BDA0003210598030000071
Figure BDA0003210598030000072
式中，tsc为超级电容运行时间，isc为第i个超级电容；
根据获得的超级电容影响因子βsc及超级电容实际储存电容指标Zt获得超级电容对电力系统电压支撑影响因子β：
Figure BDA0003210598030000073
具体的，根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内的方法为：
根据获得的电压稳定裕度参数α和电压影响支撑因子β获得电力系统电压稳定性指标参数δ：
Figure BDA0003210598030000081
根据获得的电力系统电压稳定性参数指标δ进行稳定性判定，当δ在1.25-1.65范围内，说明电力系统电压是稳定的；当δ小于1.25时，电力系统电压处于不稳定状态，超级电容对系统进行放电调节，放电功率为Pd；当δ大于1.65时，电力系统电压处于不稳定状态，超级电容对系统进行充电调节，充电功率为Prc；其中，
Figure BDA0003210598030000082
Figure BDA0003210598030000083
需要说明的是，电压待调节控制系统为装机容量100MW以内的电力系统。
此外，标幺值为实际值与基准值的比值，这属于本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。
作为举例，在本实施例中，利用本发明的方法进行电力系统电压调节控制，具体的如下：
针对多能源电力系统采集相关数据并计算出系统电压稳定裕度参数：获得某地区电力系统中纯电阻负荷Pr＝4.5MW、非纯电阻负荷Ps＝2.5MW、风电机组装机容量的标幺值Pw”＝2.2、光伏机组装机容量的标幺值Pp”v＝2.8、火电机组装机容量PG＝2.6MW，该地区风机附近空气平均密度的标幺值ρ”＝1.26、风轮半径的标幺值R'w'＝51、环境实测平均风速的标幺值V”＝3.2、风轮转速的标幺值ωr”＝26、光伏倾斜面上有效辐射强度标幺值I'θ'＝53、光伏列阵额定功率标幺值Pp”vs＝1500、光伏系统效率η＝0.85、环境实测温度标幺值Ti”＝29、环境参考温度标幺值Tr'e'f＝24、光伏组件功率温度系数γ＝1.22；(iw取1，nw＝100台风机，ipv取1，npv＝200台光伏，风机运行时间tw＝24h，光伏运行时间tpv＝24h)
得出风能影响因子：
Figure BDA0003210598030000091
得出光能影响因子：
Figure BDA0003210598030000092
根据风能影响因子和光能影响因子计算出系统电压稳定裕度参数：
Figure BDA0003210598030000093
采集得到该地区电力系统中超级电容串联个数n＝24、并联个数m＝36、超级电容装机容量Psc＝2500KW、电力系统节点额定电压Uj＝380V、最大绝对电压Umax＝220V，流过超级电容的电流标幺值It”＝65，主电容容量标幺值C”＝1.8，极化电压标幺值U'p'＝26，极化电阻标幺值R'p'＝3.2，极化电容容量标幺值C'p'＝1.2，等效电阻标幺值Rs”＝3.6，端电压标幺值Ut”＝34，初始电荷储存量标幺值Q'0'＝36，一定温度下的最大可用电荷标幺值Q”N＝42，库伦效率ηc＝0.76：(超级电容运行时间tsc＝24h，isc取1)
获得超级电容影响因子：
Figure BDA0003210598030000101
获得超级电容实际储存电容指标：
Figure BDA0003210598030000102
根据超级电容影响因子和超级电容实际储存电容指标计算出超级电容对电力系统电压支撑影响因子：
Figure BDA0003210598030000103
根据系统电压稳定裕度参数和超级电容对电力系统电压支撑影响因子计算出电力系统电压稳定性指标参数：
Figure BDA0003210598030000104
δ＝1.38，根据电力系统电压稳定性判定，判断出该地区电力系统电压稳定，运行正常。
电力系统电压稳定性指标参数δ通过相关实验验证，本发明专利认为在1.25-1.65为稳定的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数；
获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子；
根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内。
2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，其特征在于：获取电压待调节控制系统的负荷数据，从而得到系统中电压稳定裕度参数的方法为：
获取电压待调节控制系统中的纯电阻负荷Pr、非纯电阻负荷Ps、风电机组装机容量的标幺值Pw”、光伏机组装机容量的标幺值Ppv”、火电机组装机容量PG，并获取电压待调节控制系统中的风机运行空气平均密度标幺值ρ”、实测平均风速标幺值V”、风轮半径标幺值R″w、风轮转速标幺值ωr”，并获取电压待调节控制系统中的光伏倾斜面上有效辐射强度标幺值Iθ”，光伏列阵额定功率标幺值Ppvs”，环境实测平均温度标幺值T”，环境参考温度标幺值Tref”，光伏组件功率温度系数γ、光伏系统效率η；从而得到风能影响因子αw、光能影响因子αpv：
Figure FDA0003210598020000011
Figure FDA0003210598020000021
式中，iw为第i台风机，nw为共n台风机，ipv为第i台光伏，npv为共n台光伏，tw为风机运行时间，tpv为光伏运行时间；
根据风能影响因子αw和光能影响因子αpv获得系统电压稳定裕度参数α：
Figure FDA0003210598020000022
3.根据权利要求2所述的一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，其特征在于：获取电压待调节控制系统的超级电容数据，从而得到超级电容对电力系统电压的影响支撑因子的方法为：
获取电压待调节控制系统的超级电容串联个数n、并联个数m、超级电容装机容量Psc、电力系统节点额定电压Uj和最大绝对电压Umax，并获取流过超级电容的电流的标幺值It”、主电容容量的标幺值C”、极化电压的标幺值Up”、极化电阻的标幺值Rp”、极化电容容量的标幺值Cp”、等效电阻的标幺值Rs”、端电压的标幺值Ut”、初始电荷储存量的标幺值Q0”、一定温度下的最大可用电荷的标幺值QN”、库伦效率ηc；从而得到超级电容影响因子βsc及超级电容实际储存电容指标Zt：
Figure FDA0003210598020000031
Figure FDA0003210598020000032
式中，tsc为超级电容运行时间，isc为第i个超级电容；
根据获得的超级电容影响因子βsc及超级电容实际储存电容指标Zt获得超级电容对电力系统电压支撑影响因子β：
Figure FDA0003210598020000033
4.根据权利要求3所述的一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，其特征在于：根据得到的电压稳定裕度参数以及电压影响支撑因子获得电力系统电压稳定性指标参数，根据电压稳定性指标参数的判定关系，利用超级电容进行充放电，使得电压稳定性指标参数在系统电压稳定范围内的方法为：
根据获得的电压稳定裕度参数α和电压影响支撑因子β获得电力系统电压稳定性指标参数δ：
Figure FDA0003210598020000034
根据获得的电力系统电压稳定性参数指标δ进行稳定性判定，当δ在1.25-1.65范围内，说明电力系统电压是稳定的；当δ小于1.25时，电力系统电压处于不稳定状态，超级电容对系统进行放电调节，放电功率为Pd；当δ大于1.65时，电力系统电压处于不稳定状态，超级电容对系统进行充电调节，充电功率为Prc；其中，
Figure FDA0003210598020000041
Figure FDA0003210598020000042
5.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的电力系统电压调节控制方法，其特征在于：电压待调节控制系统为装机容量100MW以内的电力系统。
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