CN107895961A - 一种平抑直流配电网功率波动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平抑直流配电网功率波动的方法，其步骤包括：步骤1，根据直流配电网两端的直流电压换流站与有功功率换流站的容量比例设定各换流站分摊有功功率的比例；设定直流配电网中有功功率的平稳参考值以及波动的上下限值；设定直流配电网中储能系统所要保持的电量储备恒定状态的范围；步骤2，直流配电网系统在任意时刻自动采集电网内的实时有功功率，同时也对储能系统的实时电量储备情况进行监控并通过对储能系统充放电动作保持电量储备恒定；步骤3，自动判断实时有功功率的越限状态并进行相对应的抑制动作。该方法有效减少了交直流电网之间交换的有功功率波动越限的几率，保证了交流系统的稳定运行，具备良好的经济性和有效性。

Description

一种平抑直流配电网功率波动的方法

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，尤其涉及一种平抑直流配电网功率波动的方法。

背景技术

柔性直流配电网通过电压源型换流站接入交流电网，由于直流配电网络内部接有风电、太阳能、储能等不同类型的分布式电源以及交直流负荷，这些电源以及负荷的有功功率可能随机的大幅度波动，从而导致柔性直流换流站与交流电网之间交换的有功功率也出现随机的大幅度波动，影响交流电网的稳定运行，因此需对柔性直流配电网和交流电网之间交换的有功功率进行控制。目前国内外直流配电网的建设还不是很完善，关于直流配电网和交流电网之间交换的有功功率波动率的要求还没有相应的标准。国内对于光伏发电站和风电场接入电力系统均有有功功率变化速率的要求。GB/T19964-2012标准中光伏发电站有功功率变化只有1min功率变化要求，即光伏发电站有功功率变化速率应不超过10%装机容量/min。因此对于直流配电网接入电力系统波动率的要求可借鉴光伏发电站和风电场接入电力系统时的标准。直流配电网内部本身已包含储能系统，可利用储能系统与柔性直流换流站相配合来平滑功率波动进而对直流配电网和交流电网之间交换的有功功率进行控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种平抑直流配电网功率波动的方法，可有效减少交直流电网之间交换的有功功率波动越限的几率。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种平抑直流配电网功率波动的方法，其可包括：

步骤1，预先根据所述直流配电网两端的直流电压换流站与有功功率换流站的容量比例设定各换流站分摊有功功率的比例；预先设定所述直流配电网中有功功率的平稳参考值以及围绕所述平稳参考值波动的上限值和下限值；预先设定所述直流配电网中储能系统所要保持的电量储备恒定状态的范围；

步骤2，所述直流配电网系统在任意时刻自动采集电网内的实时有功功率，同时也对所述储能系统的实时电量储备情况进行监控并通过对所述储能系统充放电动作保持电量储备恒定；

步骤3，自动判断所述实时有功功率的越限状态并进行相对应的抑制动作。

在可选的实施例中，有功功率的所述平稳参考值为一段时间内所述有功功率换流站所交换的有功功率的平均值。

在可选的实施例中，所述实时有功功率的越限状态分为两种，第一种功率越上限为所述实时有功功率高于所述平稳参考值波动的上限值，第二种功率越下限为所述实时有功功率低于所述平稳参考值波动的上限值；所述实时有功功率的不越限状态为所述实时有功功率处于所述平稳参考值波动的上限值和下限值之间。

在可选的实施例中，预先设定的所述储能系统的所述电量恒定状态范围为保持40%-60%的电量，中间值为50%。

在可选的实施例中，所述储能系统的充放电动作均在所述实时有功功率不越限的状态下进行，当所述储能系统的电量储备低于40%时，所述储能系统从电网中吸收电能进行充电至50%；当所述储能系统的电量储备高于60%，所述储能系统向电网输出电能进行放电至50%。

在可选的实施例中，当所述直流配电网系统处于所述有功功率越上限状态时，所述储能系统向电网输出电能直至所述实时有功功率回归到所述不越限状态。

在可选的实施例中，当所述直流配电网系统处于所述有功功率越下限状态时，所述储能系统从电网吸收有功功率直至所述实时有功功率回归到所述不越限状态。

在可选的实施例中，为了避免所述储能系统深度放电而缩短寿命，当所述储能系统放电至电量储备为5%时，停止继续放电。

在可选的实施例中，当所述实时有功功率处于不越限状态，而且所述储能系统处于电量恒定状态时，所述储能系统与所述配电网无功率交换。

本发明实施例的有益效果在于：

本发明采用平抑直流配电网功率波动的方法，有效减少了交直流电网之间交换的有功功率波动越限的几率，保证了交流系统的稳定运行，具备良好的经济性和有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种平抑直流配电网功率波动的方法的一个实施例的步骤图。

图2是使用本发明平抑直流配电网功率波动的方法的一个实施例两端柔性直流配电网拓扑结构示意图。

图3是使用本发明平抑直流配电网功率波动的方法的一个实施例的有功功率波动曲线图。

图4是使用本发明平抑直流配电网功率波动的方法的一个实施例的储能系统的SOC曲线图。

图5是控制SOC和不控制SOC情况下储能系统的SOC的曲线图。

图6是控制SOC和不控制SOC情况下有功功率波动的曲线图。

图7是不同方式下的有功功率波动越限幅值总和的柱状图。

图8是不同方式下的有功功率波动越限概率的柱状图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

本发明实施例提供一种平抑直流配电网功率波动的方法，如图1，其步骤可包括：

步骤S1，预先根据所述直流配电网两端的直流电压换流站与有功功率换流站的容量比例设定各换流站分摊有功功率的比例；预先设定所述直流配电网中有功功率的平稳参考值以及围绕所述平稳参考值波动的上限值和下限值；预先设定所述直流配电网中储能系统所要保持的电量储备（SOC）恒定状态的范围；

步骤S2，所述直流配电网系统在任意时刻自动采集电网内的实时有功功率，同时也对所述储能系统的实时电量储备（SOC）情况进行监控并通过对所述储能系统充放电动作保持电量储备（SOC）恒定；

步骤S3，自动判断所述实时有功功率的越限状态并进行相对应的抑制动作。

作为举例，本实施例介绍在柔性直流配电网与所接入的交流电网之间使用该平抑直流配电网功率波动的方法如何对有功功率进行平抑。如图2所示，在柔性直流配电网两端换流站通过变压器接入110kV交流电网，两端换流站中左侧换流站作为定直流电压站，右侧换流站采用定有功功率控制。定直流电压站换流站的容量W1为15MVA，定有功功率换流站的容量W2为15MVA,直流母线电压为±10kV。配电网内部通过相应的换流器或变换器接入交、直流负荷，光伏和储能系统。设定每10min内有功功率波动的最大限值为5MW（即相对于额定功率的波动上限为+5MW,下限为-5MW）。储能系统电压为400V，容量为10兆瓦时。采样时间∆t为0.5s。

作为举例，选取该柔性直流配电网某一天24小时的数据为例，详细介绍如何实现有功功率的平抑的。如图3所示，未采取任何平抑措施时，曲线1为有功功率波动的原始波动曲线。

首先，充分利用换流站对功率的快速调节能力对有功功率的波动进行初步的抑制，按照定直流电压站换流站的容量W1和定有功功率换流站的容量W2的比例分摊交直流电网之间的有功功率，由于该柔性直流配电网中W1和W2相同，所以根据如下的公式1可知，两端换流站对有效功率的分摊比例为1：1，其中，Pall为电网中交换的总功率，Pref为有功功率的平稳参考值。经过换流站对电网有功功率的分摊后的有功功率波动得到了初步抑制，如图3中的曲线2所示。

(1)

进一步，利用该柔性直流配电网的储能系统对有功功率波动进行抑制，设定储能系统的SOC恒定状态的中间值为50%，恒定范围为45%-55%。当然在其他可选实施例中，该恒定状态范围可为其他百分比区间。

如图4所示，该曲线4为运行该平抑直流配电网功率波动的方法时储能系统的SOC的曲线。如图3所示，曲线3为运行该平抑直流配电网功率波动的方法时配电网中有功功率波动的曲线。结合图3和图4可知，在初始0:00时刻储能系统的储备电量为100%，不能从直流配电网吸收功率，必须使其以额定功率向电网放电，当SOC下降至55%时，停止放电。大约在1:00时刻，交直流电网交换的有功功率波动值小于-5MW（即低于设定的有功功率波动下限值），储能系统以额定功率充电直至功率波动达到目标范围，该时间段内储能系统的SOC增大（即SOC>55%），待有功功率波动不越限后，储能系统再放电直至SOC降至55%。大约在2:00时刻，有功功率波动大于5MW，储能系统以额定功率放电直至有功功率波动达到目标范围，该时间段内SOC减小（45%<SOC<55%），待有功功率波动不越限后，储能系统不动作。大约在4:00时刻，功率波动大于5MW，储能系统以额定功率放电直至有功功率波动达到目标范围，该时间段内SOC减小（SOC<45%），待有功功率波动不越限后，储能系统充电直至SOC升至45%。在后续有功功率波动越限的时刻，储能系统均以以上同样的规律进行充/放电对有功功率的波动进行抑制，将其控制在目标范围内。

进一步，为了保证储能系统平抑有功功率波动的能力、不让储能系统的SOC达到极限值而失去充电或者放电能力，该平抑直流配电网功率波动的方法中在有功功率波动不越限的时刻通过充/放电，尽量使储能系统的SOC保持在恒定状态的中间值50%左右。

如图5所示，储能系统的SOC控制在50%左右时，无论是充电还是放电，储能系统均有足够的容量，SOC出现极值（等于100%或者小于5%）的概率大大降低，保证了储能系统平抑有功功率波动的能力。大约在1:00时刻，换流站的有功功率波动超过-5MW，储能系统需进行充电吸收部分有功功率，从图6可以看出，储能系统初始SOC为100%，若不对储能系统的SOC进行控制，则该时刻储能系统将不能进行充电动作，失去平抑有功功率波动的能力。同理，结合图5和图6可以看出，大约在10:00时刻，换流站的有功功率波动超过5MW，储能系统需进行放电释放部分有功功率，若不对储能系统的SOC进行控制，则该时刻储能系统SOC已低于5%，无法进行放电，从而失去平抑有功功率波动的能力。经计算，若不对储能系统的SOC进行控制，该情形下有功波动越限幅值总和为8914.2，波动越限概率为8.97%；而将储能系统的SOC控制在0.5左右时，其有功功率波动越限幅值总和为6250.98，波动越限概率为8.60%，数据表明该下功率波动得到了更有效的抑制。

从定量上分析，为方便对比应用该平抑直流配电网功率波动的方法前后所产生的效果，在计算原始有功功率波动时，波动幅度的标准Fen均采用5MW，并采用标幺制进行计算。根据图7和图8中的数据可以得出，应用储能系统配合换流站协调控制有功功率波动，波动越限幅值总和以及波动越限概率均有所降低，且波动越限幅值总和降低的程度较大，从而验证了以上所提出的平抑直流配电网功率波动的方法的有效性。

为了更清晰、方便的了解以上方法，综上总结为以下的几点：

（1）实际有功功率波动f(t)不越限，储能系统的SOC在45%到55%之间，则储能系统无充放电功率；

（2）实际有功功率波动f(t)达到上限即f(t)> Fen，储能系统的SOC不超极限（=100%或<5%），则储能系统按照额度功率放电以平抑有功功率波动；

（3）实际有功功率波动f(t)达到下限即f(t)<-Fen，储能系统的SOC不超极限（=100%或<5%），则储能系统按照额度功率充电以平抑有功功率波动；

（4）实际有功功率波动f(t)不越限即Fen <f(t)>-Fen，储能系统的SOC大于55%，则储能系统按照额度功率放电；

（5）实际有功功率波动f(t)不越限即Fen <f(t)>-Fen，储能系统的SOC小于45%，则储能系统按照额度功率充电；

（6）储能系统的SOC等于100%或者小于5%，则储能系统无充放电功率。

当然在其他可选实施例中，直流配电网中的有功功率波动的最大限值和SOC的控制范围可根据配电网实际的情况进行调整以适应不同的直流配电网。

通过上述说明可知，本发明的有益效果在于：

采用平抑直流配电网功率波动的方法，可有效减少交直流电网之间交换的有功功率波动越限的几率，保证交流系统的稳定运行，具备良好的经济性和有效性。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，包括：

步骤1，预先根据所述直流配电网两端的直流电压换流站与有功功率换流站的容量比例设定各换流站分摊有功功率的比例；预先设定所述直流配电网中有功功率的平稳参考值以及围绕所述平稳参考值波动的上限值和下限值；预先设定所述直流配电网中储能系统所要保持的电量储备恒定状态的范围；

步骤2，所述直流配电网系统在任意时刻自动采集电网内的实时有功功率，同时也对所述储能系统的实时电量储备情况进行监控并通过对所述储能系统充放电动作保持电量储备恒定；

步骤3，自动判断所述实时有功功率的越限状态并进行相对应的抑制动作。

2.根据权利要求1所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，有功功率的所述平稳参考值为一段时间内所述有功功率换流站所交换的有功功率的平均值。

3.根据权利要求2所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，所述实时有功功率的越限状态分为两种，第一种功率越上限为所述实时有功功率高于所述平稳参考值波动的上限值，第二种功率越下限为所述实时有功功率低于所述平稳参考值波动的上限值；所述实时有功功率的不越限状态为所述实时有功功率处于所述平稳参考值波动的上限值和下限值之间。

4.根据权利要求3所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，预先设定的所述储能系统的所述电量恒定状态范围为保持40%-60%的电量，中间值为50%。

5.根据权利要求4所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，所述储能系统的充放电动作均在所述实时有功功率不越限的状态下进行，当所述储能系统的电量储备低于40%时，所述储能系统从电网中吸收电能进行充电至50%；当所述储能系统的电量储备高于60%，所述储能系统向电网输出电能进行放电至50%。

6.根据权利要求5所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，当所述直流配电网系统处于所述有功功率越上限状态时，所述储能系统向电网输出电能直至所述实时有功功率回归到所述不越限状态。

7.根据权利要求5所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，当所述直流配电网系统处于所述有功功率越下限状态时，所述储能系统从电网吸收有功功率直至所述实时有功功率回归到所述不越限状态。

8.根据权利要求7所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，为了避免所述储能系统深度放电而缩短寿命，当所述储能系统放电至电量储备为5%时，停止继续放电。

9.根据权利要求1所述的平抑直流配电网功率波动的方法，其特征在于，当所述实时有功功率处于不越限状态，而且所述储能系统处于电量恒定状态时，所述储能系统与所述配电网无功率交换。