一种新能源配电网中电池储能系统的运行控制方法

1.本发明涉及电池储能系统运行控制方法技术领域，具体为一种新能源配电网中电池储能系统的运行控制方法。


背景技术：

2.近年来，为了实现低碳发展，风电、太阳能等实现快速发展，新增能源装机比例，但是，随着低碳能源的快速发展，新接入能源电网的波动性和临时性对电网安全的调控、运行和控制产生了负面影响，严重制约了能源的高效利用，分散式集中发电系统相结合是应对新型发电和并网挑战的有效方式，随着技术的不断进步，也为我国能源发展战略提供了重要的支撑。
3.专利号为cn106786685b，一种发电侧配置电池储能系统参与电网深度调峰的运行控制方法。过程如下：首先，基于电网负荷曲线，划分负荷区间；当运行在负荷谷荷区，火电机组降出力或不降出力运行，电池储能系统充电；当运行在负荷平荷区或负荷峰荷区，控制电池储能系统放电，并且保证联合系统的出力波动不与负荷波动趋势相逆反，并保证在日内电池储能系统充放电量相平衡，即e1＝e2+e3。在电网谷荷调峰时段，使得火电机组在电网调峰时段不降出力或少降出力，但对外表现为较大程度上的降出力，参与了电网调峰，将获取调峰收益。
4.风力发电、光伏发电等新能源具有随机性、间歇性的特点，输出功率不稳定，当负荷特性与新能源功率特性相反时，在负荷低谷期间新能源发电，高峰期新能源全停的极端方式下，很难满足电网调峰需要。反调峰特性会增加系统调度难度，对电网的安全稳定运行造成影响，给电网调度部门的调峰工作带来更大的困难和挑战，调度人员需要在确定用于平衡负荷波动的电网可调峰容量的同时，考虑平衡电出力波动的调峰容量，需要有更多的火电或水电调峰容量和备用容量来调节，系统须增加旋转备用容量，来保证系统的调峰调频能力，降低了其他机组的利用小时数，影响系统的经济性，增加了相应的电网运行费用。


技术实现要素：

5.解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种新能源配电网中电池储能系统的运行控制方法，解决了随着新能源发电的快速发展，配电网的构成元件和拓扑结构也变得日趋复杂，在配电网中通过合理配置分布式电池储能装置有效发挥分布式储能的聚合效应，在保证配电网安全运行的同时实现配电网能量的优化的问题。
7.技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种新能源配电网中电池储能系统的运行控制方法，包括如下步骤：
9.sp1：评估测试配电网的不稳定容量，获取风力发电和光伏发电的输出功率，并根据所述输出功率计算得到储能系统的平抑功率目标值；
10.sp2：通过储能系统对新能源发电出力的补偿控制，在基于实时电价、负载需求和新能源出力等因素构建出性能指标函数；
11.sp3:根据新能源的输入输出，对电源的频率和电压进行调节；
12.sp4:通过agc控制和avc控制，对网络配电进行优化；
13.sp5：确定电池储能系统的最大充电功率和最大放电功率，计算储能系统运行能力的充放电饱和度指标和充放电运行平稳度指标；
14.sp6：根据电池储能系统故障输出电流的情况，从实际范围阻抗的角度进行分析的方法，并对电池储能系统的配电网络进行计算分析；
15.sp7：对电池储能系统特性及其对配电网继电保护的影响进行分析，建立输电网和配电网的自适应保护方案。
16.优选的，所述风力发电的风机电磁功率pe可表示为：
[0017][0018]
式中，ρ为空气密度；sw为扫峰面积；r为风轮叶片半径；β
opt
为最佳叶尖速比；c
max
为最大风能利用系数；ωr为发电机转子电角速度；n
p
为发电机极对数；n为齿轮传动比。
[0019]
优选的，所述光伏发电的最大输出功率为p
pv
，光伏面板的表面积为s
pv
，
[0020]
则有：
[0021]
p
pv
(ta，g
tot
)＝φ
pv
(ta，g
tot
)
·spv
·gtot
[0022]
式中，ta为光伏面板周围环境温度；g
tot
为光伏面板所受到的总光照；φ
pv
为光伏面板吸收效率。
[0023]
优选的，所述自适应保护方案从节点阻抗矩阵出发，通过中央控制单元接收上层发送的节点阻抗矩阵，根据变电站电气及结构信息来形成本层级的节点阻抗矩阵，发送到各馈线继电器单元中；各馈线继电器单元根据馈线等效负荷阻抗和被保护线路阻抗，实时计算出自适应整定值，并与线路电流相比较，输出动作信号。
[0024]
优选的，所述agc控制为自动发电控制，分为远程模式和本地模式，远程模式运行状态下，agc功能模块接收远程调度控制命令，有功功率根据规划进行分配，没有收到有功功率分配命令则根据有功功率计划的电流曲线进行功率分配。
[0025]
优选的，所述avc控制为自动电压控制，控制方式包括远方方式和就地方式，远方方式状态下，avc功能模块接收远程调度命令并对无功调节进行跟踪，无命令状态下，avc功能模块根据就地电压计划曲线的值进行无功功率的适配和监控。
[0026]
优选的，所述电池储能系统接入配电网各节点时的保护准入容量，电池储能系统容量低于保护准入容量，配电网原有保护方案仍能满足要求，不需要进行调整；电池储能系统的容量超出了保护准入容量，自适应保护方案启动。
[0027]
有益效果
[0028]
本发明提供了一种新能源配电网中电池储能系统的运行控制方法。具备以下有益效果：
[0029]
1、提出一种基于广域测量系统的电网自适应保护策略，并设计自适应保护模块架构，解决由于背侧系统结构的改变、运行方式的变化以及电池储能系统等分布式电源的接
入对电流保护所造成的影响，有效地减少了各控制单元的计算量，提高了计算准确度；有效提高了保护的灵敏度和可靠性，使大型电池储能系统的使用可以显著提高网络运行的能力，使安全与调度信息相结合，实现多目标的网络潮流优化，解决了随着新能源发电的快速发展，配电网的构成元件和拓扑结构也变得日趋复杂，在配电网中通过合理配置分布式电池储能装置有效发挥分布式储能的聚合效应，在保证配电网安全运行的同时实现配电网能量的优化的问题。
[0030]
2、本发明通过电池储能系统对于配电网能量优化管理，合理地对其进行配置，并提出与之相适应的控制架构对其进行优化控制，主动配电网是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、储能设备充放电互动、智能配用电等电网分析及运行关键技术的有效解决方案，电池储能系统因其能量传输效率高、配置灵活等优点是实现主动配电网的重要技术，提高了能源的利用效率和配电网运行经济性。
附图说明
[0031]
图1为本发明的运行控制示意图。
具体实施方式
[0032]
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。
[0033]
实施例一：
[0034]
如图1所示，一种新能源配电网中电池储能系统的运行控制方法，包括如下步骤
[0035]
sp1：评估测试配电网的不稳定容量，获取风力发电和光伏发电的输出功率，并根据输出功率计算得到储能系统的平抑功率目标值；
[0036]
sp2：通过储能系统对新能源发电出力的补偿控制，在基于实时电价、负载需求和新能源出力等因素构建出性能指标函数；
[0037]
sp3:根据新能源的输入输出，对电源的频率和电压进行调节；
[0038]
sp4:通过agc控制和avc控制，对网络配电进行优化；
[0039]
sp5：确定电池储能系统的最大充电功率和最大放电功率，计算储能系统运行能力的充放电饱和度指标和充放电运行平稳度指标；
[0040]
sp6：根据电池储能系统故障输出电流的情况，从实际范围阻抗的角度进行分析的方法，并对电池储能系统的配电网络进行计算分析；
[0041]
sp7：对电池储能系统特性及其对配电网继电保护的影响进行分析，建立输电网和配电网的自适应保护方案。
[0042]
实施例二：
[0043]
如图1所示，风力发电的风力发电机可工作在最大风能跟踪控制和负荷追踪两种运行方式下，在调频设备满足要求的情况下，风机普遍运行于最大风能跟踪控制模式，输出功率随风速变化。自适应保护方案从节点阻抗矩阵出发，通过中央控制单元接收上层发送的节点阻抗矩阵，根据变电站电气及结构信息来形成本层级的节点阻抗矩阵，发送到各馈
线继电器单元中；各馈线继电器单元根据馈线等效负荷阻抗和被保护线路阻抗，实时计算出自适应整定值，并与线路电流相比较，输出动作信号。agc控制为自动发电控制，分为远程模式和本地模式，远程模式运行状态下，agc功能模块接收远程调度控制命令，有功功率根据规划进行分配，没有收到有功功率分配命令则根据有功功率计划的电流曲线进行功率分配。avc控制为自动电压控制，控制方式包括远方方式和就地方式，远方方式状态下，avc功能模块接收远程调度命令并对无功调节进行跟踪，无命令状态下，avc功能模块根据就地电压计划曲线的值进行无功功率的适配和监控。电池储能系统接入配电网各节点时的保护准入容量，电池储能系统容量低于保护准入容量，配电网原有保护方案仍能满足要求，不需要进行调整；电池储能系统的容量超出了保护准入容量，自适应保护方案启动。
[0044]
实施例三：
[0045]
如图1所示，风力发电、光伏发电等具有随机性、间歇性的特点，输出功率不稳定，当负荷特性与新能源功率特性相反时，在负荷低谷期间新能源发电，高峰期新能源全停的极端方式下，很难满足电网调峰需要。反调峰特性会增加系统调度难度，对电网的安全稳定运行造成影响，给电网调度部门的调峰工作带来更大的困难和挑战，调度人员需要在确定用于平衡负荷波动的电网可调峰容量的同时，考虑平衡风电出力波动的调峰容量，需要有更多的火电或水电调峰容量和备用容量来调节，系统须增加旋转备用容量，来保证系统的调峰调频能力，通过提出电池储能系统接入配电网的选址定容方案，分析考虑电网继电保护动作对电池储能系统接入的约束条件，研究适合配电网结构特性与电网保护设计特性的编码方式，采用混沌免疫禁忌混合改进算法，计算出各节点的电池储能系统保护准入容量，对电池储能系统的选址定容进行优化，提高配电网运行的可靠性。
[0046]
实施例四：
[0047]
如图1所示，根据储能系统的实时运行状态和风电功率的波动情况，计算能够表示双电池组储能系统运行能力的充放电饱和度指标和充放电运行平稳度指标，将获得的充放电饱和度指标和充放电运行平稳度指标输入到控制器中，计算得到滤波时间常数的修正量，通过电池储能系统对于配电网能量优化管理，合理地对其进行配置，并提出与之相适应的控制架构对其进行优化控制，主动配电网是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、储能设备充放电互动、智能配用电等电网分析及运行关键技术的有效解决方案，电池储能系统因其能量传输效率高，配置灵活等优点是实现主动配电网的重要技术，提高了能源的利用效率和配电网运行经济性，电力系统中引入储能设备，一方面有效地实现需求侧管理，减小负荷峰谷差，另一方面可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，此外还可以促进可再生能源的应用，可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。储能技术的应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。
[0048]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0049]
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。