一种荷电状态相关的直流电网母线电压辅助控制方法
【专利摘要】本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，特别涉及一种荷电状态相关的直流电网母线电压辅助控制方法，可以根据电池储能装置自身的荷电状态SOC有选择性地进行电压控制，将各个电池储能装置的荷电状态SOC引入控制流程，通过计算各个电池储能装置是否投入电压控制及投入顺序和输出功率，实现自动分配各电池储能装置的输出功率，且控制策略全程自动完成不依赖装置间通讯。
【专利说明】
一种荷电状态相关的直流电网母线电压辅助控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，特别涉及一种荷电状态相关的直流电 网母线电压辅助控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着传统化石能源日渐枯竭，全球气候变化和环境污染问题日益严重，为了满足 人类社会日益增长的能源需求，减轻环境负担，亟待开发清洁、低碳、可持续的绿色能源，同 时实现电能替代，降低对化石能源的消耗。太阳能、风能等可再生能源储量丰富，是理想的 替代能源，可通过分布式发电的方式加以开发，具有不易受地域局限、转化效率高和有利于 资源充分利用等优势，可提高能源供应可靠性。电动汽车的推广可以有效减少石油消耗，通 过V2G技术使电动汽车电池与电网互动，作为电池储能装置参与电网调节，有助于提高可再 生能源利用率和电网经济性。所以分布式电源和电动汽车近年来得到了各国政府和工业界 的大力推动，发展迅速。直流电网是未来配电网发展新方向之一，近年来受到学术界的广泛 关注，并有示范工程投入应用。直流电网的优势之一就是灵活开放，取消了直流电源和充放 电装置接入的逆变环节，大幅降低分布式发电入网成本，能够适应其大量接入。
[0003]目前，直流电网的运行控制技术仍在研究开发阶段，在电压控制方面主要是研究 如何在各可控功率源间合理分配功率，实现电网电压稳定。目前已有直流电压偏差控制策 略、直流电压斜率控制策略和电压偏差斜率控制策略等，可实现多个AC/DC换流站参与多端 直流输电电压控制，具有不依赖换流站间通讯即可实现主从切换和功率分配的优点。对于 分布式电源和电动汽车接入直流电网，一般包括一个AC/DC换流器、若干电池储能装置(专 用储能装置或电动汽车双向充放电装置）以及若干不受控的分布式发电装置。其中，电池储 能装置自身的荷电状态S0C是影响电压偏差门槛和投入延时的重要因素。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种荷电状态相关的直流电网母线电压辅助 控制方法，可以根据电池储能装置自身的荷电状态S0C有选择性地进行电压控制，并能够自 动分配各电池储能装置的输出功率，且控制策略全程自动完成不依赖装置间通讯。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] -种荷电状态相关的直流电网母线电压辅助控制方法，应用于各个电池储能装置 上，具体步骤如下：
[0007] 步骤1测量直流母线电压UB，判断UB是否大于U hn+(Umax-Uhn) ? S0C;若是则执行步骤 2,若否则执行步骤3。
[0008] 步骤2延时TD ? S0C后再次判断UB是否大于Uhn+(Umax-Uhn) ? S0C;若是则利用公式1 计算电池储能装置功率输出P
[0010]若否则令电池储能装置功率输出P = Pc。
[0011] 步骤3判断Ub是否小于Uln- (Uln-Umin) (1-S0C);若是则执彳丁步骤3_a，若否则执彳丁步 骤 3-b。
[0012] 步骤3-a延时Td(I-SOC)后再次判断UB是否小于Uln-(Uln-Umin)(1-S0C);若是则利用 公式2计算电池储能装置功率输出P
[0014] 若否则令电池储能装置功率输出P = Pc。
[0015] 步骤3-b令电池储能装置功率输出P = Pc。
[0016] 其中，UB为直流母线电压，单位kV; Umax为直流母线最高工作电压，单位kV; Umin为直 流母线最低工作电压，单位kV;UHN、Uln为预设电压且Uhn>Uln，单位kV; Td为预设时间，单位ms; S0C为储能装置荷电状态，单位为电池储能装置的正常充放电功率，单位kW;PMAX为 电池储能装置的最大输出功率，单位kW; Pmin为电池储能装置的最小输出功率，单位kW; Pmax 或Pmin为负值时表示电池储能装置吸收功率。
[0017] 本发明的有益效果:本发明适用于直流并网的多个电池储能装置。当直流电网控 制直流母线电压的AC/DC换流器因退出运行或满功率运行而失去电压控制能力时，电池储 能装置可以根据本发明提供的技术方案输出功率，从而参与直流母线电压的辅助控制。本 发明的有益效果在于可以根据电池储能装置的荷电状态，有选择性地按照先后次序投入直 流母线电压的辅助控制，并在进行辅助控制的电池储能装置间合理分配输出功率。
【附图说明】
[0018] 图1为典型的分布式电源直流接入系统组成示意图。
[0019] 图2为本发明的流程示意图。
[0020] 图3为本发明的功率-电压曲线图。
【具体实施方式】
[0021 ]图1为一个典型的分布式电源直流接入系统，包括1个直流母线，1个AC/DC换流器， 2个电池储能装置和2个光伏发电装置。AC/DC换流器为电压源换流器，用作交流电网和直流 接入系统间的能量交换接口；电池储能装置直接接入直流母线，可以控制其在额定范围内 发出或吸收功率;光伏发电装置可以就地直接接入直流母线，也可以通过一段直流线路接 入，其发电功率由自然条件决定，不进行控制。AC/DC换流器正常运行时控制直流母线电压 为额定电压Un，电池储能装置按照充电计划运行在定功率控制模式下，功率为Pc;当AC/DC换 流器因故障退出运行或功率达到上下限而失去电压控制能力时，直流母线电压由本发明所 述的方法通过电池储能装置进行调节。
[0022]图2为本发明技术方案的流程图，图3为参照本发明技术方案执行电压调节的功 率-电压曲线图。图3根据图2所描述的原理绘制，其中，由代表Pmax、Pmin、Umax、Umin的虚线所包 围的矩形为电池储能装置的最大运行范围，U N为额定电压。例如功率-电压曲线ABCD:B点纵 坐标对应Uhn+(Umax-Uhn) ? S0C，C点纵坐标对应Uln-(Uln-Umin)(1-S0C)，当UB在此电压范围内 时，功率一电压曲线为线段BC，电池储能装置不进行电压控制，输出功率P为正常充放电功 率Pc;当UB超过并在延时Td ? SOC后仍然超过Uhn+(Umax-Uhn) ? SOC时，电池储能装置进行电压 辅助控制，输出功率随电压升高而等比例减小(可以为负），若母线电压达到Umax时输出功率 减到最小Pmin，功率一电压曲线为线段AB;当U B低于并在延时Td( 1-S0C)后仍然低于Uln-(Uln-UMIN)(1-S0C)时，电池储能装置进行电压辅助控制，输出功率随电压降低而等比例增大，当 母线电压达到Umin时输出功率增到最大Pmax，功率一电压曲线为线段CD。
[0023]当电池储能装置SOC增大时，B点、C点垂直向上移动，BC曲线在图中左侧阴影部分 移动；当电池储能装置S0C减小时，B点、C点垂直向下移动，BC曲线在图中右侧阴影部分移 动。当直流母线上接入多个电池储能装置时，可实现电池储能装置根据自身S0C情况，有选 择地参与辅助电压控制：当母线电压U B较高需要向下调压时，S0C较小的电池储能装置优先 调节；当母线电压Ub较低需要向上调压时，S0C较大的电池储能装置优先调节。延时与S0C相 关可以使多个不同S0C的电池储能装置在时限Td内先后参与辅助控制，防止大量电池储能 装置同时投入产生电压振荡。
[0024] 实施例给定UN为10kV(UN为AC/DC换流器正常运行时直流母线的额定电压），Pmax为 50kW，Pmin为 _ 50kW，Umax为 1 lkV，Umin为 9kV，Uhn为 10 ? 5kV，Uln为 9 ? 5kV，Td 为 200ms。电池储能装 置#1的SOC为20%力为_51^，则当1^大于10.61^时进行电压辅助控制，延时4〇1118 ;当1^小于 9. lkV时进行电压辅助控制，延时160ms。电池储能装置#2的S0C为80 %，PC为lkW，则当UB大于 10.9kV时进行电压辅助控制，延时160ms ;当Ub小于9.4kV时进行电压辅助控制，延时40ms。 若直流母线电压UB为10kV，则电池储能装置#1输出-5kW，电池储能装置#2输出lkW，均不进 行电压辅助控制；若直流母线电压Ub上升并保持在10.8kV，则电池储能装置#1延时40ms后 输出-27.5kW进行电压辅助控制，电池储能装置#2输出lkW不进行电压辅助控制;若直流母 线电压U B上升并保持在10.95kV，则电池储能装置#1延时40ms后输出-44.38kW进行电压辅 助控制，电池储能装置#2延时160ms后输出-27.5kW进行电压辅助控制。
[0025]以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对 于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而 易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种荷电状态相关的直流电网母线电压辅助控制方法，其特征在于其应用于各个电 池储能装置上，具体步骤如下： 步骤1测量直流母线电压UB，判断UB是否大于Uhn+(Umax-Uhn) · SOC;若是则执行步骤2,若 否则执行步骤3; 步骤2延时TD · SOC后再次判断UB是否大于Uhn+(Umax-Uhn) · SOC;若是则利用公式1计算 电池储能装置功率输出P 若否则令电池储能装置功率输出P = Pc;步骤3判断Ub是否小于Uln- (Uln-Umin) (1-S0C);若是则执彳丁步骤3_a，若否则执彳丁步骤3_ b； 步骤3-a延时Td(I-SOC)后再次判断UB是否小于Uln-(Uln-Umin)(1-S0C);若是则利用公式 2计算电池储能装置功率输出P若否则令电池储能装置功率输出P = Pc; 步骤3-b令电池储能装置功率输出P = Pc; 其中，UB为直流母线电压，单位kV; Umax为直流母线最高工作电压，单位kV; Umin为直流母 线最低工作电压，单位kV; UHN、ULN为预设电压且UHN>ULN，单位kV; TD为预设时间，单位ms; S0C 为储能装置荷电状态，单位为％;托为电池储能装置的正常充放电功率，单位kW;PMAX为电池 储能装置的最大输出功率，单位kW; Pmin为电池储能装置的最小输出功率，单位kW; Pmax或Pmin 为负值时表示电池储能装置吸收功率。
【文档编号】H02J7/34GK105958622SQ201610383854
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】郭捷, 胡文平, 王磊, 周文, 马慧卓
【申请人】国网河北省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司, 河北省电力建设调整试验所