储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法。
【背景技术】
[0002]传统交流配电网正面临着供电容量不足、用户对电能质量和供电可靠性要求不断提高、分布式电源接入等诸多严峻挑战。柔性直流配电网在传送容量、可控性、电能质量和供电可靠性等层面具备比交流配电系统更加优异的性能。柔性直流配电网已经得到广泛的关注和研究。柔性直流配电网通过电压源型换流器接入交流系统，其所联接的交流系统等效阻抗较大，短路容量较小，因此柔性直流配电网与交流系统接口处的电压会随着两者之间传输的有功功率或者无功功率的变化而变化。较大的电压波动会对交流系统产生不利影响，进而影响到柔性直流配电网的正常运行。柔性直流配电网内部含有储能系统，可通过控制储能系统的输出功率来改变柔性直流配电网和交流系统之间传输的有功功率，进而实现对接口处交流电压的恒定控制，但是该方法对储能系统的容量以及最大输出功率具有很高的要求。由于电压源型换流器能够实现无功功率的快速、灵活控制，可通过控制电压源换流器的无功功率来调节接口处的交流电压，但是换流器能提高的无功功率受到换流器容量的限制，当换流器输送的有功功率较大时，无功功率不足将失去调节交流电压的能力。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对单独使用储能系统调节交流电压时对储能系统容量和输出功率要求较高的问题，以及单独使用换流器无功功率调节交流电压时因换流器容量限制导致无功不足的问题，提出一种储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法，本发明充分利用了储能系统的容量和换流站快速调节无功功率的能力，将柔性直流配电网交流侧的电压控制在额定值，保证交流系统的稳定运行，具备良好的经济性和有效性。
[0004]本发明提出一种储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0005](I)将柔性直流配电网交流侧电压的额定值与实际测量值二者之间的差值经过PI控制器生成定直流电压换流站的无功功率指令Qraf;定直流电压换流站按照该无功功率指令运行，调节配网交流侧电压；
[0006](2)(受换流站容量的限制，步骤(I)中的无功功率指令可能会超出无功功率的运行范围，该范围与换流站传输的有功功率有关。)通过实际测量采集柔性直流配电网中定直流电压换流站传输的有功功率P ;
[0007](3)判断定直流电压换流站的有功功率P是否超过换流站容量S的90% ;若P<90% *S，则执行步骤(4) ;gP彡90% *S，则执行步骤(5);
[0008](4)储能系统技照初始功率指令Pbattl^f运灯;
[0009](5)在储能系统的初始功率指令的基础上增加一个附加功率指令Δ Pbattref，a Pbattref= 10 % *S，得到储能系统新的功率指令P battref+ Δ Pbattraf;储能系统按照功率指令Pbattref+ Δ Pbattorf运行；等待下一个采样周期到来，转步骤⑵。(增加Δ P battraf之后，定直流电压换流站的有功功率P将会减小到换流站容量的90%之内，定直流电压换流站无功功率的运行范围扩大，步骤(I)中生成的无功功率指令在任何情况下都能确保在无功功率的运行范围之内，换流站按该无功功率指令运行就能实现交流电压的恒定控制。)
[0010]本发明提出采用储能系统配合换流站的无功协调控制来调节柔性直流配电网交流侧的电压，当定电压换流站的有功率超过换流站容量的90%时，在储能系统原有的功率指令基础上增加一个附加的功率指令，该值为换流站容量的10 %，换流站的有功功率将会减小到容量的90%以内，换流站将能提供充足的无功功率来实现交流电压的恒定控制。本发明充分利用了储能系统的容量和换流站快速调节无功功率的能力，将柔性直流配电网交流侧的电压控制在额定值，保证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】
[0011]图1为储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压方法的控制原理图；
[0012]图2为定直流电压换流站的有功功率波形图；
[0013]图3为定直流电压换流站的无功功率波形图；
[0014]图4为定直流电压换流站交流侧电压波形图。
【具体实施方式】
[0015]本发明提出的一种储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0016](I)将柔性直流配电网交流侧电压的额定值与实际测量值二者之间的差值经过PI控制器生成定直流电压换流站的无功功率指令Qraf;定直流电压换流站按照该无功功率指令运行，调节配网交流侧电压；
[0017](2)(受换流站容量的限制，步骤(I)中的无功功率指令可能会超出无功功率的运行范围，该范围与换流站传输的有功功率有关。)通过实际测量采集柔性直流配电网中定直流电压换流站传输的有功功率P ;
[0018](3)判断定直流电压换流站的有功功率P是否超过换流站容量S的90% ;若P<90% *S，则执行步骤(4) ;gP彡90% *S，则执行步骤(5);
[0019](4)储能系统技照初始功率指令Pbattl^f运灯;
[0020](5)在储能系统的初始功率指令的基础上增加一个附加功率指令Δ Pbattref，A Pbattref= 10 % *S，得到储能系统新的功率指令P battref+ Δ Pbattraf;储能系统按照功率指令Pbattref+ Δ Pbattorf运行；等待下一个采样周期到来，转步骤⑵。(增加Δ P battraf之后，定直流电压换流站的有功功率P将会减小到换流站容量的90%之内，定直流电压换流站无功功率的运行范围扩大，步骤(I)中生成的无功功率指令在任何情况下都能确保在无功功率的运行范围之内，换流站按该无功功率指令运行就能实现交流电压的恒定控制。)
[0021]本发明方法的控制原理如图1所示，将柔性直流配电网交流侧电压的额定值1kV与实际测量值Va。二者之间的差值经过PI控制器得到定直流电压换流站的无功功率指令Qraf，换流站按该无功功率指令运行可调节配网交流侧电压。若该无功功率指令超出换流站无功功率的运行范围，交流侧电压将不能实现恒定控制。无功功率的运行范围受到换流站的容量的限制，跟有功功率有关，在换流站容量一定的情况下，有功功率越小，无功功率的运行范围就越大。因此通过改变储能系统的输出功率来减小换流站输出的有功功率，从而增大无功功率的运行范围。当换流站的有功功率在换流站容量的90%以内时，实现交流电压恒定控制的无功功率指令在任何情况下都不会超出无功功率的运行范围。因此图1中对定直流电压换流站的有功功率P进行测量并判断是否超过换流站容量的90 %，若超过，给储能系统一个附加的功率指令A Pbattraf，该指令为换流站容量的10%，储能系统按新的功率指令Pbattraf+A Pbattraf运行后，换流站的有功功率将会降低到容量的90%以内。
[0022]实施例
[0023]本发明方法针对一个两端手拉手结构的柔性直流配电网系统进行说明。换流站的容量S = 15MVA，换流站容量的90%即为13.5丽；交流侧线电压有效值控制目标为1kV ;储能系统初始功率指令APbatttef= 0，APbattref= 1.5MW ;系统运行时间为24h。
[0024]按照本发明提出的方法按步骤运行，得到的结果说明如下:图2波形显示，在12:00至16:00之间换流站的初始有功率超过13.5MW，采用本发明提出的方法之后，通过给储能系统一个附加的功率指令1.5MW之后，换流站的有功功率降到13.5Mff(换流站容量的90% )以内，在后续有功功率超过13.5MW的时刻，应用本发明所提出的方法，换流站的有功功率同样下降到13.5MW(换流站容量的90% )以内。图3波形显示换流站提供的无功功率始终在其运行范围之内，图4波形显示使用本发明采用的方法之后交流侧电压能被恒定控制在额定值10kV。
【主权项】
1.一种储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)将柔性直流配电网交流侧电压的额定值与实际测量值二者之间的差值经过PI控制器生成定直流电压换流站的无功功率指令Qraf;定直流电压换流站按照该无功功率指令运行，调节配网交流侧电压； (2)实时测量采集柔性直流配电网中定直流电压换流站传输的有功功率P; (3)判断定直流电压换流站的有功功率P是否超过换流站容量S的90%;若P〈90%*S，则执行步骤(4);若P彡90% *S，则执行步骤(5); (4)储能系统按照初始功率指令Pbattraf运行； (5)在储能系统的初始功率指令Pbattraf的基础上增加一个附加功率指令ΔP battref，A Pbattref= 10 % *S，得到储能系统新的功率指令P battref+ Δ Pbattraf;储能系统按照功率指令Pbattraf+Δ Pbattraf运行；等待下一个采样周期到来，转步骤(2)。
【专利摘要】本发明涉及一种储能配合换流站控制柔性直流配电网交流侧电压的方法，属于电力电子技术领域。该方法包括：将柔性直流配电网交流侧电压的额定值与实测值之间的差值经过PI控制器生成定直流电压换流站的无功功率指令，换流站按照该无功功率指令运行，调节配网交流侧电压；测量采集定直流电压换流站传输的有功功率；判断有功功率是否超过换流站容量的90％；若不是，储能系统按初始功率指令运行；若是，给储能系统一个附加的功率指令，其值为换流站容量的10％，储能系统按新的功率指令运行。本发明充分利用了储能系统的容量和换流站快速调节无功功率的能力，将柔性直流配电网交流侧的电压控制在额定值，保证交流系统的稳定运行，具备良好的经济性和有效性。
【IPC分类】H02J3/16, H02J3/36
【公开号】CN105006831
【申请号】CN201510413584
【发明人】李岩, 赵宇明, 袁志昌, 许树楷, 刘国伟, 张海波, 李巍巍, 姚森敬
【申请人】南方电网科学研究院有限责任公司, 深圳供电局有限公司, 清华大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月14日