一种计及电网功率因数的储能调压控制方法及装置与流程

1.本发明属于储能控制领域，特别涉及一种计及电网功率因数的储能调压控制方法。


背景技术：

2.电能质量问题特别是电压波动问题越来越多地引起了国内外电力系统及电力用户的普遍关注。电能质量问题一般包括电压陡升、电压波动、电压中断、电压失衡及谐波干扰。在这些电能质量问题中，发生次数最多形式最严峻的就是电压波动问题。电压波动在诸多影响用电设备正常工作的电能质量问题中被认为最严重的一个，在整个电能质量问题投诉数量中电压波动问题占比近80％。
3.电压波动(voltage sag)，也称为电压凹陷，是指系统额定运行电压有效值在几秒甚至几毫秒时间内发生骤降又恢复到正常状态的现象。在美国电科院2001年开展的电能质量经济性损失调查中，全美每年电能质量问题造成的损失约为150～240亿美元，其中电压波动与暂升造成的损失约占所有问题的48％；在南非国家标准nrs 048
‑
2:2003中规定：用户侧电气设备要求能够具有电压波动到70％时承受150ms、80％时600ms、80％时长期运行的抗扰度水平，同时也规定了电网出现的电压波动的频度。常规的解决电压波动问题方案如采用备用电源快速切换、不间断电源(ups)、动态电压恢复器、多功能电压瞬时补偿装置等，或存在动作不够迅速或损耗大，效率不高或经济型不足等问题。
4.储能系统具有功率控制精准、响应迅速的特点，且其参与电网调压，充放无功功率仅占用pcs容量，而不消耗有功功率，在现今储能应用市场爆发式增长的现状下，将储能系统用于改善参与电网调压，在拓展储能应用场景的同时，还可以提高其应用经济型，对其发展具有重要理论和实践意义，而储能参与电网辅助调压有一系列理论方法与技术问题需要解决，控制方法问题即是其中之一。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种计及电网功率因数的储能调压控制方法及装置，其目的是利用储能系统的无功功率双向流动、控制精确的特点，改善电网电压波动等问题。通过检测电网运行参数，同时考虑电网运行功率因数等状态，控制储能系统进行无功功率的充放，改善电网电压波动等电压波动问题，以达到提高电网电压稳定性，改善供电电能质量和提高供电经济性的目的，同时，并在一定程度上拓宽储能的应用场景，延展其应用经济性。
6.本发明提供的技术方案如下：
7.一种计及电网功率因数的储能调压控制方法，包括以下几个步骤：
8.步骤1：将由pcs装置控制的电池储能系统经断路器和变压器并入电网；
9.步骤2：实时采集电网运行数据，包括电网参考电压值u
n
，对应i时刻储能并网点电压u
ppci
、储能系统自身电压u
bi
、功率因数λ
i
；
10.步骤3：根据步骤2实时采集的储能并网点电压u
ppci
，电池储能系统自身电压u
bi
，功
率因数λ
i
和电网参考电压值u
n
，判断电网需求状态，若电压出现波动，则根据电压波动情况确定电池储能系统的动作方式及出力方向、大小，若电压处于正常状态，则返回步骤2进入下一个检测周期；
11.步骤4：根据电池储能系统参与电网调压的动作区域和理论调压指令q
bi
，以及电池储能系统中电源正常工作时的出力限值最大值q
bmax
、最小值q
bmin
，确定电池储能系统对应时刻调压的实际出力值q
bi
；
12.步骤5：根据电池储能系统中电源对应的调压的实际出力值q
bi
，控制电池储能系统中电源的输出功率，从而对电池储能系统中电源进行充/放电，完成电网调压的协调控制。
13.λ
i
为电网功率因数，取值范围为[0，1]，在电网运行状态检测中通常可以直接采集获得，其实质为电网运行有功功率p与电网视在功率s的比值，即λ
i
＝p/s，其中s2＝p2 q2，q为电网无功功率。实际上，在输出相同的有功功率的情况下，提高电网功率因数，可以减小无功电流，因此可以减小无功电流在线路电阻上产生的功率损耗。因此，考虑电网功率因数来确定储能参与调压的控制系数，更有利于电网经济运行。
[0014]
进一步地，根据数据实时采集单元采集的数据判断电网需求状态及储能自身状态，确定储能动作方式与出力方向、大小，具体过程如下：
[0015]
储能动作方式与出力方向：
[0016]
(1)若u
ppci
＝u
bi
，则说明储能正常并网，可正常进行充放电动作；
[0017]
1)当u
ppci
＞u
n
时，电压偏高，电网出现无功功率富余；需储能进行无功功率吸收，令q
bi
为负值，储能动作出力的方向为储能吸收存储无功功率以降低电压；
[0018]
2)当u
ppci
＜u
n
时，电压偏低，电网出现无功功率缺额；需储能进行无功功率补偿，令q
bi
为正值，储能动作出力的方向为储能释放无功功率以提高电压；
[0019]
3)当u
ppci
＝u
n
时，电压状况良好，储能动作出力的方向为储能无需动作；
[0020]
(2)若u
ppci
≠u
bi
，则说明储能未能正常并网，需进行检修，无法进行充放电动作；
[0021]
动作方式是放电动作或者充电动作，相当于确定了动作值的正负号；
[0022]
储能动作出力的大小，即理论调压指令q
bi
具体计算方法如下：
[0023]
q
bi
＝k
×
δu
i
，δu
i
＝u
ppci
‑
u
n
，k＝1/λ
i
×
k1[0024]
其中，k1为常数，取值范围为1.1
‑
1.3。
[0025]
电网运行中电压与无功功率直接相关，无功功率由电压高的节点流向电压低的节点，通常情况下当电网节点电压跌落时，表示该节点出现无功缺额，需要采取相关措施注入无功功率，如并联电容器等，但传统的无功注入方式存在无功功率调节不连续等特点，而在含储能的系统中，考虑利用储能的无功功率充放能力，对电网进行无功功率的补充或吸收。当电网电压升高(即δu
i
＞0时)，储能系统将吸收部分无功功率存储起来，从而降低该节点处的无功功率，降低电压；当电网电压升高(即δu
i
<0时)，储能系统将之前吸收存储的部分无功功率释放注入电网，从而提高该节点处的无功功率，提高电压，从而达到调节电压的作用；
[0026]
q
bi
表示理论调压指令，也就是储能电源的理论作用的无功功率，其中q
bi
为正表示吸收，q
bi
为负表示释放；
[0027]
进一步地，在电池储能系统的最小出力容量限制和最大出力容量限制范围内时，电池储能系统中电源对应时刻调压的实际出力值q
bi
按以下公式确定：
[0028][0029]
其中，q
bmin
、q
bmax
对应电池储能系统实际的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
[0030]
另一方面，一种计及电网功率因数的储能调压控制装置，包括依次连接的并网单元、数据实时采集单元、判断单元、运算单元以及输出单元，利用并网单元将电池储能系统并入电网，再由数据实时采集单元采集电压信息，经由判断单元进行电网需求状态、电池储能系统的动作方式及出力方向的判断，再经过运算单元计算得到功率指令；然后由输出单元输出由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出的补偿电流，对电池储能系统中电源进行充/放电，完成电网调压的协调控制。
[0031]
进一步地，所述并网单元将由pcs装置控制的电池储能系统经断路器和变压器并入电网。
[0032]
进一步地，所述数据实时采集单元用于实时采集电网运行数据，包括电网参考电压值u
n
，对应i时刻储能并网点电压u
ppci
、储能系统自身电压u
bi
、功率因数λi。
[0033]
进一步地，所述判断单元根据数据实时采集单元采集的数据判断电网需求状态及储能自身状态，确定储能动作方式与出力方向、大小，具体过程如下：
[0034]
储能动作方式与出力方向：
[0035]
(1)若u
ppci
＝u
bi
，则说明储能正常并网，可正常进行充放电动作；
[0036]
1)当u
ppci
＞u
n
时，电压偏高，电网出现无功功率富余；需储能进行无功功率吸收，令q
bi
为负值，储能动作出力的方向为储能吸收存储无功功率以降低电压；
[0037]
2)当u
ppci
＜u
n
时，电压偏低，电网出现无功功率缺额；需储能进行无功功率补偿，令q
bi
为正值，储能动作出力的方向为储能释放无功功率以提高电压；
[0038]
3)当u
ppci
＝u
n
时，电压状况良好，储能动作出力的方向为储能无需动作；
[0039]
(2)若u
ppci
≠u
bi
，则说明储能未能正常并网，需进行检修，无法进行充放电动作；
[0040]
储能动作出力的大小，即理论调压指令q
bi
具体计算方法如下：
[0041]
q
bi
＝k
×
δu
i
，δu
i
＝u
ppci
‑
u
n
，k＝1/λ
i
×
k1[0042]
其中，k1为常数，取值范围为1.1
‑
1.3。
[0043]
进一步地，运算单元在电池储能系统的最小出力容量限制和最大出力容量限制范围内时，电池储能系统中电源对应时刻调压的实际出力值q
bi
按以下公式计算：
[0044][0045]
其中，q
bmin
、q
bmax
对应电池储能系统的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
[0046]
再一方面，一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行上述的一种计及电网功率因数的储能调压控制方法。
[0047]
有益效果
[0048]
与现有技术比，本发明的有益效果为：
[0049]
本发明通过利用储能系统参与解决电网调压和电压波动的问题，其目的是提供一种储能系统参与电网调压，改善电网电压波动等问题。通过检测电网运行参数，同时考虑电网运行功率因数等状态，控制储能系统进行无功功率的充放，改善电网电压波动等电压波动问题，以达到提高电网电压稳定性，重点利用功率因素和节点电压变化趋势的定性关系，建立对应的定量关系调节函数(q
bi
＝k
×
δu
i
)，从而控制储能的无功充放电功率值的大小，建立量化关系，对储能系统的运行简单直观的控制，在改善供电电能质量和提高供电经济性的目的，同时，并在一定程度上拓宽储能的应用场景，延展其应用经济性，且电池储能动作迅速、功率双向充放控制精确的特点，提高了电网调压的暂态和稳态性能。
附图说明
[0050]
图1为本发明实施例提供控制方法流程图。
具体实施方式
[0051]
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0052]
如图1所示，一种计及电网功率因数的储能调压控制方法，包括以下几个步骤：
[0053]
步骤1：将由pcs装置控制的电池储能系统经断路器和变压器并入电网；
[0054]
步骤2：实时采集电网运行数据，包括电网参考电压值u
n
，对应i时刻储能并网点电压u
ppci
、储能系统自身电压u
bi
、功率因数λ
i
；
[0055]
步骤3：根据步骤2实时采集的储能并网点电压u
ppci
，电池储能系统自身电压u
bi
，功率因数λ
i
和电网参考电压值u
n
，判断电网需求状态，若电压出现波动，则根据电压波动情况确定电池储能系统的动作方式及出力方向、大小，若电压处于正常状态，则返回步骤2进入下一个检测周期；
[0056]
电网参考电压值u
n
根据并网点电压等级确定；
[0057]
λ
i
为电网功率因数，取值范围为[0，1]，在电网运行状态检测中通常可以直接读取，其实质为电网运行有功功率p与电网视在功率s的比值，即λ
i
＝p/s，其中s2＝p2 q2，q为电网无功功率。实际上，在输出相同的有功功率的情况下，提高电网功率因数，可以减小无功电流，因此可以减小无功电流在线路电阻上产生的功率损耗。因此，考虑电网功率因数来确定储能参与调压的控制系数，更有利于电网经济运行。
[0058]
根据数据实时采集单元采集的数据判断电网需求状态及储能自身状态，确定储能动作方式与出力方向、大小，具体过程如下：
[0059]
判断电网需求状态及储能自身状态，确定储能动作方式与出力方向：
[0060]
(1)若u
ppci
＝u
bi
，则说明储能正常并网，可正常进行充放电动作；
[0061]
1)当u
ppci
＞u
n
时，电压偏高，电网出现无功功率富余；需储能进行无功功率吸收，令q
bi
为负值，储能动作出力的方向为储能吸收存储无功功率以降低电压；
[0062]
2)当u
ppci
＜u
n
时，电压偏低，电网出现无功功率缺额；需储能进行无功功率补偿，令q
bi
为正值，储能动作出力的方向为储能释放无功功率以提高电压；
[0063]
3)当u
ppci
＝u
n
时，电压状况良好，储能动作出力的方向为储能无需动作；
[0064]
(2)若u
ppci
≠u
bi
，则说明储能未能正常并网，需进行检修，无法进行充放电动作；
[0065]
动作方式是放电动作或者充电动作，相当于确定了动作值的正负号；
[0066]
储能动作出力的大小，即理论调压指令q
bi
具体计算方法如下：
[0067]
q
bi
＝k
×
δu
i
，δu
i
＝u
ppci
‑
u
n
，k＝1/λ
i
×
k1[0068]
其中，k1为常数，取值范围为1.1
‑
1.3。
[0069]
电网运行中电压与无功功率直接相关，无功功率由电压高的节点流向电压低的节点，通常情况下当电网节点电压跌落时，表示该节点出现无功缺额，需要采取相关措施注入无功功率，如并联电容器等，但传统的无功注入方式存在无功功率调节不连续等特点，而在含储能的系统中，考虑利用储能的无功功率充放能力，对电网进行无功功率的补充或吸收。当电网电压升高(即δu
i
＞0时)，储能系统将吸收部分无功功率存储起来，从而降低该节点处的无功功率，降低电压；当电网电压升高(即δu
i
<0时)，储能系统将之前吸收存储的部分无功功率释放注入电网，从而提高该节点处的无功功率，提高电压，从而达到调节电压的作用；
[0070]
q
bi
表示理论调压指令，也就是储能电源的理论作用的无功功率，其中q
bi
为正表示吸收，q
bi
为负表示释放；
[0071]
在电池储能系统的最小出力容量限制和最大出力容量限制范围内时，电池储能系统中电源对应时刻调压的实际出力值q
bi
按以下公式确定：
[0072][0073]
其中，q
bmin
、q
bmax
对应电池储能系统实际的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
[0074]
步骤4：根据电池储能系统参与电网调压的动作区域和理论调压指令q
bi
，以及电池储能系统中电源正常工作时的出力限值最大值q
bmax
、最小值q
bmin
，确定电池储能系统对应时刻调压的实际出力值q
bi
；
[0075]
步骤5：根据电池储能系统中电源对应的调压的实际出力值q
bi
，控制电池储能系统中电源的输出功率，从而对电池储能系统中电源进行充/放电，完成电网调压的协调控制。
[0076]
本发明实施例还提供了一种计及电网功率因数的储能调压控制方法及装置，包括依次连接的并网单元、数据实时采集单元、判断单元、运算单元以及输出单元，利用并网单元将电池储能系统并入电网，再由数据实时采集单元采集电压信息，经由判断单元进行电网需求状态、电池储能系统的动作方式及出力方向的判断，再经过运算单元计算得到功率指令；然后由输出单元输出由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出的补偿电流，对电池储能系统中电源进行充/放电，完成电网调压的协调控制。
[0077]
所述并网单元将由pcs装置控制的电池储能系统经断路器和变压器并入电网。
[0078]
所述数据实时采集单元用于实时采集电网运行数据，包括电网参考电压值u
n
，对应i时刻储能并网点电压u
ppci
、储能系统自身电压u
bi
、功率因数λ
i
。
[0079]
所述判断单元根据数据实时采集单元采集的数据判断电网需求状态及储能自身状态，确定储能动作方式与出力方向、大小，具体过程如下：
[0080]
储能动作方式与出力方向：
[0081]
(1)若u
ppci
＝u
bi
，则说明储能正常并网，可正常进行充放电动作；
[0082]
1)当u
ppci
＞u
n
时，电压偏高，电网出现无功功率富余；需储能进行无功功率吸收，令q
bi
为负值，储能动作出力的方向为储能吸收存储无功功率以降低电压；
[0083]
2)当u
ppci
＜u
n
时，电压偏低，电网出现无功功率缺额；需储能进行无功功率补偿，令q
bi
为正值，储能动作出力的方向为储能释放无功功率以提高电压；
[0084]
3)当u
ppci
＝u
n
时，电压状况良好，储能动作出力的方向为储能无需动作；
[0085]
(2)若u
ppci
≠u
bi
，则说明储能未能正常并网，需进行检修，无法进行充放电动作；
[0086]
动作方式是放电动作或者充电动作，相当于确定了动作值的正负号；
[0087]
储能动作出力的大小，即理论调压指令q
bi
具体计算方法如下：
[0088]
q
bi
＝k
×
δu
i
，δu
i
＝u
ppci
‑
u
n
，k＝1/λ
i
×
k1[0089]
其中，k1为常数，取值范围为1.1
‑
1.3。
[0090]
运算单元在电池储能系统的最小出力容量限制和最大出力容量限制范围内时，电池储能系统中电源对应时刻调压的实际出力值q
bi
按以下公式计算：
[0091][0092]
其中，q
bmin
、q
bmax
对应电池储能系统的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
[0093]
本发明实施例还提供了一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行所述的一种计及电网功率因数的储能调压控制方法。
[0094]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0095]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0096]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0097]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0098]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。