一種荷電狀態相關的直流電網母線電壓輔助控制方法
【專利摘要】本發明涉及電力系統運行與控制技術領域，特別涉及一種荷電狀態相關的直流電網母線電壓輔助控制方法，可以根據電池儲能裝置自身的荷電狀態SOC有選擇性地進行電壓控制，將各個電池儲能裝置的荷電狀態SOC引入控制流程，通過計算各個電池儲能裝置是否投入電壓控制及投入順序和輸出功率，實現自動分配各電池儲能裝置的輸出功率，且控制策略全程自動完成不依賴裝置間通訊。
【專利說明】
一種荷電狀態相關的直流電網母線電壓輔助控制方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電力系統運行與控制技術領域，特別涉及一種荷電狀態相關的直流電 網母線電壓輔助控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著傳統化石能源日漸枯竭，全球氣候變化和環境污染問題日益嚴重，為了滿足 人類社會日益增長的能源需求，減輕環境負擔，亟待開發清潔、低碳、可持續的綠色能源，同 時實現電能替代，降低對化石能源的消耗。太陽能、風能等可再生能源儲量豐富，是理想的 替代能源，可通過分布式發電的方式加以開發，具有不易受地域局限、轉化效率高和有利于 資源充分利用等優勢，可提高能源供應可靠性。電動汽車的推廣可以有效減少石油消耗，通 過V2G技術使電動汽車電池與電網互動，作為電池儲能裝置參與電網調節，有助于提高可再 生能源利用率和電網經濟性。所以分布式電源和電動汽車近年來得到了各國政府和工業界 的大力推動，發展迅速。直流電網是未來配電網發展新方向之一，近年來受到學術界的廣泛 關注，并有示范工程投入應用。直流電網的優勢之一就是靈活開放，取消了直流電源和充放 電裝置接入的逆變環節，大幅降低分布式發電入網成本，能夠適應其大量接入。
[0003]目前，直流電網的運行控制技術仍在研究開發階段，在電壓控制方面主要是研究 如何在各可控功率源間合理分配功率，實現電網電壓穩定。目前已有直流電壓偏差控制策 略、直流電壓斜率控制策略和電壓偏差斜率控制策略等，可實現多個AC/DC換流站參與多端 直流輸電電壓控制，具有不依賴換流站間通訊即可實現主從切換和功率分配的優點。對于 分布式電源和電動汽車接入直流電網，一般包括一個AC/DC換流器、若干電池儲能裝置(專 用儲能裝置或電動汽車雙向充放電裝置）以及若干不受控的分布式發電裝置。其中，電池儲 能裝置自身的荷電狀態S0C是影響電壓偏差門檻和投入延時的重要因素。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種荷電狀態相關的直流電網母線電壓輔助 控制方法，可以根據電池儲能裝置自身的荷電狀態S0C有選擇性地進行電壓控制，并能夠自 動分配各電池儲能裝置的輸出功率，且控制策略全程自動完成不依賴裝置間通訊。
[0005] 本發明的技術方案為：
[0006] -種荷電狀態相關的直流電網母線電壓輔助控制方法，應用于各個電池儲能裝置 上，具體步驟如下：
[0007] 步驟1測量直流母線電壓UB，判斷UB是否大于U hn+(Umax-Uhn) ? S0C;若是則執行步驟 2,若否則執行步驟3。
[0008] 步驟2延時TD ? S0C后再次判斷UB是否大于Uhn+(Umax-Uhn) ? S0C;若是則利用公式1 計算電池儲能裝置功率輸出P
[0010]若否則令電池儲能裝置功率輸出P = Pc。
[0011] 步驟3判斷Ub是否小于Uln- (Uln-Umin) (1-S0C);若是則執彳丁步驟3_a，若否則執彳丁步 驟 3-b。
[0012] 步驟3-a延時Td(I-SOC)后再次判斷UB是否小于Uln-(Uln-Umin)(1-S0C);若是則利用 公式2計算電池儲能裝置功率輸出P
[0014] 若否則令電池儲能裝置功率輸出P = Pc。
[0015] 步驟3-b令電池儲能裝置功率輸出P = Pc。
[0016] 其中，UB為直流母線電壓，單位kV; Umax為直流母線最高工作電壓，單位kV; Umin為直 流母線最低工作電壓，單位kV;UHN、Uln為預設電壓且Uhn>Uln，單位kV; Td為預設時間，單位ms; S0C為儲能裝置荷電狀態，單位為電池儲能裝置的正常充放電功率，單位kW;PMAX為 電池儲能裝置的最大輸出功率，單位kW; Pmin為電池儲能裝置的最小輸出功率，單位kW; Pmax 或Pmin為負值時表示電池儲能裝置吸收功率。
[0017] 本發明的有益效果:本發明適用于直流并網的多個電池儲能裝置。當直流電網控 制直流母線電壓的AC/DC換流器因退出運行或滿功率運行而失去電壓控制能力時，電池儲 能裝置可以根據本發明提供的技術方案輸出功率，從而參與直流母線電壓的輔助控制。本 發明的有益效果在于可以根據電池儲能裝置的荷電狀態，有選擇性地按照先后次序投入直 流母線電壓的輔助控制，并在進行輔助控制的電池儲能裝置間合理分配輸出功率。
【附圖說明】
[0018] 圖1為典型的分布式電源直流接入系統組成示意圖。
[0019] 圖2為本發明的流程示意圖。
[0020] 圖3為本發明的功率-電壓曲線圖。
【具體實施方式】
[0021 ]圖1為一個典型的分布式電源直流接入系統，包括1個直流母線，1個AC/DC換流器， 2個電池儲能裝置和2個光伏發電裝置。AC/DC換流器為電壓源換流器，用作交流電網和直流 接入系統間的能量交換接口；電池儲能裝置直接接入直流母線，可以控制其在額定范圍內 發出或吸收功率;光伏發電裝置可以就地直接接入直流母線，也可以通過一段直流線路接 入，其發電功率由自然條件決定，不進行控制。AC/DC換流器正常運行時控制直流母線電壓 為額定電壓Un，電池儲能裝置按照充電計劃運行在定功率控制模式下，功率為Pc;當AC/DC換 流器因故障退出運行或功率達到上下限而失去電壓控制能力時，直流母線電壓由本發明所 述的方法通過電池儲能裝置進行調節。
[0022]圖2為本發明技術方案的流程圖，圖3為參照本發明技術方案執行電壓調節的功 率-電壓曲線圖。圖3根據圖2所描述的原理繪制，其中，由代表Pmax、Pmin、Umax、Umin的虛線所包 圍的矩形為電池儲能裝置的最大運行范圍，U N為額定電壓。例如功率-電壓曲線ABCD:B點縱 坐標對應Uhn+(Umax-Uhn) ? S0C，C點縱坐標對應Uln-(Uln-Umin)(1-S0C)，當UB在此電壓范圍內 時，功率一電壓曲線為線段BC，電池儲能裝置不進行電壓控制，輸出功率P為正常充放電功 率Pc;當UB超過并在延時Td ? SOC后仍然超過Uhn+(Umax-Uhn) ? SOC時，電池儲能裝置進行電壓 輔助控制，輸出功率隨電壓升高而等比例減小(可以為負），若母線電壓達到Umax時輸出功率 減到最小Pmin，功率一電壓曲線為線段AB;當U B低于并在延時Td( 1-S0C)后仍然低于Uln-(Uln-UMIN)(1-S0C)時，電池儲能裝置進行電壓輔助控制，輸出功率隨電壓降低而等比例增大，當 母線電壓達到Umin時輸出功率增到最大Pmax，功率一電壓曲線為線段CD。
[0023]當電池儲能裝置SOC增大時，B點、C點垂直向上移動，BC曲線在圖中左側陰影部分 移動；當電池儲能裝置S0C減小時，B點、C點垂直向下移動，BC曲線在圖中右側陰影部分移 動。當直流母線上接入多個電池儲能裝置時，可實現電池儲能裝置根據自身S0C情況，有選 擇地參與輔助電壓控制：當母線電壓U B較高需要向下調壓時，S0C較小的電池儲能裝置優先 調節；當母線電壓Ub較低需要向上調壓時，S0C較大的電池儲能裝置優先調節。延時與S0C相 關可以使多個不同S0C的電池儲能裝置在時限Td內先后參與輔助控制，防止大量電池儲能 裝置同時投入產生電壓振蕩。
[0024] 實施例給定UN為10kV(UN為AC/DC換流器正常運行時直流母線的額定電壓），Pmax為 50kW，Pmin為 _ 50kW，Umax為 1 lkV，Umin為 9kV，Uhn為 10 ? 5kV，Uln為 9 ? 5kV，Td 為 200ms。電池儲能裝 置#1的SOC為20%力為_51^，則當1^大于10.61^時進行電壓輔助控制，延時4〇1118 ;當1^小于 9. lkV時進行電壓輔助控制，延時160ms。電池儲能裝置#2的S0C為80 %，PC為lkW，則當UB大于 10.9kV時進行電壓輔助控制，延時160ms ;當Ub小于9.4kV時進行電壓輔助控制，延時40ms。 若直流母線電壓UB為10kV，則電池儲能裝置#1輸出-5kW，電池儲能裝置#2輸出lkW，均不進 行電壓輔助控制；若直流母線電壓Ub上升并保持在10.8kV，則電池儲能裝置#1延時40ms后 輸出-27.5kW進行電壓輔助控制，電池儲能裝置#2輸出lkW不進行電壓輔助控制;若直流母 線電壓U B上升并保持在10.95kV，則電池儲能裝置#1延時40ms后輸出-44.38kW進行電壓輔 助控制，電池儲能裝置#2延時160ms后輸出-27.5kW進行電壓輔助控制。
[0025]以上所述實施方式僅為本發明的優選實施例，而并非本發明可行實施的窮舉。對 于本領域一般技術人員而言，在不背離本發明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯而 易見的改動，都應當被認為包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種荷電狀態相關的直流電網母線電壓輔助控制方法，其特征在于其應用于各個電 池儲能裝置上，具體步驟如下： 步驟1測量直流母線電壓UB，判斷UB是否大于Uhn+(Umax-Uhn) · SOC;若是則執行步驟2,若 否則執行步驟3; 步驟2延時TD · SOC后再次判斷UB是否大于Uhn+(Umax-Uhn) · SOC;若是則利用公式1計算 電池儲能裝置功率輸出P 若否則令電池儲能裝置功率輸出P = Pc;步驟3判斷Ub是否小于Uln- (Uln-Umin) (1-S0C);若是則執彳丁步驟3_a，若否則執彳丁步驟3_ b； 步驟3-a延時Td(I-SOC)后再次判斷UB是否小于Uln-(Uln-Umin)(1-S0C);若是則利用公式 2計算電池儲能裝置功率輸出P若否則令電池儲能裝置功率輸出P = Pc; 步驟3-b令電池儲能裝置功率輸出P = Pc; 其中，UB為直流母線電壓，單位kV; Umax為直流母線最高工作電壓，單位kV; Umin為直流母 線最低工作電壓，單位kV; UHN、ULN為預設電壓且UHN>ULN，單位kV; TD為預設時間，單位ms; S0C 為儲能裝置荷電狀態，單位為％;托為電池儲能裝置的正常充放電功率，單位kW;PMAX為電池 儲能裝置的最大輸出功率，單位kW; Pmin為電池儲能裝置的最小輸出功率，單位kW; Pmax或Pmin 為負值時表示電池儲能裝置吸收功率。
【文檔編號】H02J7/34GK105958622SQ201610383854
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】郭捷, 胡文平, 王磊, 周文, 馬慧卓
【申請人】國網河北省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司, 河北省電力建設調整試驗所