用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统及方法，即本系统由双向逆变器模块和超级电容模块构成储能装置，通过电压信号采集单元、电流信号采集单元和开关信号采集单元得到港口供电系统的运行状态及参数，由协调控制器通过逆变控制器控制储能装置进行港口供电系统电网的削峰填谷；本方法判断港口供电系统的运行状态，根据运行状态分别采集、计算电网的负载功率，由协调控制器通过逆变控制器控制双向逆变器模块和超级电容模块对供电系统电网分别作出相应的补偿。本系统及方法储存装卸类机械设备制动时产生的回馈能量，用于电网的削峰填谷，保证了港口供电系统电网的稳定安全运行，确保电网下其他用电设备的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统及方法
本专利技术涉及一种用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统及方法。
技术介绍
通常港口的主要用电负载为装卸类机械设备，为满足货物的装卸要求，该类设备在装卸作业中启动和制动频繁，启动时耗电功率大，制动时产生回馈能量注入电网，导致港口供电系统电网功率冲击巨大，电网波动严重，影响电网的可靠安全运行，同时影响同一电网下其他用电设备的正常运行。尤其在岛屿港口，一般供电系统采用跨海电缆长距离输电，其供电系统电网容量相对较小，装卸类机械设备对电网的功率冲击尤为明显。一般港口供电系统由两段高压母线分别经两个主变压器和两个断路器得到两段中压母线，两段中压母线之间通过断路器并网，港口的装卸类机械设备（如桥吊等负载）由两段中压母线供电。其中高压母线电压一般为110KV，中压母线电压一般为10KV。如洋山深水港供电系统由43km跨海电缆长距离输电，其供电系统是个弱小的配电系统，电网的抗干扰能力较弱。在装卸类机械设备对电网功率的冲击下，10kV供电系统电网曾多次在峰值负载较大时发生低频功率振荡，严重影响整个供电系统的安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统及方法，本系统及方法用于协调由于装卸类机械设备运行对供电系统的功率冲击，储存装卸类机械设备制动时产生的回馈能量，用于电网的削峰填谷，保证了港口供电系统电网的稳定安全运行，确保电网下其他用电设备的正常运行。为解决上述技术问题，本专利技术用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统包括两段高压母线、两段中压母线、第一主变压器、第二主变压器、第一断路器、第二断路器和第三断路器，所述两段高压母线分别通过第一主变压器和第一断路器、第二主变压器和第二断路器连接所述两段中压母线，所述两段中压母线之间通过第三断路器连接，本系统还包括两段储能馈线、第四断路器、第五断路器、第六断路器、变压器模块、逆变控制器、双向逆变器模块、超级电容模块和协调控制器，所述两段储能馈线分别通过所述第四断路器和第五断路器连接所述两段中压母线，所述两段储能馈线之间通过所述第六断路器连接，所述变压器模块连接两段储能馈线和所述双向逆变器模块的交流端，所述超级电容模块连接所述双向逆变器模块的直流端，所述协调控制器包括电压信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元和控制单元，所述电压信号采集单元通过电压互感器分别采集所述两段中压母线的电压信号并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述电流信号采集单元通过电流互感器分别采集所述两段高压母线与两段中压母线之间的电流和两段中压母线与两段储能馈线之间的电流并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述开关信号采集单元分别采集第一断路器、第二断路器和第三断路器的开关信号并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述控制单元连接所述数字信号处理单元的I/O端口，所述数字信号处理单元的控制端口通过所述逆变控制器连接所述双向逆变器模块。进一步，本系统还包括故障报警模块，所述故障报警模块连接所述数字信号处理单元的I/O端口。进一步，本系统还包括监控模块，所述监控模块连接所述数字信号处理单元的COM端口。进一步，上述A/D转换单元与数字信号处理单元之间通过系统总线连接。进一步，上述数字信号处理单元的控制端口与逆变控制器之间通过CAN总线连接。进一步，上述电压信号采集单元的电压采样率和电流信号采集单元的电流采样率为每周波100点，所述开关信号采集单元的开关信号采样率为100点/秒。进一步，上述双向逆变器模块的响应时间为25ms。一种用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制方法包括如下步骤：步骤一、由开关信号采集单元分别采集第一断路器、第二断路器和第三断路器的开关信号，通过数字信号处理单元判断港口供电系统运行状况，第一断路器和第二断路器断开，港口供电系统停运，第一断路器或第二断路器闭合、第三断路器断开，单独中压母线运行，第一断路器和第二断路器闭合、第三断路器断开，两段中压母线分裂运行，第一断路器或第二断路器闭合、第三断路器闭合，两段中压母线分别带全部负载运行，两段中压母线并列运行；步骤二、在港口供电系统停运和单独中压母线运行时，数字信号处理单元输出控制信号给逆变控制器，逆变控制器使双向逆变器模块停止工作；步骤三、在两段中压母线分裂运行时，由电压信号采集单元和电流信号采集单元实时采集两段中压母线电压、中压母线进线电流和双向逆变器模块补偿电流，通过数字信号处理单元计算得到两段中压母线供电总功率P11和P12以及双向逆变器模块对两段中压母线的补偿功率和，则两段中压母线的总负载功率分别为和，数字信号处理单元统计单位时间段内的两段中压母线总负载功率的极大值Pmax和极小值Pmin，并根据Pmax和Pmin动态计算出供电系统的填谷初值Pa和削峰初值Pi，然后根据消除逆流、提高系统阻尼和抑制低频振荡的要求，对填谷初值Pa和削峰初值Pi进行再整定，得出实时的填谷限值Pal和削峰限值Pil,其中填谷限值Pal=Ka*(Pi-Pa)+Pa，Ka为填谷系数，削峰限值Pil=Ki*(Pi+Pa)+Pa，Ki为削峰系数；当两段中压母线总负载功率低于填谷限值或大于削峰限值时，根据P11、P12、和的当前值，通过PID控制环计算出双向逆变器模块的和下一个输出值及理论输出功率Pst，然后通过超级电容模块延寿技术，对理论输出功率Pst进行优化，得出双向逆变器模块的输出功率设定值Ps，其中，功率设定值Ps=Pst*Ks,Ks为延寿系数，通过逆变控制器负反馈闭环控制双向逆变器模块的输出功率P与设定值Ps一致，由双向逆变器模块和超级电容模块分别补偿两段中压母线供电功率；步骤四、在两段中压母线分别带全部负载运行时，由电压信号采集单元和电流信号采集单元实时采集两段中压母线电压、中压母线进线电流和双向逆变器模块补偿电流，通过数字信号处理单元计算得到两段中压母线供电总功率P11和P12以及双向逆变器模块对两段中压母线的补偿功率和，则两段中压母线的总负载功率为PL=P11-P21-P22或PL=P12-P21-P22，数字信号处理单元统计单位时间段内的两段中压母线总负载功率的极大值Pmax和极小值Pmin，并根据Pmax和Pmin动态计算出供电系统的填谷初值Pa和削峰初值Pi，然后根据消除逆流、提高系统阻尼和抑制低频振荡的要求，对填谷初值和削峰初值进行再整定，得出实时的填谷限值Pal和削峰限值Pil,其中填谷限值Pal=Ka*(Pi-Pa)+Pa，Ka为填谷系数，削峰限值Pil=Ki*(Pi+Pa)+Pa，Ki为削峰系数；当两段中压母线总负载功率低于填谷限值或大于削峰限值时，根据P11、P12和PL的当前值，通过PID控制环计算出双向逆变器模块的和下一个输出值及理论输出功率Pst，然后通过超级电容模块延寿技术，对理论输出功率Pst进行优化，得出双向逆变器模块的输出功率设定值Ps，其中，功率设定值Ps=Pst*Ks,Ks为延寿系数，通过逆变控制器负反馈闭环控制双向逆变器模块的输出功率P与设定值Ps一致，由双向逆变器模块和超级电容模块分别补偿两段中压母线供电功率。进一步，上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，包括两段高压母线、两段中压母线、第一主变压器、第二主变压器、第一断路器、第二断路器和第三断路器，所述两段高压母线分别通过第一主变压器和第一断路器、第二主变压器和第二断路器连接所述两段中压母线，所述两段中压母线之间通过第三断路器连接，其特征在于：本系统还包括两段储能馈线、第四断路器、第五断路器、第六断路器、变压器模块、逆变控制器、双向逆变器模块、超级电容模块和协调控制器，所述两段储能馈线分别通过所述第四断路器和第五断路器连接所述两段中压母线，所述两段储能馈线之间通过所述第六断路器连接，所述变压器模块连接两段储能馈线和所述双向逆变器模块的交流端，所述超级电容模块连接所述双向逆变器模块的直流端，所述协调控制器包括电压信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元和控制单元，所述电压信号采集单元通过电压互感器分别采集所述两段中压母线的电压信号并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述电流信号采集单元通过电流互感器分别采集所述两段高压母线与两段中压母线之间的电流和两段中压母线与两段储能馈线之间的电流并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述开关信号采集单元分别采集第一断路器、第二断路器和第三断路器的开关信号并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述控制单元连接所述数字信号处理单元的I/O端口，所述数字信号处理单元的控制端口通过所述逆变控制器连接所述双向逆变器模块。...

【技术特征摘要】
1.一种用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，包括两段高压母线、两段中压母线、第一主变压器、第二主变压器、第一断路器、第二断路器和第三断路器，所述两段高压母线分别通过第一主变压器和第一断路器、第二主变压器和第二断路器连接所述两段中压母线，所述两段中压母线之间通过第三断路器连接，其特征在于：本系统还包括两段储能馈线、第四断路器、第五断路器、第六断路器、变压器模块、逆变控制器、双向逆变器模块、超级电容模块和协调控制器，所述两段储能馈线分别通过所述第四断路器和第五断路器连接所述两段中压母线，所述两段储能馈线之间通过所述第六断路器连接，所述变压器模块连接两段储能馈线和所述双向逆变器模块的交流端，所述超级电容模块连接所述双向逆变器模块的直流端，所述协调控制器包括电压信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号采集单元、A/D转换单元、数字信号处理单元和控制单元，所述电压信号采集单元通过电压互感器分别采集所述两段中压母线的电压信号并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述电流信号采集单元通过电流互感器分别采集所述两段高压母线与两段中压母线之间的电流和两段中压母线与两段储能馈线之间的电流并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述开关信号采集单元分别采集第一断路器、第二断路器和第三断路器的开关信号并经所述A/D转换单元传输至所述数字信号处理单元，所述控制单元连接所述数字信号处理单元的I/O端口，所述数字信号处理单元的控制端口通过所述逆变控制器连接所述双向逆变器模块。2.根据权利要求1所述的用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，其特征在于：本系统还包括故障报警模块，所述故障报警模块连接所述数字信号处理单元的I/O端口。3.根据权利要求1或2所述的用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，其特征在于：本系统还包括监控模块，所述监控模块连接所述数字信号处理单元的COM端口。4.根据权利要求3所述的用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，其特征在于：所述A/D转换单元与数字信号处理单元之间通过系统总线连接。5.根据权利要求3所述的用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，其特征在于：所述数字信号处理单元的控制端口与逆变控制器之间通过CAN总线连接。6.根据权利要求3所述的用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，其特征在于：所述电压信号采集单元的电压采样率和电流信号采集单元的电流采样率为每周波100点，所述开关信号采集单元的开关信号采样率为100点/秒。7.根据权利要求3所述的用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制系统，其特征在于：所述双向逆变器模块的响应时间为25ms。8.用于港口供电系统的随机功率潮流协调控制方法，其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、由开关信号采集单元分别采集第一断路器、第二断路器和第三断路器的开关信号，通过数字信号处理单元判断港口供电系统运行状况，第一断路器和第二断路器断开，港口供电系统停运，第一断路器或第二断路器闭合、第三断路器断开，单独中压母线运行，第一断路器和第二断路器闭合、第三断路器断开，两段中压母线分裂运行，第一断路器或第二断路器闭合、第三断路器闭合，两段...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴冬明，黄捷，王晓勇，孙佩丽，邬扬海，丁扬，龚亮，
申请(专利权)人：上海宝钢安大电能质量有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31