多模式接入的储能型电能质量治理装置控制及设计方法制造方法及图纸

针对电网波动功率影响下电压质量问题的治理，本发明专利技术公开了多模式接入的储能型电能质量治理装置控制及设计方法，通过两种不同接入方式的储能型电能质量治理装置功能的互补实现相同电压暂降补偿要求下储能型电能质量治理装置容量总额的削减。为此，首先建立了负荷侧功率波动下电网电压暂降数学模型，利用串联型储能的电压补偿和并联型储能的功率补偿协同控制，根据电网及负荷工况利用设计储能型电能质量治理装置最优配置比率，并根据电网电压暂降数学模型分析得出电压补偿需确定储能型电能质量治理装置设计总量。该方法可以减少储能型电能质量治理装置总体设计容量，提升储能单元利用率，提高电网电压暂降补偿的经济性。提高电网电压暂降补偿的经济性。提高电网电压暂降补偿的经济性。

【技术实现步骤摘要】
多模式接入的储能型电能质量治理装置控制及设计方法


[0001]本专利技术属于变流器
，涉及串联和并联接入式储能型电能质量治理装置的协同控制，尤其涉及一种多模式接入的储能型电能质量治理装置控制及设计方法。

技术介绍

[0002]在配电网中，冲击性负荷和新能源设备出力波动等电网功率波动工况会引起电网电压暂降，为了保持用户侧电压稳定，保证用户用电质量，可以采用储能单元对电压暂降问题进行补偿。其中，串联型储能可以通过串联变压器调节电网电压，并联型储能可以通过功率输出补偿抬升电网电压。
[0003]在传统的电压补偿方法中，电压暂降的补偿主要采用串联型储能这种单一的治理手段，如动态电压恢复器和静态同步串联补偿器。此外，并联型储能可以对电网输出或从电网中吸收有功功率、无功功率，因此也有针对利用并联型储能无功补偿进行电压调节的研究。进一步研究通过电压
‑
电流下垂控制，通过接入储能单元实现了孤弱电网条件下的电压无差调节。
[0004]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在如下问题：
[0005]传统电压补偿方法针对电压暂降补偿，仅采用串联型储能，设计容量大，功能单一，在电网正常工作以及波动功率较小时，串联型储能处于空载或轻载状态，存在利用率低、经济性差的弊端。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的是提供一种多模式接入的储能型电能质量治理装置控制及设计方法，用于解决相关技术中目前存在的储能单元功能单一、利用率低以及经济性差等技术问题。
[0007]根据本申请实施例的第一方面，提供一种储能型电能质量治理装置的设计方法，应用于基于串联和并联接入的储能型电能质量治理装置中，包括：
[0008]根据电网电压与功率之间的数学交互关系，建立电网波动负荷功率下电压波动数学模型，根据所述电压波动数学模型，推导求解得到系统等效阻抗Z
eq
；
[0009]确定串联型接入储能与并联型接入储能控制器设计方法，根据负荷侧功率值S
L
、功率因数cosφ以及所述系统等效阻抗Z
eq
，建立储能型电能质量治理装置的电压补偿能力数学模型；
[0010]根据所述储能型电能质量治理装置系统的电压补偿能力数学模型，生成不同设计方案下系统应对不同波动功率工况下的电压补偿能力评价结果E；
[0011]分析、比较所述储能型电能质量治理装置设计方案的电压补偿能力评价结果，确定串联型和并联型接入储能的最优配置比率σ；
[0012]根据所述储能型电能质量治理装置的最优配置比率σ，分析并计算该配置比率条件下进行电压暂降补偿的工作薄弱点；
[0013]根据所述最优配置比率下储能型电能质量治理装置电压暂降补偿运行工作薄弱点，确定系统设计总量S
sum
；
[0014]将所述储能型电能质量治理装置的最优配置比率σ和设计总量S
sum
作为最终设计结果输出。
[0015]进一步地，根据电网电压与功率之间的数学交互关系，建立电网波动负荷功率下电压波动数学模型，根据所述电压波动数学模型，推导求解得到系统等效阻抗Z
eq
，包括：
[0016]根据电网电压与功率之间的数学交互关系，建立电网波动负荷功率下电压波动数学模型；
[0017]通过戴维南等效定理将所述储能型电能质量治理装置接入电网系统拓扑简化成为一个具有内阻抗的理想电压源单端输出的简化结构；
[0018]根据电网阻抗信息、负荷额定功率及功率因数，结合所述电压波动数学模型，推导并计算生成所述简化结构的系统等效阻抗。
[0019]进一步地，在所述基于串联和并联接入的储能型电能质量治理装置中，串联型接入储能与并联型接入储能控制器设计方法，包括串联型储能的电压补偿、并联型储能的功率补偿以及串联型储能和并联型储能的协同补偿。
[0020]进一步地，所述串联型储能的电压补偿的实现包括以下步骤：
[0021]对负荷侧电压进行锁相，得到负荷侧电角度；
[0022]根据所述负荷侧电角度，生成电网频率的交流电压；
[0023]依据负载侧额定电压对所述电网频率的交流电压波形进行幅值标准化处理，得到标准三相正弦交流电压；
[0024]将负荷侧实际电压值与所述标准三相正弦交流电压做差，得到待补偿电压；
[0025]对所述待补偿电压取有效值；
[0026]根据所述待补偿电压的有效值，用比例积分控制得到补偿电压的增益系数；
[0027]将所述补偿电压的增益系数与负荷侧标准交流电压相乘，得到三相交流坐标系下的串联型储能的参考电压输出。
[0028]进一步地，并联型储在给定有功功率和无功功率指令值的情况下进行功率补偿，包含以下子步骤：
[0029]获取并联型储能功率指令值与当前实际输出有功功率值、无功功率值；
[0030]步骤S42：对所述有功功率指令值、无功功率指令值与所述并联型储能输出有功功率、无功功率分别做差，并进行比例积分控制，得到内环有功电流指令值、无功电流指令值；
[0031]获取并联型储能实际的电流输出值；
[0032]对所述并联型储能实际的电流输出值进行派克变换，得到同步旋转坐标系下并联型储能实际输出的有功电流值与无功电流值；
[0033]对所述有功电流指令值、无功电流指令值与所述并联型储能实际输出的有功电流值、无功电流值分别做差，并进行比例积分控制，得到同步旋转坐标系下并联型储能的参考电压输出；
[0034]对所述同步旋转坐标系下并联型储能的参考电压输出进行派克反变换，得到三相坐标系下的并联型储能的参考电压输出。
[0035]进一步地，当串联型储能输出达到容量限制时，并联型储能启动协同电压补偿模
式，串联型储能和并联型储能的协同补偿包含以下子步骤：
[0036]通过检测串联型储能输出功率实时值，根据串联型储能容量值对其进行滞环控制，得到逻辑判断信号；
[0037]将所述逻辑判断信号作为并联型储能协同电压补偿模式的使能信号；
[0038]获取负荷侧电压有效值U
*loadrms
和线路电流值I
line
；
[0039]在所述使能信号判断并联型储能处于协同电压补偿模式的条件下，根据所述负荷侧电压有效值U
*loadrms
和线路电流I
line
，通过动态协同电压补偿计算得到并联型储能有功功率、无功功率指令值；当所述使能信号判断并联型储能协同电压补偿模式停用时，功率指令值由调度指令给定。
[0040]进一步地，根据所述电压补偿能力数学模型，生成不同设计方案下系统应对不同波动功率工况下的电压补偿能力评价结果E，包括：
[0041]设定储能型电能质量治理装置设计总量为定值，设定串联型储能容量单次变化值；
[0042]对串联型储能容量进行列举，令串联型储能容量由零逐渐增加至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能型电能质量治理装置的设计方法，应用于基于串联和并联接入的储能型电能质量治理装置中，其特征在于，包括：根据电网电压与功率之间的数学交互关系，建立电网波动负荷功率下电压波动数学模型，根据所述电压波动数学模型，推导求解得到系统等效阻抗Z
eq
；根据负荷侧功率值S
L
、功率因数cosφ以及所述系统等效阻抗Z
eq
，建立储能型电能质量治理装置的电压补偿能力数学模型；根据所述电压补偿能力数学模型，生成不同设计方案下系统应对不同波动功率工况下的电压补偿能力评价结果E；分析、比较所述储能型电能质量治理装置设计方案的电压补偿能力评价结果E，确定串联型和并联型接入储能的最优配置比率σ；根据所述储能型电能质量治理装置的最优配置比率σ，分析并计算该配置比率条件下进行电压暂降补偿的工作薄弱点；根据所述工作薄弱点，确定系统设计总量S
sum
；将所述储能型电能质量治理装置的最优配置比率σ和设计总量S
sum
作为最终设计结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据电网电压与功率之间的数学交互关系，建立电网波动负荷功率下电压波动数学模型，根据所述电压波动数学模型，推导求解得到系统等效阻抗Z
eq
，包括：根据电网电压与功率之间的数学交互关系，建立电网波动负荷功率下电压波动数学模型；通过戴维南等效定理将所述储能型电能质量治理装置接入电网系统拓扑简化成为一个具有内阻抗的理想电压源单端输出的简化结构；根据电网阻抗信息、负荷额定功率及功率因数，结合所述电压波动数学模型，推导并计算生成所述简化结构的系统等效阻抗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于串联和并联接入的储能型电能质量治理装置中，串联型接入与并联型接入储能控制器的设计方法包括串联型储能的电压补偿、并联型储能的功率补偿以及串联型储能和并联型储能的协同补偿。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述串联型储能的电压补偿的实现包括以下步骤：对负荷侧电压进行锁相，得到负荷侧电角度；根据所述负荷侧电角度，生成电网频率的交流电压；依据负载侧额定电压对所述电网频率的交流电压波形进行幅值标准化处理，得到标准三相正弦交流电压；将负荷侧实际电压值与所述标准三相正弦交流电压做差，得到待补偿电压；对所述待补偿电压取有效值；根据所述待补偿电压的有效值，用比例积分控制得到补偿电压的增益系数；将所述补偿电压的增益系数与负荷侧标准交流电压相乘，得到三相交流坐标系下的串联型储能的参考电压输出。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，并联型储在给定有功功率和无功功率指令值的情况下进行功率补偿，包含以下子步骤：
取并联型储能功率指令值与当前实际输出有功功率值、无功功率值；对所述有功功率指令值、无功功率指令值与所述并联型储能输出有功功率、无功功率分别做差，并进行比例积分控制，得到内环有功电流指令值、无功电流指令值；获取并联型储能实际的电流输出值；对所述并联型储能实际的电流输出值进行派克变换，得到同步旋转坐标系下并联型储能实际输出的有功电流值与无功电流值；对所述有功电流指令值、无功电流指令值与所述并联型储能实际输出的有功电流值、无功电流值分别做差，并进行比例积分控制，得到同步旋转坐标系下并联型储能的参考电压输出；对所述同步旋转坐标系下并联型储能的参考电压输出进行派克反变换，得到三相坐标系下的并联型储能的参考电压输出。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当串联型储能输出达到容量限制时，并联型储能启动协同电压补偿模式，串联型储能和并联型储能的协同补偿包含以下子步骤：通过检测串联型储能输出功率实时值，根据串联型储能容量值对其进行滞环控制，得到逻辑判断信号；将所述逻辑判断信号作为并联型储能协同电压补偿模式的使能信号；获取负荷侧电压有效值U
*loadrms
和线路电流值I
line
；在所述使能信号判断并联型储能处于协同电压补偿模式的条件下，根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震霄，李伟，左向红，席嫣娜，年珩，鞠力，顼佳宇，顾靖达，王方敏，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司国家电网有限公司北京电力经济技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：