一种基于储能的合环装置经济运行方法和系统

技术领域

本发明属于柔性互联技术领域，具体涉及一种基于储能的合环装置经济运行方法和系统。

背景技术

随着社会经济发展，电力用户对电能质量的要求越来越高。作为配电网的末端，低压配电网(0.4KV配网)目前普遍采用单放射的供电模式，且缺少储能支撑，供电可靠性存在较大缺陷，当供电半径过长，用电负荷大的时候，会不可避免地出现电压下降，影响用户的用电质量和设备的运行稳定性。特别是对农村地区的低压配电线路，电能质量的更为明显。

针对这种情况，目前普遍采用负荷分割的方法缩短低压用户的供电半径以及调节变压器负载量的方法对用户低电压问题进行整治，随着社会经济的发展，用地问题更加紧张，属地村居难以满足供电部门提出的线行站址要求，针对无法通过缩短供电半径的方式实现提升用户供电可靠性的情况，目前供电部门提出了在用户末端装设末端无功补偿装置，这种方式一定程度上可以解决用户低电压问题，但无法从根源上解决该类问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种基于储能的合环装置经济运行方法和系统，通过合环或储能放电的形式解决用户低电压问题，并实现合环装置运行的经济性。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于储能的合环装置经济运行方法，通过基于储能的合环装置对低压线路进行潮流补偿，基于储能的合环装置包括变换器部分和储能电池部分，储能电池部分通过变换器部分与线路连接，并通过变换器部分向低压线路放电或从线路处取电；

方法包括如下步骤：

计算储能电池在当前时刻充电的综合单价和平均综合运行单价；

根据储能电池的状态和综合单价确定变换器部分和储能电池部分的运行状态，其中，当储能电池具备潮流补偿能力且综合单价小于实时电价时，储能电池进入放电状态，并通过变换器部分向低压线路进行潮流补偿；当平均综合运行单价不小于实时电价时，储能电池进入充电状态，通过变换器部分向线路处进行取电，直至充满后转换为闭锁状态。

进一步的，变换器部分包括若干个变换器，一条线路对应设置一个变换器，每个变换器根据对应线路的潮流要求，在整流或者逆变工作状态之间进行切换。

进一步的，储能电池部分包括充放电管理器和储能电池；

充放电管理器用于根据线路电压的变化情况和实时电价情况对储能电池处于充电状态、放电状态或闭锁状态进行切换。

进一步的，当储能电池进行补偿时，充放电管理器的工作逻辑具体为：

当综合单价小于实时电价时，令储能电池进入放电状态，对线路进行电压监测，从线路中选择低电压线路，并令所选择的线路对应的变换器工作在逆变状态；

当平均综合运行单价不小于实时电价时，判断储能电池是否为充满状态，若是，则令储能电池进入闭锁状态；否则，令储能电池进入充电状态，对线路进行电压监测，从线路中选择低电压线路，并令所选择的线路对应的变换器工作在逆变状态，同时令其他线路对应的变换器工作在整流状态。

进一步的，当储能电池完全放电后，充放电管理器的工作逻辑具体为：

当平均综合运行单价小于实时电价时，令储能电池处于闭锁状态；

否则，对线路进行电压监测，从线路中选择电压最高的线路，并令所选择的线路对应的变换器工作在整流状态，储能电池进入充电状态，直至充满后切换为闭锁状态。

进一步的，变换器采用IGBT全控型电力电子器件。

进一步的，当变换器工作在逆变状态时，采用PWM方式控制变换器输出电压的幅值和相位，以控制功率流动。

第二方面，本发明提供了一种基于储能的合环装置经济运行系统，系统通过基于储能的合环装置对低压线路进行潮流补偿，基于储能的合环装置包括变换器部分和储能电池部分，储能电池部分通过变换器部分与线路连接，并通过变换器部分向低压线路放电或从线路处取电；

系统包括：

计算单元，用于计算储能电池在当前时刻充电的综合单价和平均综合运行单价；

控制单元，用于根据储能电池的状态和综合单价控制变换器部分和储能电池部分的运行状态，其中，当储能电池具备潮流补偿能力且综合单价小于实时电价时，储能电池进入放电状态，并通过变换器部分向低压线路进行潮流补偿；当平均综合运行单价不小于实时电价时，储能电池进入充电状态，通过变换器部分向线路处进行取电，直至充满后转换为闭锁状态。

进一步的，变换器部分包括若干个变换器，一条线路对应设置一个变换器，每个变换器根据对应线路的潮流要求，在整流或者逆变工作状态之间进行切换。

进一步的，储能电池部分包括充放电管理器和储能电池；

充放电管理器用于根据线路电压的变化情况和实时电价情况对储能电池处于充电状态、放电状态或闭锁状态进行切换。

综上，本发明提供了一种基于储能的合环装置经济运行方法和系统，其采用基于储能的新型合环装置运行，通过实时检测不同分路两侧的电压情况，感知低电压，通过合环或储能放电的形式解决用户低电压问题，并实现合环装置运行的经济性。本发明将储能加入到新型合环装置中作为一种解决两侧低压线路低电压的手段，有效解决相邻线路或变压器由于负荷过重或本身存在低电压问题导致无法分负荷的情况。同时，还通过实时对比储能综合运行成本与实时电价，确定合环装置的最经济运行模式。从而实现了新型储能与传统电源点之间的柔性互联，为低压配电网经济运行提供了物资基础，通过合环运行，极大提高了低压网络的供电可靠性，切实提升用户特别是回路末端用户的电能质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的基于储能的合环装置的结构图；

图2为本发明实施例提供的基于储能的合环装置经济运行方法的流程图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

0.4kV配电网是直接面对广大用户，其运行状态对用户的供电可靠性有决定性影响，而由于历史原因，现有的农用配电变压器，大多数存在供电半径过长，配变容量偏小等缺点，在农业电气化的大趋势下，随着农用电负荷的发展，各种低电压，电能质量下降的问题越来越突出，为用户的供电带来挑战。另外，目前配电线路多为长架空线路，这就意味着线路对外界的不利因素更加敏感，线路过长也会造成电压降超标，导致末端电压下降。为此，线路电能质量也是影响用户可靠用电的重要因素，目前供电部门保证用户供电电能质量的措施主要有：

1、针对经常出现电压问题的低压配电线路，一般通过规划新的配电变压器台区或者将部分低压负荷转移到临近的变压器来解决，工程周期较长，费用较高，需要投入较多的人力物力。无法及时应对突发的电能质量问题。

2、在电压过低，电器无法正常使用的故障过程中采用应急发电车保供电，虽然发电车保供电是保证用户的供电的重要手段，效果较好，但缺点为：费用较高和投入较多人力。发生电压跌落后故障应急发电车保供电得方式，该方式时效性较差，用户停电时间较长。

3、通过在线路末端对出现低电压用户投入无功补偿装置，通过投入额外的无功功率使得用户电压得到支撑，进而提升用户电压水平，该方法作为临时措施可以在一定程度上解决用户低电压问题，但无法从根本上上解决用户问题，同时，若台区出现低电压用户分布较为分散和数量较多是，将会加大供电部门的投资，耗时耗力。

作为针对供电部门在保证低压用户供电可靠性方面对策的缺点，本发明的目的在于提出一种基于储能的新型合环装置的经济运行方法，通过对比不同运行模式，一方面解决线路末端存在的低电压等电压质量问题，一方面实现经济运行的目标。

本实施例提出一种带储能的新型合环装置的经济运行方法，为实现储能配合低压配电线路末端潮流调节的功能，需要考虑线路末端合环点电压和电池充放电的问题，为了实现储能对两个线路之间的潮流补偿，进而实现运行的经济性。该方法主要基于带储能的新型合环装置实现，电状态量处理环节主要包含实现交直流变换的变换器部分，直流-直流的储能电池充放电部分，该合环装置具体示意图如图2所示(以两条低压线路为例绘制)，对应说明如下：

1、变换器1：接受控制器指令，根据低压线路1的潮流要求，决定工作在整流或者逆变状态；

2、变换器2：接受控制器指令，根据低压线路2的潮流要求，决定工作在整流或者逆变状态；

3、充放电管理：接受控制器指令，根据直流电压变化，决定储能电池的充放电状态。

此外，还包括控制部件。

4、控制部件：主要包含检测功能和控制功能。

(1)、检测功能：实时检测线路的状态量，根据检测到的状态量为控制环节提供控制依据。

(2)、控制功能：根据检测部件检测到的状态量，进行判断，变换器1和变换器2以及充放电管理器下达控制指令，确定其开断及运行状态。

具体判断逻辑为，根据实时电价与储能电池的运行综合成本之间的对比为依据确定各个变换器和充放电管理器的控制依据。

以下对上述部件实现带储能的新型合环装置的经济运行方法的过程进行详细介绍：

1、储能电池的综合运行成本：

P

其中：P

2、经济调度方法

步骤1：计算储能电池的综合运行成本；

步骤2：比较储能综合单价和实时电价的关系，若实时电价低于储能电池的平均综合运行单价，则充放电管理器处于充电状态，若这个时候电池已充满电，则不需要继续充电，若电池未充满电，则需要进行充电。若此时线路1出现低电压，则变换器2工作在整流模式，变换器1工作在逆变模式。相反，若线路2出现低电压，则变换器1工作在整流模式，变换器2工作在逆变模式；若实时电价高于储能电池的综合单价，则充放电管理器处于放电状态，具体控制逻辑为：若线路1出现低电压，线路2正常，则变换器1工作在逆变模式；若线路2出现低电压，线路1正常，则变换器2工作在逆变模式；若线路1、2都出现低电压，则变换器1、2都工作在逆变模式，直至储能电池完全放电。

步骤3：储能电池完全放电后，当实时电价低于平均综合运行单价，进行充电，充放电管理器处于充电状态，具体为从线路1和线路2电压较高的一侧取电，若线路1线路2电压正常，而且线路1电压高于线路2，则变换器2工作在整流模式，相反变换器1工作在整流模式；若线路1出现低电压，线路2电压正常，则变换器2工作在整流模式，变换器1工作在逆变模式。反之则变换器1工作在整流模式，变换器2工作在逆变模式，直至实时电价高于平均综合单价。

图2为上述经济调度方法的详细流程图。

3、整流电路和逆变电路的控制

(1)变换器均采用IGBT全控型电力电子器件

(2)对交流侧电压采样，用PWM对交流电压进行调制，实现变换器电路的控制。

(3)变换器工作在逆变模式时可以根据交流侧的电压情况，采用PWM方式控制逆变器输出电压的幅值和相位控制功率流动。

本发明提出的一种基于储能的合环装置经济运行方法，通过实时检测不同分路两侧的电压情况，感知低电压，通过合环或储能放电的形式解决用户低电压问题，并实现合环装置运行的经济性。相较于现有技术，其具备如下优点：

1、提出了通过不同线路的合环运行解决低电压问题，提升设备利用效率，降低低电压解决时限。

2、实时感知用户运行电压问题，根据各个端口电压情况精准施策，确定运行策略。

3、将储能作为电源的一种形式，充分考虑实时电价的峰谷差，通过与储能电池的综合运行成本的对比，确定各个端口的运行状态，实现合环装置的经济运行，进一步提升合环装置运行的经济性。

以上是对本发明的基于储能的合环装置经济运行方法的实施例进行的详细介绍，以下将对本发明的基于储能的合环装置经济运行系统的实施例进行详细的介绍。

本实施例提供一种基于储能的合环装置经济运行系统，系统通过基于储能的合环装置对低压线路进行潮流补偿，基于储能的合环装置包括变换器部分和储能电池部分，储能电池部分通过变换器部分与线路连接，并通过变换器部分向低压线路放电或从线路处取电；

系统包括：

计算单元，用于计算储能电池在当前时刻充电的综合单价和平均综合运行单价；

控制单元，用于根据储能电池的状态和综合单价控制变换器部分和储能电池部分的运行状态，其中，当储能电池具备潮流补偿能力且综合单价小于实时电价时，储能电池进入放电状态，并通过变换器部分向低压线路进行潮流补偿；当平均综合运行单价不小于实时电价时，储能电池进入充电状态，通过变换器部分向线路处进行取电，直至充满后转换为闭锁状态。

进一步的，变换器部分包括若干个变换器，一条线路对应设置一个变换器，每个变换器根据对应线路的潮流要求，在整流或者逆变工作状态之间进行切换。

进一步的，储能电池部分包括充放电管理器和储能电池；

充放电管理器用于根据线路电压的变化情况和实时电价情况对储能电池处于充电状态、放电状态或闭锁状态进行切换。

需要说明的是，上述实施例提供的经济运行系统用于实现前述实施例提供的经济运行方法，各单元的具体设置均以配合完整实现该方法为准，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。