電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法，該控制方法依據(jù)一體化電站頻率偏差指標，利用儲能電池的有功能量和變流裝置的容量進行有計劃的調(diào)整：電網(wǎng)正常狀態(tài)下，頻率偏差增值控制能夠充分發(fā)揮電力電子設(shè)備響應(yīng)迅速的特點，快速減小頻率偏差，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；在電網(wǎng)緊急狀態(tài)下，頻率偏差緊急控制方案使得一體化電站對電力系統(tǒng)進行全力支持，能夠輔助電網(wǎng)盡快脫離緊急狀態(tài)恢復正常運行，能夠提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，給電網(wǎng)帶來較大效益。
【專利說明】電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電站控制方法，尤其涉及一種用于電動汽車充放儲一體化電站對電網(wǎng)頻率偏差進行調(diào)整控制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國電動汽車及充電設(shè)施的推廣與建設(shè)主要集中在公交用車、公務(wù)用車等示范運營方面。國內(nèi)研究人員提出了兼具充電、換電池、儲能、退役電池再利用功能于一體的電動汽車智能充放儲一體化電站，相比于傳統(tǒng)的單一功能充電站、換電站或儲能站，能夠顯著節(jié)約土地資源、降低電池使用成本，獲得了廣泛認可，被認為是推動電動汽車發(fā)展的有力保證。
[0003]研究人員圍繞一體化電站開展了一系列科研，但是對于深層次的控制方法，還未見相關(guān)研究。充放儲一體化電站作為電池儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)，當電網(wǎng)頻率偏差較大時，如何充分利用一體化電站多用途電力電子裝置的技術(shù)優(yōu)勢，是一個創(chuàng)新的研究內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種新型充放儲一體化電站對于電網(wǎng)進行頻率偏差控制的方法，該控制方法利用儲能電池的有功能量和變流裝置的容量對一體化電站頻率偏差指標進行有計劃地調(diào)整，在電網(wǎng)正常狀態(tài)下進行頻率偏差增值控制，在電網(wǎng)進入緊急狀態(tài)后，進行頻率偏差緊急支持控制。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1:判斷電網(wǎng)的狀態(tài)；
[0007]步驟2:若電網(wǎng)處于正常狀態(tài)下，則通過增值控制方法控制頻率偏差，從而充分發(fā)揮電力電子設(shè)備響應(yīng)迅速的特點，快速減小頻率偏差，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；若電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)下，則通過緊急支持控制方法控制頻率偏差，從而使得一體化電站對電力系統(tǒng)進行全力支持，能夠輔助電網(wǎng)盡快脫離緊急狀態(tài)恢復正常運行。
[0008]優(yōu)選地，所述增值控制方法具體包括如下步驟:
[0009]步驟Al:檢測并計算一體化電站頻率偏差指標；
[0010]步驟A2:判斷一體化電站頻率偏差指標所處范圍，若符合增值控制條件，由調(diào)度人員確認進入或自動進入增值控制流程；
[0011]步驟A3:判斷頻率偏差符號，若為正值，計算并設(shè)定一體化電站最大充電功率；若為負值，計算并設(shè)定一體化電站最大放電功率；
[0012]步驟A4:輸出執(zhí)行。
[0013]優(yōu)選地，所述緊急支持控制方法具體包括如下步驟:
[0014]步驟B1:檢測并計算系統(tǒng)頻率偏差指標；
[0015]步驟B2:判斷系統(tǒng)頻率偏差指標是否處于緊急狀態(tài)，若為緊急狀態(tài)則繼續(xù)進行緊急支持控制流程；
[0016]步驟B3:判斷頻率偏差符號，若為正值，計算一體化電站最大充電功率作為緊急支持目標值；若為負值，計算并設(shè)定一體化電站最大放電功率作為緊急支持目標值；
[0017]步驟B4:輸出執(zhí)行。
[0018]優(yōu)選地，一體化電站以最大功率充電，即Pls = PcDSe+PcBSmax,其中，PIS為一體化電站充電功率，Pmse為一體化電站中充換電系統(tǒng)的額定充電功率，Prasniax為一體化電站梯次儲能系統(tǒng)的最大充電功率。 [0019]現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:在電網(wǎng)正常狀態(tài)下，頻率偏差增值控制方案能夠充分發(fā)揮電力電子設(shè)備響應(yīng)迅速的特點，快速減小頻率偏差，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；在電網(wǎng)緊急狀態(tài)下，頻率偏差緊急控制方案使得一體化電站對電力系統(tǒng)進行全力支持，能夠輔助電網(wǎng)盡快脫離緊急狀態(tài)恢復正常運行。應(yīng)用本發(fā)明能夠給電網(wǎng)帶來較大效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0021]圖1為本發(fā)明中充放儲一體化電站對電網(wǎng)提供頻率偏差增值控制的流程圖；
[0022]圖2為本發(fā)明中充放儲一體化電站對電網(wǎng)提供頻率偏差緊急支持控制的流程圖；
[0023]圖3為本發(fā)明中考慮發(fā)動機調(diào)差特性時一體化電站緊急支持控制對系統(tǒng)頻率的影響；
[0024]圖4為本發(fā)明中考慮負荷靜態(tài)特性時一體化電站緊急支持控制對系統(tǒng)頻率的影響；
[0025]圖5、圖6為本發(fā)明中考慮發(fā)電機調(diào)差特性及負荷靜態(tài)特性的一體化電站緊急支持控制對系統(tǒng)頻率的影響。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0027]由電力系統(tǒng)基本原理可知，一個確定的電力系統(tǒng)中有功功率在任意時刻是平衡的，有功功率的變化將實時地在頻率變化上表現(xiàn)出來，因此頻率偏差(FD，F(xiàn)requencyDeviation)是電力系統(tǒng)調(diào)度工作的重要指標。同樣地，對于一體化電站而言，也可定義相應(yīng)的一體化電站頻率偏差指標(ISFD, Frequency Deviation of Integrated Station),以作為一體化電站有功功率調(diào)節(jié)的依據(jù)。
[0028]電力系統(tǒng)頻率偏差指標
[0029]頻率偏差是調(diào)頻工作的主要監(jiān)控指標，該指標的設(shè)置應(yīng)幫助調(diào)度員了解頻率偏離額定值的程度、距離事故頻率的遠近，提醒調(diào)度員對頻率及時做出調(diào)整。
[0030]電力系統(tǒng)頻率偏差指標Δ f的計算如式(I)所不。
[0031]Af=| f-f0|(I)[0032]式中，f為系統(tǒng)當前實際頻率；&為系統(tǒng)標準頻率。
[0033]一體化電站頻率偏差
[0034]定義一體化電站頻率偏差指標δκ如式(2)所示。
[0035]I Afl-Af0 e [δκ1, δΚ2)(2)
[0036]式中，Aftl為頻率偏差的參考值，是一個大于零的正數(shù)，其數(shù)值比系統(tǒng)頻率偏差警戒值??；δ IS1為一體化電站頻率偏差指標設(shè)定的下限值，δ IS2為一體化電站頻率偏差指標設(shè)定的上限值，兩者數(shù)值由一體化電站調(diào)度人員根據(jù)所在地區(qū)指標人工整定。
[0037]實際電力系統(tǒng)中，各個地區(qū)由于運行能力的不同，對于頻率偏差的要求也不同，例如調(diào)度AGC控制在采用國際A標準時頻率偏差指標一般為±0.2Hz，而采用了國際CPS標準后，頻率偏差指標提高為±0.1Hz，因此Aftl也應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的具體情況來確定，例如在頻率偏差指標為±0.01Hz的地區(qū)，Aftl可確定為0.005Hz。δ IS1與δ IS2的取值范圍由一體化電站調(diào)度人員整定，S IS1決定了一體化電站采取頻率增值控制策略的一體化電站頻率偏差起調(diào)點，而δ IS2的數(shù)值決定了的一體化電站正常模式下效益增值控制調(diào)節(jié)范圍的終止點，即超出S IS2意味著一體化電站應(yīng)退出效益增值控制策略運行模式。
[0038]A正常模式下一體化電站的頻率偏差增值控制
[0039]一體站電站在正常 運行模式下，電力系統(tǒng)頻率偏差指標Af符合規(guī)程要求，也就是說在該地區(qū)規(guī)程給定的范圍內(nèi)，此時一體化電站除制定基本的充放電運行計劃之外，可根據(jù)I I Afl-Afci的數(shù)值，由一體化電站頻率偏差指標5IS1與δΚ2的整定值決定是否進入可選增值控制運行模式。此時，增值控制策略如圖1所示。
[0040]參閱圖1，一體化電站正常運行模式下的頻率偏差增值控制運行模式是附加的增值功能，其間測算一體化電站頻率偏差指標，當該指標處于增值控制整定值范圍內(nèi)時，由調(diào)度人員選擇進入增值功能流程或自動進入該流程。在該流程中，監(jiān)控系統(tǒng)檢測系統(tǒng)當前實際頻率f,計算電力系統(tǒng)頻率偏差指標Af和一體化電站的頻率偏差指標I I如果I I Λ f 1- Λ 41 < δ IS1或者I I Λ f 1- Λ f01≥δ IS2時，不具備頻率偏差增值控制條件；只有當IlAf1-AfcJ e [ δ IS1, δΙ52)時，說明一體化電站運行方式可以做出增值調(diào)整。隨后判斷頻率過高或過低:如果Af>0，說明系統(tǒng)頻率過高，一體化電站以最大功率充電，即Pk=PcDSe+PcBSmax,其中，PIS為一體化電站充電功率，P。.為一體化電站中充換電系統(tǒng)的額定充電功率，Prasmax為一體化電站梯次儲能系統(tǒng)的最大充電功率；否則說明系統(tǒng)頻率過低，一體化電站停止充電，或者由調(diào)度確定的放電整定功率進行放電。在每個循環(huán)周期，同時判斷調(diào)度人員是否人工中斷增值控制，如果被中斷則退出增值控制模式，否則繼續(xù)循環(huán)運行。
[0041]B緊急狀態(tài)下一體化電站的頻率緊急支持控制
[0042]一體化電站系統(tǒng)保護運行模式下，電力系統(tǒng)頻率偏差指標Λ f進入緊急甚至嚴重緊急狀態(tài)，一體化電站須停止正常運行，轉(zhuǎn)而全力支持電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)。
[0043]一體化電站具備電池充放儲換電系統(tǒng)和梯次電池儲能系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)均有儲能能力，可對電網(wǎng)進行充/放電；一體化電站變流裝置電力電子開關(guān)周期為百微秒級，所以一體化電站充/放電速度遠遠高于汽輪機或水輪機的機械過程，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進行更加快速的支持；一體化電站可快速切換于負荷狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)，其功率吞吐變換的緊急支持能力是以上兩個儲能系統(tǒng)額定容量的兩倍。因此具有快速支持能力的一體化電站是當前電力系統(tǒng)中動態(tài)響應(yīng)速度最快的設(shè)備之一，因此以一體化電站頻率偏差指標作為緊急支持依據(jù)的控制方法可以有效應(yīng)對電網(wǎng)在頻率偏差越限的緊急狀態(tài)。
[0044]圖2為一體化電站的相關(guān)頻率偏差指標的緊急支持控制策略。
[0045]一體化電站運行期間測算電力系統(tǒng)頻率偏差指標Λ f和一體化電站頻率偏差指標I I Af 1-AfcJ,當一體化電站頻率偏差指標進入緊急狀態(tài)范圍內(nèi)，由調(diào)度人員選擇是否進入緊急支持控制流程或自動進入該流程。在該流程中，監(jiān)控系統(tǒng)檢測系統(tǒng)當前實際頻率f，計算電力系統(tǒng)頻率偏差指標Af和一體化電站的頻率偏差指標I I Afj-AfcJ。若
I Af1-Af0I < δΚ2，不屬于緊急支持范圍；只有當I I Af1-AfcJ≥δΚ2時，說明系統(tǒng)需要一體化電站進行緊急支持控制。隨后判斷頻率過高或過低:如Af >0，說明系統(tǒng)頻率過高，一體化電站計算可用最大充電功率，即Pls = PcDSe+PcBSmax ;否則說明系統(tǒng)頻率過低，一體化電站計算可用最大放電功率Pls = - (PcDSe+PcBSmax)。此時一體化電站可按照由調(diào)度人員預先設(shè)定好的緊急支持額度進行充放電，或者按照上述可用最大功率進行充放電。在每個循環(huán)周期，同時判斷調(diào)度人員是否人工中斷增值控制，如果被中斷則退出增值控制模式，否則繼續(xù)循環(huán)運行。
[0046]C 一體化電站與電力系統(tǒng)頻率偏差的有功功率——頻率響應(yīng)分析
[0047]當系統(tǒng)中接有多個充放儲一體化電站時，每個電站仍采用上述偏差保護運行流程。上級調(diào)度總站可設(shè)定并修改第i個子站在緊急支持控制中承擔的功率調(diào)控數(shù)kISi，則系統(tǒng)頻率偏差調(diào)整量與各站的調(diào)控系數(shù)之間的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:判斷電網(wǎng)的狀態(tài)； 步驟2:若電網(wǎng)處于正常狀態(tài)下，則通過增值控制方法控制頻率偏差，從而充分發(fā)揮電力電子設(shè)備響應(yīng)迅速的特點，快速減小頻率偏差，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；若電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)下，則通過緊急支持控制方法控制頻率偏差，從而使得一體化電站對電力系統(tǒng)進行全力支持，能夠輔助電網(wǎng)盡快脫離緊急狀態(tài)恢復正常運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法，其特征在于，所述增值控制方法具體包括如下步驟: 步驟Al:檢測并計算一體化電站頻率偏差指標； 步驟A2:判斷一體化電站頻率偏差指標所處范圍，若符合增值控制條件，由調(diào)度人員確認進入或自動進入增值控制流程； 步驟A3:判斷頻率偏差符號，若為正值，計算并設(shè)定一體化電站最大充電功率；若為負值，計算并設(shè)定一體化電站最大放電功率； 步驟A4:輸出執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法，其特征在于，所述緊急支持控制方法具體包括如下步驟: 步驟B1:檢測并計算系統(tǒng)頻率偏差指標； 步驟B2:判斷系統(tǒng)頻率偏差指標是否處于緊急狀態(tài)，若為緊急狀態(tài)則繼續(xù)進行緊急支持控制流程； 步驟B3:判斷頻率偏差符號，若為正值，計算一體化電站最大充電功率作為緊急支持目標值；若為負值，計算并設(shè)定一體化電站最大放電功率作為緊急支持目標值； 步驟B4:輸出執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電動汽車充放儲一體化電站頻率偏差控制方法，其特征在于，一體化電站以最大功率充電，即Pls = PcDSe+PcBSmax,其中，PIS為一體化電站充電功率，Po^為一體化電站中充換電系統(tǒng)的額定充電功率，Prasniax為一體化電站梯次儲能系統(tǒng)的最大充電功率。
【文檔編號】H02J3/32GK103545834SQ201310439038
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】解大, 賈玉健, 馮俊淇, 婁宇成 申請人:上海交通大學