基于分散式储能的新能源场站无功调节方法及系统与流程

1.本发明涉及新能源技术，尤其是涉及一种基于分散式储能的新能源场站无功调节方法及系统。


背景技术：

2.随着光伏、风电等新能源电力的占比的不断提高，为保障电网的安全稳定运行，储能得到了充分的发展。当前的储能通常以集中接入的形式布置，储能在一个光伏电站或风电场以多点接入的分散式布置方式还很少，分散式布置的储能系统可解决已建新能源场站征地困难的问题，且具有布置地点灵活、扩容方便的特点。储能系统的关键设备储能变流器(pcs)具备四象限运行功能，可以根据需要调节电流和电压的相位差，实现无功功率的发出和吸收。但是如何解决分散式储能参与下的新能源场站的无功功率需求问题，成为需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于分散式储能的新能源场站无功调节方法及系统。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.根据本发明的一个方面，提供了一种基于分散式储能的新能源场站无功调节方法，该方法根据新能源场站的实时有功、实时无功、功率预测曲线、各箱变工作状态、各光伏逆变器工作状态和各储能单元工作状态数据，利用储能变流器pcs的四象限运行功能，调节储能单元的有功或无功出力，从而实现新能源场站无功功率平衡或对电网的无功调节进行响应。
6.作为优选的技术方案，该方法具体包括以下步骤：
7.步骤1，建立应用于新能源场站的分散式储能系统；
8.步骤2，储能控制器采集新能源场站功率参数、功率预测参数、储能单元参数；
9.步骤3，储能控制器根据采集的参数进行计算，确定全场无功偏差、各集电线路无功不平衡情况、各储能单元无功调节能力；
10.步骤4，储能控制器判断是否需要进行全场无功调节，若为否，执行步骤5)，否则执行步骤6)；
11.步骤5，则储能变流器pcs维持现状并给储能控制器发送当前储能单元的参数；
12.步骤6，进一步判断集电线路之间是否需要进行无功调节，若为否，执行步骤7)，否则执行步骤8)；
13.步骤7，储能控制器按线间平均分配无功，并判断所涉及的储能单元是否具备实施条件，若条件具备则储能变流器pcs执行调节指令；若条件不具备，则储能变流器pcs维持现状，无论储能变流器pcs是否执行调节指令，都给储能控制器发送当前储能单元的参数；
14.步骤8，储能控制器按线间无功偏差的比例分配无功，并判断所涉及的储能单元是
否具备实施条件，若条件具备则储能变流器pcs执行调节指令；若条件不具备，则储能变流器pcs维持现状，无论储能变流器pcs是否执行调节指令，都给储能控制器发送当前储能单元的参数。
15.作为优选的技术方案，所述步骤3中的全场无功偏差q计算如下：
[0016][0017]
其中，s为全场视在功率，为当前的全场功率因数，为设定的全场功率因数。
[0018]
作为优选的技术方案，所述步骤3中的各集电线路无功不平衡情况计算如下：
[0019][0020]
其中qi为第i集电线路的无功偏差，为第i集电线路的视在功率,pj为第i集电线路上的第j箱变的有功输出，qj为第i集电线路上的第j箱变的无功输出，为第i集电线路上的平均功率因数，为设定的全场功率因数，n为储能单元数量。
[0021]
作为优选的技术方案，所述步骤3中的各储能单元无功调节能力用其所在pcs的容量sk与当前功率的差值q
kable
表示，q
kable
＝s
k-p
k-qk，pk为所在pcs的有功输出，qk为所在pcs的无功输出。
[0022]
作为优选的技术方案，所述步骤4中的判断具体为：当当前的全场功率因数与设定的全场功率因数相等时，不进行全场无功调节；否则进行全场无功调节。
[0023]
作为优选的技术方案，所述步骤6中的判断具体为：
[0024]
当时，集电线路间不需要进行无功调节，其中为第i集电线路上的平均功率因数；否则，需要进行。
[0025]
作为优选的技术方案，所述步骤7中判断所涉及的储能单元是否具备实施条件具体为：
[0026]
当时，储能单元无功调节能力满足全场无功调节需求，具备完全实施条件；当时，具备部分实施条件；当q
able
＝0时，储能单元不具备实施条件；
[0027]
中n为储能单元数量，q
able
为储能单元无功可调节量，q为全场无功调节需求。
[0028]
作为优选的技术方案，所述步骤8中判断所涉及的储能单元是否具备实施条件具体为：
[0029]
当时，储能单元无功调节能力满足全场无功调节需求，具备完全实施
条件；当时，具备部分实施条件；当q
kable
＝0时，储能单元不具备实施条件。
[0030]
ni为第i集电线路上的储能单元数量，qi为第i集电线路的无功偏差，q
kable
为各储能单元无功调节能力用其所在pcs的容量sk与当前功率的差值。
[0031]
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于所述基于分散式储能的新能源场站无功调节方法的系统，该系统包括储能单元和储能控制器，以分散式布置的方式在新能源场站箱变低压侧接入储能单元，多个储能单元通过光纤与储能控制器进行通讯，储能控制器统筹控制各储能单元的有功或无功出力，建立应用于新能源场站的分散式储能系统；
[0032]
所述储能控制器根据新能源场站实时运行数据和功率预测曲线，计算并分配各储能单元所需的有功或无功出力，实现同一集电线路上多个箱变和储能单元间的无功平衡，或多条集电线路间的无功平衡，或新能源场站对电网的无功响应需求。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0034]
1)本发明提供一种分散式储能参与下的新能源场站利用储能变流器(pcs)进行无功调节的方法，解决了分散式储能参与下的新能源场站的无功功率需求问题，提高功率因数；
[0035]
2)本发明提高了分散式储能参与下的新能源场站对电网的无功调节响应能力；
[0036]
3)本发明储能分散布置具有节约土地资源、不需要额外征地；布置灵活、扩容方便；消防风险等级低，尤其适合存量新能源场站；
[0037]
4)本发明储能系统通过储能变流器(pcs)可作为一个连续可调无功源，能兼顾有功、无功的实时平衡；
[0038]
5)本发明可实现单条集电线路内的无功平衡，减少调节过程中新能源场站因线路长导致的线损大。
附图说明
[0039]
图1为本发明系统的结构示意图；
[0040]
图2为本发明系统的部分结构详细示意图；
[0041]
图3为本发明方法的流程图。
具体实施方式
[0042]
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0043]
如图1所示，本发明分散式储能参与下的新能源场站无功调节的系统，在已有光伏发电系统的基础上，以分散式布置的形式在光伏电站的箱变低压侧接入储能单元，储能单元包含储能隔离变、储能变流器(pcs)、能量管理系统(ems)、电池管理系统(bms)、电池等主要部件。各储能单元通过光纤与储能控制系统进行通讯，储能控制系统控制各储能单元进行有功/无功的吸收/输出。
[0044]
根据新能源场站的实时有功、实时无功、功率预测曲线、各箱变工作状态、各光伏
逆变器工作状态和各储能单元工作状态等数据，利用储能变流器(pcs)的四象限运行功能，调节储能单元的有功/无功的吸收/输出，实现新能源场站无功功率平衡或对电网的无功调节响应。
[0045]
如图2所示，以分散式布置的方式在新能源场站箱变低压侧接入储能单元，多个储能单元通过光纤与储能控制器进行通讯，储能控制器统筹控制各储能单元的有功/无功的吸收/输出，建立应用于新能源场站的分散式储能系统。储能控制器根据新能源场站实时运行数据和功率预测曲线，计算并分配各储能单元所需的有功/无功出力，实现同一集电线路上多个箱变、储能单元间的无功平衡，或多条集电线路间的无功平衡，或新能源场站对电网的无功响应需求。
[0046]
如图3所示，本发明方法的具体过程如下：
[0047]
步骤1，建立应用于新能源场站的分散式储能系统；
[0048]
步骤2，储能控制器采集新能源场站功率参数、功率预测参数、储能单元参数；
[0049]
步骤3，储能控制器根据采集的参数进行计算，确定全场无功偏差、各集电线路无功不平衡情况、各储能单元无功调节能力；
[0050]
步骤4，储能控制器判断是否需要进行全场无功调节，若为否，执行步骤5)，否则执行步骤6)；
[0051]
步骤5，则储能变流器pcs维持现状并给储能控制器发送当前储能单元的参数；
[0052]
步骤6，进一步判断集电线路之间是否需要进行无功调节，若为否，执行步骤7)，否则执行步骤8)；
[0053]
步骤7，储能控制器按线间平均分配无功，并判断所涉及的储能单元是否具备实施条件，若条件具备则储能变流器pcs执行调节指令；若条件不具备，则储能变流器pcs维持现状，无论储能变流器pcs是否执行调节指令，都给储能控制器发送当前储能单元的参数；
[0054]
步骤8，储能控制器按线间无功偏差的比例分配无功，并判断所涉及的储能单元是否具备实施条件，若条件具备则储能变流器pcs执行调节指令；若条件不具备，则储能变流器pcs维持现状，无论储能变流器pcs是否执行调节指令，都给储能控制器发送当前储能单元的参数。
[0055]
所述步骤3中的全场无功偏差q计算如下：
[0056][0057]
其中，s为全场视在功率，为当前的全场功率因数，为设定的全场功率因数。
[0058]
所述步骤3中的各集电线路无功不平衡情况计算如下：
[0059][0060]
其中qi为第i集电线路的无功偏差，为第i集电线路的视在功率,pj为第i集电线路上的第j箱变的有功输出，qj为第i集电线路上的第j箱变的
无功输出，为第i集电线路上的平均功率因数，为设定的全场功率因数，n为储能单元数量。
[0061]
所述步骤3中的各储能单元无功调节能力用其所在pcs的容量sk与当前功率的差值q
kable
表示，q
kable
＝s
k-p
k-qk，pk为所在pcs的有功输出，qk为所在pcs的无功输出。
[0062]
所述步骤4中的判断具体为：当当前的全场功率因数与设定的全场功率因数相等时，不进行全场无功调节；否则进行全场无功调节。
[0063]
所述步骤6中的判断具体为：
[0064]
当时，集电线路间不需要进行无功调节，其中为第i集电线路上的平均功率因数；否则，需要进行。
[0065]
作为优选的技术方案，所述步骤7中判断所涉及的储能单元是否具备实施条件具体为：
[0066]
当时，储能单元无功调节能力满足全场无功调节需求，具备完全实施条件；当时，具备部分实施条件；当q
able
＝0时，储能单元不具备实施条件；
[0067]
中n为储能单元数量，q
able
为储能单元无功可调节量、q为全场无功调节需求。
[0068]
所述步骤8中判断所涉及的储能单元是否具备实施条件具体为：
[0069]
当时，储能单元无功调节能力满足全场无功调节需求，具备完全实施条件；当时，具备部分实施条件；当q
kable
＝0时，储能单元不具备实施条件。
[0070]
ni为第i集电线路上的储能单元数量，qi为第i集电线路的无功偏差，q
kable
为各储能单元无功调节能力用其所在pcs的容量sk与当前功率的差值。
[0071]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。