一种空调类非线性群负荷运行主动需求储能设计方法与流程

本发明涉及一种空调类非线性群负荷运行主动需求储能设计方法，属于控制系统技术领域。

背景技术

为响应节能政策，许多空调厂家推出了变频空调，但是节能的变频空调大量接入电网又会对电网造成大量谐波，影响其他设备的正常运行，也影响电能质量。空调类非线性群负荷产生的非正弦电流正是公用电网的谐波源，由于谐波源向电网注入谐波电流，在电路阻抗上产生谐波电压降，与正弦波电压叠加，就会造成电网电压波形畸变，而影响供电电能质量。矿井提升机故障就是由于变频运行造成的高次谐波误触发晶闸管导通，从而导致系统失控。因此，未来的电网侧或负荷侧设计相应的谐波主动抑制电路，以实现电网友好型负荷目标尤有必要。所以监测与改善空调类非线性负荷接入电网的电能特性至关重要。根据ieeestd929-2000和ieeestd.p1547中提出的标准，电力系统中各奇次谐波含量及总谐波畸变率具有严格控制标准。另外，庞大的空调负荷数对电网电压稳定性的影响不可忽视。例如，2010年发生在巴西、美国等国家的大面积停电事故。高峰负荷无功不足会造成电压崩溃，甚至导致整个系统瓦解。这无疑给正常的社会经济秩序和人民的日常生活带来了极大的影响，同时也反映出了当前的电力系统学者对于电压稳定性的研究还存在一些不足。非线性群负荷运行给电网带来谐波，同时造成大量能量损耗，历年来，科研技术人员提出有源滤波技术，效果较好，但是有源滤波需要直流电源，现有的技术都是利用电网电压，动态整流，然后给有源滤波器提供电源。整流过程可能第二次带来谐波，其次谐波处理电源需要24小时不间断供电，电网用电高峰需求更高，这非常不利于电网运行。如果谐波电源由储能系统稳定供电，利用储能系统的时间空间灵活移动特性，可以减轻电网调峰压力。其次空调类非线性群负荷运行特性有其特殊性，可以根据环境控制参数，灵活停机。所以电网峰值时间，可以适当短时间停机，或者停部分机组。储能电源也可以选择用于非线性群负荷峰值运行备用电源，所以储能的合理配置加上合理的调度策略设计可以真正实现非线性群负荷运行的主动需求管理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出解决非线性群负荷运行给电网带来谐波，同时造成大量能量损耗，有源滤波需要直流电源，整流过程可能第二次带来谐波，其次谐波处理电源需要24小时不间断供电，电网用电高峰需求更高，非常不利于电网运行技术问题的一种空调类非线性群负荷运行主动需求储能设计方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种空调类非线性群负荷运行主动需求储能设计方法，包括以下步骤：步骤1、分析空调类非线性群负荷运行电网侧谐波成分，通过有源滤波器进行动态抑制谐波、补偿无功并计算出有源滤波器所需储能容量；步骤2、分析空调类非线性群负荷峰值时间内耗能需求数量与空调类非线性群负荷峰值时间内临时停机时段节能数量，结合所述耗能需求数量与所述节能数量计算出峰谷补储能容量；

步骤3、结合有源滤波器储能容量、峰谷补储能容量计算出总储能容量；步骤4、通过能量调度管理进行总储能容量电源充电。

作为发明的优选技术方案：所述步骤1的具体步骤如下：步骤1.1、对于固定空调负荷的建筑群，进行启动与运行谐波监控，分析空调类非线性群负荷运行电网侧谐波成分；步骤1.2、对于各次谐波的负载电流给予24小时电流时间积分进行计算；步骤1.3、有源滤波器通过电流互感器检测出负载电流，并通过内部dsp计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过pwm信号发送给内部igbt,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中进行滤波，计算出各次谐波的负载电流量；步骤1.4、通过各次谐波的负载电流量计算得出有源滤波器储能容量。

作为发明的优选技术方案：所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1、计算出空调类非线性群负荷24小时所需电能总量；步骤2.2、计算得出24小时内电网峰值时间段内的空调类非线性群负荷运行所需的耗能需求数量；步骤2.3、计算出24小时内电网峰值时间段内的可临时停运空调的时间区间及台数；步骤2.4、计算得出峰值时间段内的临时停运空调的节能数量；步骤2.5、结合24小时内电网峰值时间段内的群负荷运行所需的电能耗能需求数量与临时停运空调的节能数量得出峰谷补储能容量。

作为发明的优选技术方案：所述通过能量调度管理进行总储能容量电源充电为当固定空调负荷的建筑群具备新能源发电时，利用本地负荷用电盈余在任意时间给有源滤波器储能与峰谷补储能电源充电；当固定空调负荷的建筑群不具备新能源发电时，利用电网用电低谷时段进行有源滤波器储能与峰谷补储能电源充电。

作为发明的优选技术方案：所述有源滤波器为萨顿斯有源电力滤波器。

本发明所述一种空调类非线性群负荷运行主动需求储能设计方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）考虑空调负荷占比整个电网负荷较高，运行时段比较集中，对电网电能特性造成影响。有源滤波需要电源，运行需要耗能，引进储能电池作为有源滤波器电源，在用电低谷时期充电，减少了电网白天供电压力。

(2)结合空调中途断电，环境具有较长时间能量保持特性，适当减小峰谷补储能需求容量，节能同时降低成本同时减小电网调峰压力。

（3）有源滤波的储能容量来自实际系统谐波电流时间积分，可以有效利用储能容量。

附图说明

图1为本发明的储能容量配置策略示意图；

图2为本发明参考的电网用电负荷分布情况概略图；

图3为本发明用于谐波统计的软件界面示意图；

图4为本发明储能有源谐波配置前后电流波形对比图；

图5为本发明电网电压故障无储能供电的空调变换器母线电压波动图；

图6为本发明配置容量储能主动供电的空调变换器母线电压波动图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

具体实施例为：

如图1，图2，图3所示，本发明设计的一种空调类非线性群负荷运行主动需求储能设计方法，包括谐波治理有源滤波用储能容量和考虑空调类环境供能保持特性的峰谷补储能容量设计，该方法密切结合空调类非线性群负荷启动、运行及能耗特性，考虑电网调峰及调度备用容量需求压力，提出储能参与非线性群负荷运行谐波处理及能量调度方案。首先分析非线性群负荷运行谐波成分基础上计算谐波处理所需电能；其次结合群负荷节能运行调度的实际可行性，电网故障及峰谷补电能主动需求，进行峰谷补储能容量计算。最后，结合以上两功能需求，进行总储能容量的配置，进行能量调度管理设计。本发明包括以下步骤：步骤1、分析空调类非线性群负荷运行电网侧谐波成分，通过有源滤波器进行动态抑制谐波、补偿无功并计算出有源滤波器所需储能容量；步骤2、分析空调类非线性群负荷峰值时间内耗能需求数量与空调类非线性群负荷峰值时间内临时停机时段节能数量，结合所述耗能需求数量与所述节能数量计算出峰谷补储能容量；步骤3、结合有源滤波器储能容量、峰谷补储能容量计算出总储能容量；步骤4、通过能量调度管理进行总储能容量电源充电。

步骤1的具体步骤如下：步骤1.1、对于固定空调负荷的建筑群，进行启动与运行谐波监控，分析空调类非线性群负荷运行电网侧谐波成分；步骤1.2、对于各次谐波的负载电流给予24小时电流时间积分进行计算；步骤1.3、有源滤波器通过电流互感器检测出负载电流，并通过内部dsp计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过pwm信号发送给内部igbt,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中进行滤波，计算出各次谐波的负载电流量；步骤1.4、通过各次谐波的负载电流量计算得出有源滤波器储能容量。

步骤2的具体步骤如下：步骤2.1、计算出空调类非线性群负荷24小时所需电能总量；步骤2.2、计算得出24小时内电网峰值时间段内的空调类非线性群负荷运行所需的耗能需求数量；步骤2.3、计算出24小时内电网峰值时间段内的可临时停运空调的时间区间及台数；步骤2.4、计算得出峰值时间段内的临时停运空调的节能数量；步骤2.5、结合24小时内电网峰值时间段内的群负荷运行所需的电能耗能需求数量与临时停运空调的节能数量得出峰谷补储能容量。

有源谐波的直流电源直接采用混合储能电池组1，低电压穿越及峰谷补策略采用混合电池组2。对于固定空调负荷的建筑群，首先进行启动与运行的谐波监控，分析fft成分，然后对每种谐波的电流给予24小时电流时间积分，算出总量，作为谐波储能电源容量选型的参考。对照公共电网峰值时间段内的群负荷运行所需的电能，以满负荷功率在峰值时间段的积分作为峰谷补储能电源的容量选择首要参考。再结合空调环境的能量保持功能及消退延时，兼顾人体舒适度基本需求及负荷波动特征。考虑储能技术限制，适当调整峰补谷储能配置容量。

通过能量调度管理进行总储能容量电源充电为当固定空调负荷的建筑群具备新能源发电时，利用本地负荷用电盈余在任意时间给有源滤波器储能与峰谷补储能电源充电；当固定空调负荷的建筑群不具备新能源发电时，利用电网用电低谷时段进行有源滤波器储能与峰谷补储能电源充电。

电网负荷运行需求高峰时段，结合环境温湿度调节需求，灵活选择储能容量及接入时机，维持空调负荷正常供能，缓冲大量空调集中时段内运行对电网造成的供电压力。非线性群负荷运行谐波成分分析基础上计算谐波处理所需储能容量，利用用电低谷时间充电，减少电网白天用电需求。谐波处理所用电能无需在线电网消耗，可以选择任意时段独立灵活配置，峰谷补的储能容量也将更加合理。

有源滤波器为萨顿斯有源电力滤波器。

如图4所示，为本发明储能有源谐波配置前后电流波形对比图。根据空调类非线性群负荷运行主动需求储能实施，由谐波功耗积分，选取储能容量，设计的有源滤波器嵌入负荷运行系统，由滤波前后效果明显看出谐波成分有很大程度减小。

如图5、图6所示，为本发明电网电压故障无储能供电的空调变换器母线电压波动图与本发明配置容量储能主动供电的空调变换器母线电压波动图。无储能供电与配置容量储能主动供电的空调变换器母线电压波动相比较，配置容量储能主动供电的空调变换器母线电压跌落明显减少，系统稳定性得以增强。

以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。