一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统的制作方法

本实用新型涉及电力运行调控技术领域，具体涉及一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统。

背景技术：

随着一带一路的发展，电力行业的发展逐渐走向东南亚国家，其独特的岛屿分布形成了多以孤网为运行方式的电网现状。孤网失去了大电网的支撑，其负荷的波动将直接影响其孤网的电能质量，即电压的幅值、频率及波形均无法达到电气设备的运行要求，难以保证产品的质量。

孤网运行的最突出特点在于对负荷的控制最终都转变为对频率的控制。现有的技术通过一次调频及二次调频来保障孤网中频率的恒定，但该种方法对调速系统的要求较高，且对于汽轮发电机组而言，更是存在以下难题：

ⅰ.负荷在发生突降突升时，由于汽轮机的转速不能突变，故无法实现快速跟随负荷的波动进行调节；

ⅱ.在大负荷变动情况下，负荷对汽轮机冲击很大，长期运行会造成汽轮机调速器损坏，甚至冲垮汽轮机正常工作状态。

ⅲ.在负荷突降时，锅炉排汽频繁，噪音大，严重浪费煤气等燃气和水资源，增加成本的投入。

除了以上的常见问题之外，当孤网机组出现故障需要甩负荷时，机组往往需要停机，但在停机之后再次启动的时间较长，难以保证生产的效率。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，通过加入储能装置，综合利用机组自身调频机制，共同维持孤网的稳定运行，并在提高孤网运行的可靠性的同时降低其对资源的浪费，本实用新型的技术方案如下：

一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，包括储能装置，所述储能装置与孤立电网的公共母线连接，用于在孤立电网发电功率p机大于负载功率pl时从公共母线上吸收电能，或在孤立电网发电功率p机小于负载功率pl时向公共母线上释放电能；

其中，所述储能装置包括储能电池、控制器和具有整流和逆变两种工作状态的整流逆变器，所述储能电池通过所述整流逆变器与变压器连接，并通过所述变压器连接到公共母线上，所述控制器还与整流逆变器连接，用以通过所述控制指令控制整流逆变器在整流与逆变两种工作状态间进行切换。

进一步地，所述整流逆变器由晶闸管vt1至vt6组成，六个晶闸管的门极均与控制器连接，以接收控制器的控制指令，晶闸管vt4的阴极与晶闸管vt1的阳极连接，其节点接入abc三相线路的a相，晶闸管vt6的阴极与晶闸管vt3的阳极连接，其节点接入abc三相线路的b相，vt2的阴极与晶闸管vt5的阳极连接，其节点接入abc三相线路的c相，晶闸管vt4、晶闸管vt6以及晶闸管vt2的阳极均与储能电池的正极连接，晶闸管vt1、晶闸管vt3以及晶闸管vt5的阴极均与储能电池的负极连接。

进一步地，所述储能装置还包括用于采集储能电池电压、电流以及荷容比soc的电池管理系统bms，所述电池管理系统bms与储能电池连接，其中，所述荷容比soc为储能电池剩余电量与总容量的比值。

进一步地，所述系统还包括用于采集该孤立电网中投入运行的汽轮机组的发电功率p机的汽轮机功率监控装置、用于采集该孤立电网中投入运行的所有负载功率pl的负载功率监控装置和用于向控制器发送用以控制第一功率开关管和第二功率开关管通断的总控制系统，所述负载功率监控装置、汽轮机功率监控装置、电池管理系统bms和控制器均与总控制系统连接。

进一步地，所述系统还包括用于控制汽轮机pcv阀开关的pcv阀控制装置，所述pcv阀控制装置与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制pcv阀的开启或关闭。

进一步地，所述系统还包括耗能装置和第一接入控制装置，所述耗能装置通过第一接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第一接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制耗能装置与公共母线的连接或断开。

进一步地，所所述系统还包括第二接入控制装置，孤立电网中的备用电源通过第二接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第二接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制备用电源与公共母线的连接或断开。

进一步地，所述系统还包括负载接入控制装置和备用电源监控装置，所述备用电源监控装置与备用电源连接，用于监控备用电源的功率并将备用电源的功率传输给总监控系统，所有负载均通过所述负载接入控制装置控制与公共母线的连接，所述负载接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制负载与公共母线之间的连接或断开。

本实用新型具有以下有益效果：

在孤网运行中，由于脱离了大电网的支撑，任何设备的投入或投退、故障的发生均会对孤网的稳定运行产生冲击，同时由于机组本身的调节能力有限，将难以保障孤网的频率稳定，在传统的孤网控制中，孤网的波动多依赖于机组自身的一次调频、二次调频及pcv阀的结合使用，其中机组的自身调整的速度慢且只能应对孤网中的小波动，pcv阀的气体放散只能应对孤网负荷突降的工况，无法对应负荷突升的情况。此外，pcv阀的气体放散会造成大量资源的浪费。本实用新型中将储能装置与传统调控方法结合使用，将储能作为机组自身调节后的第一优先投入装置投入，同时通过总监控系统可以将耗能装置以及备用电源接入公共母线进行整合调节，耗能装置、备用电源及pcv阀的投入视储能装置的状态而定，储能装置能量的双向流动使得该种调控方案能够灵活的应对孤网负荷的各种工况，能够快速的为孤网提供有功无功支撑，也能作为负荷投入，快速的稳定机组的转速，提高了孤网的弹性，增强其应对孤网负荷波动的能力，同时降低资源的浪费，节省孤网运行的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于储能装置的孤立电网稳定控制系统接线图；

图2为本实用新型实施例提供的整流逆变器的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的系统框架图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，作为本实用新型的第一实施例，提供一种基于储能装置的孤立电网稳定控制系统，包括储能装置，所述储能装置与孤立电网的公共母线连接，用于在孤立电网发电功率p机大于负载功率pl时从公共母线上吸收电能，或在孤立电网发电功率p机小于负载功率pl时向公共母线上释放电能；

其中，所述储能装置包括储能电池、控制器和具有整流和逆变两种工作状态的整流逆变器，所述储能电池通过所述整流逆变器与变压器连接，并通过所述变压器连接到公共母线上，所述控制器还与整流逆变器连接，用以通过所述控制指令控制整流逆变器在整流与逆变两种工作状态间进行切换。

如图2所示，晶闸管vt4的阴极与晶闸管vt1的阳极连接，其节点接入abc三相线路的a相，晶闸管vt6的阴极与晶闸管vt3的阳极连接，其节点接入abc三相线路的b相，vt2的阴极与晶闸管vt5的阳极连接，其节点接入abc三相线路的c相，晶闸管vt4、晶闸管vt6以及晶闸管vt2的阳极均与储能电池的正极连接，晶闸管vt1、晶闸管vt3以及晶闸管vt5的阴极均与储能电池的负极连接。通过控制器控制晶闸管vt1至vt6的通断状态，实现逆变与整流功能，当潮流由三相线路流向负载侧时为整流状态，晶闸管导通角范围为0°到90°，导通顺序为vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6。当负载侧存在直流电源时，潮流可以从直流电源流向abc三相线路，此时晶闸管导通角为90°到180°，导通顺序为vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6。其中，以上晶闸管只作为示例，可由全控型电力电子器件替代。

作为本实用新型的另一实施例，提供另一种整流逆变器的方案，所述整流逆变器包括逆变器、整流器、第一功率开关管和第二功率开关管，所述储能电池通过第一功率开关管与整流器一端连接，通过第二功率开关管与逆变器一端连接，所述逆变器和整流器另一端均通过变压器连接于公共母线上。

上述实施例中，所述储能电池一方面通过依次连接的第一功率开关管和整流器连接到公共母线上，另一方面通过依次连接的第二功率开关管和逆变器连接到公共母线上，当孤立电网发电功率p机大于负载功率pl时，可使第一功率开关管导通且第二功率开关管关断，使公共母线上的交流电通过整流器后变成直流电给储能电池充电，当孤立电网发电功率p机小于负载功率pl时，使第一功率开关管关断且第二功率开关管导通，使储能电池上中的直流电通过逆变器后变成交流电输送到公共母线上，实现储能装置能量的双向流动。

其中，储能装置可以为一个或多个。

优选地，所述储能装置还包括用于采集储能电池电压、电流以及荷容比soc的电池管理系统bms，所述电池管理系统bms与储能电池连接，其中，所述荷容比soc为储能电池剩余电量与总容量的比值。

上述实施例，通过电池管理系统bms实施监控储能电池的荷容比soc，防止储能电池充放电过量，从而影响电池的寿命。

如图3所示，优选地，所述系统还包括用于采集该孤立电网中投入运行的汽轮机组的发电功率p机的汽轮机功率监控装置、用于采集该孤立电网中投入运行的所有负载功率pl的负载功率监控装置和用于向控制器发送用以控制第一功率开关管和第二功率开关管通断的总控制系统，所述负载功率监控装置、汽轮机功率监控装置、电池管理系统bms和控制器均与总控制系统连接。

所述汽轮机功率监控装置和负载功率监控装置可以为普通的功率表。

基于上述实施例，总监控系统可以获取可以获取发电功率p机、负载功率pl以及储能装置的荷容比soc，根据发电功率p机、负载功率pl结合储能装置的荷容比soc向储能装置发送控制指令，所述控制指令包括充电指令、待机指令以及放电指令；

例如，当发电功率p机等于负载功率pl时，向系统所有储能装置发送待机指令；

当发电功率p机大于负载功率pl时，对系统所有储能装置进行荷容比soc判断，判断储能装置的荷容比soc是否小于该储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则向储能装置该发送充电指令；

当发电功率p机小于负载功率pl时，对系统所有储能装置进行荷容比soc判断，判断储能装置的荷容比soc是否大于等于该储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则向该储能装置发送放电指令。

其中α、β的取值考虑孤网运行特性及浅充浅放、深充深放对不同类型储能装置使用寿命的影响进行选择，通过对储能装置的充放电控制，可得到适用于该孤网中储能装置的最佳荷容比socbest，应用于协调控制的案中，控制投入储能装置的投入方式及投入时间，使得储能装置在充电状态时达到socbest后将投入耗能装置及pcv阀，达到最优化稳定孤网运行目的。

优选地，所述系统还包括耗能装置和第一接入控制装置，所述耗能装置通过第一接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第一接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制耗能装置与公共母线的连接或断开。

优选地，所述系统还包括用于控制汽轮机pcv阀开关的pcv阀控制装置，所述pcv阀控制装置与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制pcv阀的开启或关闭。

通过上述实施例，可利用耗能装置和汽轮机的pcv阀进行孤立电网的整合调节。

例如，当发电功率p机大于负载功率pl且储能装置的荷容比soc大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，此时不宜再给储能电池充电，否则易造成电池过充而影响电池寿命，因此，可选择将控制耗能装置和pcv接入公共母线，消耗部分能量，从而避免电池过充。

优选地，所所述系统还包括第二接入控制装置，孤立电网中的备用电源通过第二接入控制装置控制接入所述公共母线上，所述第二接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制备用电源与公共母线的连接或断开。

其中，所述第一接入控制装置和第一接入控制装置均可以为功率开关管。

通过上述实施例，还可以利用备用电源进行孤立电网的整合调节，例如，当发电功率p机小于负载功率pl且储能装置的荷容比soc小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，此时储能电池电量过低，不宜再放点，因此，可选择将备用电源接入公共母线，向公共母线上释放电能，避免储能电池过度放电。

优选地，所述系统还包括负载接入控制装置和备用电源监控装置，所述备用电源监控装置与备用电源连接，用于监控备用电源的功率并将备用电源的功率传输给总监控系统，所有负载均通过所述负载接入控制装置控制与公共母线的连接，所述负载接入控制装置还与总监控系统连接，用于接收总监控系统的指令，并根据该指令控制负载与公共母线之间的连接或断开。

通过上述实施例，还可以利用负载接入控制装置控制负载的接入量进行孤立电网的整合调节，例如，当发电功率p机小于负载功率pl且储能装置的荷容比soc小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时且p备小于pl剩，pl剩＝pl-p机，通过负载接入控制装置减少负载接入量，并在p备大于等于pl剩时，接入备用电源。

本实用新型可充分利用孤立电网的各种资源，通过储能装置、耗能装置以及机组自身资源对孤立电网进行综合调节，该种调控方案能够灵活的应对孤网负荷的各种工况，能够快速的为孤网提供有功无功支撑，也能作为负荷投入，快速的稳定机组的转速，提高了孤网的弹性，增强其应对孤网负荷波动的能力，同时降低资源的浪费，节省孤网运行的成本，其整体工作原理如下：

实时监测孤立电网的发电功率p机、负载功率pl以及储能装置荷容比soc；

当发电功率p机等于负载功率pl时，控制储能装置处于待机指令；

当发电功率p机大于负载功率pl时，进一步判断储能装置的荷容比soc是否小于储能装置荷容比所能承受的最大值β，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于充电状态，为储能装置充电；

当发电功率p机小于负载功率pl时，进一步判断储能装置的荷容比soc是否大于等于储能装置荷容比所能承受的最小值α，若是，则将该储能装置接入孤立电网的公共母线并使其处于放电状态，向孤立电网的公共母线上释放电能。

当发电功率p机大于负载功率pl且储能装置的荷容比soc大于等于储能装置荷容比所能承受的最大值β时，向孤立电网的公共母线中接入耗能装置并控制汽轮机的pcv阀开启，通过耗能装置和汽轮机的pcv阀耗能孤立电网中的电能。

当发电功率p机小于负载功率pl且储能装置的荷容比soc小于储能装置荷容比所能承受的最下值α时，进一步判断p备是否大于等于pl剩，若是，直接将备用电源接入孤立电网的公共母线上，否则，减少负载接入量，直到p备等于pl剩时，停止减少负载接入量并将备用电源接入孤立电网的公共母线上；

其中，p备为备用电源的功率，pl剩＝pl-p机。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。