一种应用于电力储能PCS主动超配设计方法与流程

一种应用于电力储能pcs主动超配设计方法
技术领域
1.本发明涉及电力储能设备技术领域，特别是一种应用于电力储能pcs主动超配设计方法。


背景技术：

2.建设以新能源为主体的新型电力系统，新型电力系统的供电特性、安全运行特性都会发生重大变化，储能将起到至关重要的作用。目前，以lfp为代表的电化学储能已商业应用，储能电站也逐步朝gw级别甚至tw级别发展。现大容量集中式储能电站，多采用交流拓扑方案，储能电站无功补偿装置按照电力系统无功补偿就地平衡、便于调整电压和满足定位需求的原则配置。
3.电力系统对储能电站提供无功功率一般要求在并网运行模式下，不参与系统无功调节时，储能电站并网点处超前或滞后功率因数不应小于0.95。储能变流器可具备满功率运行在滞相0.95～进相0.95之间动态可调，可作为储能电站无功功率来源。在储能电站的设计中，一般有以下路线：
4.仅考虑svg作为无功调节装置，不考虑联动pcs装置。该方面svg容量设计大，投入费用较高，控制管理简便；
5.优先考虑pcs作为无功调节装置，当其无功功率调节能力有限时，再考虑采用动态无功补偿装置svg。根据采集的模拟量和控制的无功功率进行计算得到所需的目标值进行补偿，控制策略相对复杂，实际项目中运行并不理想，表现在对于pcs与svg无功分配的比例、优先的顺序，不能统一，甚至出现系统失配，或者都不响应指令的情形。
6.采用确保pcs有功功率外，再主动超配一部分pcs容量，承担无功调节作用，不单独配置svg装置。
7.其中路线3目前已有部分储能站采用，但从目前来看，并未形成主动超配统一的计算方法及标准，现有工程设计时也容易忽略与设备本身、系统设计匹配等要求，形成工程集成标准化能力差。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够通过设定输入参数，分别进行无功匹配计算、系统匹配计算及优化匹配计算，得出适应于尽量多的pcs装置的方法。
9.本发明采用以下方法来实现：一种应用于电力储能pcs主动超配设计方法，所述方法包括以下步骤：
10.步骤s1、无功匹配计算，定义第一输入包，输出结果为储能站的各种功率；
11.步骤s2、判别步骤s1的输出结果无功匹配计算后pcs主动超配比率值是否满足大于等于pcs主动超配比率最低设定值，是，则进入下一步，否，则对第一输入报参数进行校验并重新设定；
12.步骤s3、系统匹配计算，定义第二输入包，输出结果为储能电站电池的参数；
13.步骤s4、判别步骤s3的输出结果电池主动超配比率实际计算值是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值且小于等于电池主动超配比率最高设定值，pcs主动超配比率实际计算值是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值且小于等于电池主动超配比率最高设定值，是，则转入优化匹配计算，否，则对第二输入包参数进行校验重新设定；
14.步骤s5、优化匹配计算，定义第三输入包，输出结果为满足各种储能电站的最优条件，判别输出结果储能系统设备价格最小值是否为最优方案，是，则结束流程，否，则转入步骤s1，对第一输入包参数进行校验重新设定。
15.进一步的，所述步骤s1进一步具体为：无功匹配计算，定义第一输入包，所述第一输入包要素包含储能电站的额定有功功率、并网点处超前或滞后功率因数、无功功率来源、无功功率消耗、无功平衡缺额、pcs主动超配比率最低设定值等参数；输出结果为储能电站额定视在功率、接入点无功交换功率、无功平衡缺额、无功匹配计算后pcs主动超配比率值、无功匹配计算储能电站有功功率。
16.进一步的，所述步骤s3进一步具体为：系统匹配计算，定义第二输入包，所述第二输入包要素包含储能电站直流系统电压、储能系统充放电倍率、单台pcs额定功率、单台变压器对应pcs数量、所连接的变压器容量、所连接的电池舱安装容量、与电池匹配后储能电站有功功率、电池主动超配比率最低设定值、电池主动超配比率最高设定值、pcs主动超配比率最低设定值、pcs主动超配比率最高设定值；输出结果为电池主动超配比率最低安装容量值、与电池匹配后储能电站有功功率、与无功、电池匹配后储能电站有功功率、pcs安装台数计算值、pcs及变流器一体舱安装计算套数、pcs及变流器一体舱安装实际套数、与pcs匹配后电池实际安装容量值、与无功、电池、设备匹配后储能电站有功功率、电池主动超配比率实际计算值、pcs主动超配比率实际计算值。
17.进一步的，所述步骤s5进一步具体为：优化匹配计算，定义第三输入包，所述第三输入包要素包含满足系统匹配判别后的电池主动超配比率实际计算值、满足系统匹配判别后pcs主动超配比率实际计算值、电池系统单价、pcs系统单价，输出结果为满足系统匹配判别后电池实际安装容量值、满足系统匹配判别后储能电站有功功率、储能系统设备价格。
18.本发明的有益效果在于：本发明通过设定输入参数，分别进行无功匹配计算、系统匹配计算及优化匹配计算，得出适应于尽量多的pcs装置的最优主动超配设计方案，便于形成具有模块化能力的产品；通过对储能pcs主动超配，避免设置svg装置，无功功率来源大部分来自于pcs；ems系统中avc模块仅需对pcs装置进行无功指令分解，pcs通过pq控制模式响应指令，确保在30ms之内，可满足系统及储能站本身对于无功功率调节要求，同时避免了系统失配，对保障储能电站安全、可靠运行带来有利条件；储能pcs超配后，并不增加额外占地指标，且运维设备减少，降低了运维工作量；储能pcs设备一般采用户内或舱内安装，运行条件良好，相比设置户外svg装置，设备及储能电站可靠性也得到了提升。
附图说明
19.图1为本发明的方法流程示意图。
20.图2为本发明的流程示意图。
21.图3为无功匹配计算的举例计算示意图。
22.图4为系统匹配计算的举例计算示意图。
23.图5为优化匹配计算的举例计算示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明做进一步说明。
25.请参阅图1和图2所示，本发明提供了一种应用于电力储能pcs主动超配设计方法，所述方法包括以下步骤：
26.步骤s1、无功匹配计算，定义第一输入包，输出结果为储能站的各种功率；
27.步骤s2、判别步骤s1的输出结果无功匹配计算后pcs主动超配比率值是否满足大于等于pcs主动超配比率最低设定值，是，则进入下一步，否，则对第一输入报参数进行校验并重新设定；
28.步骤s3、系统匹配计算，定义第二输入包，输出结果为储能电站电池的参数；
29.步骤s4、判别步骤s3的输出结果电池主动超配比率实际计算值是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值且小于等于电池主动超配比率最高设定值，pcs主动超配比率实际计算值是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值且小于等于电池主动超配比率最高设定值，是，则转入优化匹配计算，否，则对第二输入包参数进行校验重新设定；
30.步骤s5、优化匹配计算，定义第三输入包，输出结果为满足各种储能电站的最优条件，判别输出结果储能系统设备价格最小值是否为最优方案，是，则结束流程，否，则转入步骤s1，对第一输入包参数进行校验重新设定。
31.下面通过一具体实施例对本发明作进一步说明：
32.以下的pcs为储能变流器。
33.请参阅图3所示，本发明一实施例中，无功匹配计算，定义第一输入包，要素包含储能电站的额定有功功率、并网点处超前或滞后功率因数、无功功率来源、无功功率消耗、无功平衡缺额、储能变流器pcs主动超配比率最低设定值等参数，输出结果为储能电站额定视在功率、接入点无功交换功率、无功平衡缺额、无功匹配计算后pcs主动超配比率值、无功匹配计算储能电站有功功率。判别输出结果无功匹配计算后pcs主动超配比率值是否满足大于等于pcs主动超配比率最低设定值，若满足，转系统匹配计算，若不满足，对第一输入包参数参数进行校验重新设定，重复上述操作；
34.步骤s2举例说明：在第一输入包中，将某储能电站额定有功功率p0为300mw，并网点处超前或滞后功率因数cosα为0.95，无功功率来源q1为5.23mvar，无功功率损耗q2为69.17mvar，设定pcs主动超配比率最低值η
p0
为7％；输出结果储能电站额定视在功率s0＝p0/cosα为315.79mvar，接入点无功交换功率q0＝s0*sin(acos(cosα))为98.61mvar，无功平衡缺额q3＝q0+q2-q1为162.55mvar，无功匹配计算后pcs主动超配比率值η
p1
＝sqrt(p
^
2+q3
^
(p
02
+q
32
)/s0为8.05％,无功匹配计算储能电站有功功率p1＝(1+η
p1
)*p0为324.14mw。通过步骤s2，可以判别输出结果η
p1
8.05％大于等于pcs主动超配比率最低设定值η
p0
7％，进入步骤s3；
35.请参阅图4所示，本发明一实施例中，系统匹配计算，定义第二输入包，要素包含储能电站直流系统电压、储能系统充放电倍率、单台pcs额定功率、单台变压器对应pcs数量、所连接的变压器容量、所连接的电池舱安装容量、与电池匹配后储能电站有功功率、电池主动超配比率最低设定值、电池主动超配比率最高设定值、pcs主动超配比率最低设定值、pcs
主动超配比率最高设定值，输出结果为电池主动超配比率最低安装容量值、与电池匹配后储能电站有功功率、与无功、电池匹配后储能电站有功功率、pcs安装台数计算值、pcs及变流器一体舱安装计算套数、pcs及变流器一体舱安装实际套数、与pcs匹配后电池实际安装容量值、与无功、电池、设备匹配后储能电站有功功率、电池主动超配比率实际计算值、pcs主动超配比率实际计算值。判别输出结果电池主动超配比率实际计算值是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值且小于等于电池主动超配比率最高设定值，pcs主动超配比率实际计算值是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值且小于等于电池主动超配比率最高设定值，若二者均满足，转优化匹配计算，若不满足，对第二输入包参数参数进行校验重新设定，重复上述操作；
36.步骤s3举例说明：储能电站直流系统电压u
xt
、储能系统充放电倍率c、单台pcs额定功率pi、单台变压器对应pcs数量m1、所连接的变压器容量s
tbi
、所连接的电池舱安装容量s
bati
、与电池匹配后储能电站有功功率p2、电池主动超配比率最低设定值η
b0
、电池主动超配比率最高设定值η
b0'
、pcs主动超配比率最低设定值η
p0
、pcs主动超配比率最高设定值η
p0'
，示例中共罗列6个方案，以第5个方案为例说明，在第二输入包中依次设置为1500v、0.5、1.5mw、2、3.15mva、6.71mva、15％、20％、7％、20％；输出结果电池主动超配比率最低安装容量值s
bat1
＝p0/c*(1+η
b0
)为642mwh，电池主动超配比率最低电池舱体安装计算套数m2＝roundup(s
bat1
/s
bati
,0)为96套、电池主动超配比率最低电池舱体安装选择套数m3＝if(int(m2/2)＝m2/2,m2,m2+1)为96套，与电池匹配后储能电站有功功率p2＝m3*pi*m1*c*(round(s
bati
/s
tbi
,0))＝288mw，与无功、电池匹配后储能电站有功功率p3＝max(p1、p2)为324.14mw，与无功、电池匹配后pcs安装计算台数m4＝roundup(p3/pi,0)为217台，与无功、电池匹配后pcs及升压一体舱安装计算套数m5＝roundup(m4/m1,0)为109套，与无功、电池匹配后pcs及升压一体舱安装选择套数m6＝if(int(m5/2)＝m5/2,m5,m5+1)为110套，与pcs匹配后电池实际安装容量值s
bat2
＝m6*round(s
bati
/s
tbi
/c,0)*s
bati
为738.02mwh，与无功、电池、设备匹配后储能电站有功功率p4＝m6*m
1*
pi为330mw、电池主动超配比率实际计算值η
b2
＝(s
bat2
/p0/c-1)*100％为23.00％，pcs主动超配比率实际计算值η
p2
＝(p4/p
0-1)*100％为10.00％。通过步骤s3，可以判别输出结果η
b2
23.00％满足大于等于电池主动超配比率最低设定值η
b0
且小于等于电池主动超配比率最高设定值η
b0'
，η
p2
是否满足大于等于电池主动超配比率最低设定值η
p0
15％，但不满足小于等于电池主动超配比率最高设定值η
p0
20％，系统匹配电池主动超配计算判别结果为不匹配，判别输出结果η
p2
10.00％满足大于等于pcs主动超配比率最低设定值η
p0
7％且小于等于pcs主动超配比率最高设定值η
p0'
20％，系统匹配pcs主动超配计算判别结果为匹配，由于系统匹配电池、pcs主动超配计算判别结果有一项或两项为不匹配，系统匹配计算总判别结果为不匹配，对第二输入包参数参数进行校验重新设定，重复上述操作，直至系统匹配计算总判别结果为匹配，转入优化匹配计算；
37.请参阅图5所示，本发明一实施例中，优化匹配计算，定义第三输入包，要素包含满足系统匹配判别后的电池主动超配比率实际计算值、满足系统匹配判别后pcs主动超配比率实际计算值、电池系统单价、pcs系统单价，输出结果为满足系统匹配判别后电池实际安装容量值、满足系统匹配判别后储能电站有功功率、储能系统设备价格。判别输出结果储能系统设备价格最小值为最优方案，若不满足，转无功匹配计算，对第一输入包参数参数进行校验重新设定，重复上述操作；
38.若满足输出结果仅为唯一，结束流程。
39.步骤s4举例说明：电池系统单价a1、pcs系统单价a2，示例中共罗列6个方案，在第三输入包中分别按1000v风冷、1500v液冷设置为1.5、0.22和1.6、0.2，输出结果满足系统匹配判别后的电池主动超配比率实际计算值η
b3
＝if(步骤2系统匹配电池主动超配计算判别结果＝"不匹配","不满足",η
b2
)，对应6个示例方案η
p3
依次为：不满足、16.01％、7.35％、7.35％、不满足、不满足，满足系统匹配判别后的pcs主动超配比率实际计算值η
p3
＝if(步骤2系统匹配pcs主动超配计算判别结果＝"不匹配","不满足",η
p2
)，对应6个示例方案η
p3
依次为：9.33％、14.24％、15.20％、20.00％、10.00％、8.10％，满足系统匹配判别后电池实际安装容量值s
bat2
＝if(η
b3
＝"不满足","不满足",p0/c*(1+η
b2
))，706.28、644.09、644.09mwh，对应6个示例方案s
bat2
依次为：不满足、696.04、644.09、644.09、不满足、不满足，满足系统匹配判别后储能电站有功功率p4＝if(η
p3
＝"不满足","不满足",p0*(1+η
p2
))，对应6个示例方案p4依次为：328.00、347.72、345.60、360.00、330.00mw，储能系统主要设备价格b＝if(or(s
bat2
＝"不满足",p4＝"不满足"),"不满足",s
bat2
*a1/100+p4*a1/100),对应6个示例方案b依次为：不满足、11.19、11.00、11.03亿元、不满足、不满足。判别输出结果b中最小值为最优方案，若存在两个均为最小值，则对第一输入包参数参数进行校验重新设定，重复上述操作，若满足，此时输出结果仅为唯一，结束流程。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。