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CN113346563B - 一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法 - Google Patents

一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法 Download PDF

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CN113346563B
CN113346563B CN202110677202.XA CN202110677202A CN113346563B CN 113346563 B CN113346563 B CN 113346563B CN 202110677202 A CN202110677202 A CN 202110677202A CN 113346563 B CN113346563 B CN 113346563B
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Abstract

本发明涉及一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，包括如下步骤：步骤1、获取静态数据与运行数据，计算每个VSC的可用转供能力系数，选择其中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度；步骤2、求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量；步骤3、判断直流母线中有无可调节负荷时，根据对应的情况，对各VSC进行协调控制：当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调；当直流母线有可调节负荷时，根据直流母线电压调整直流制氢负荷。本发明的方法有利于风光储氢交直流混联配电系统的运行控制与能量管理，能有效应对交流系统故障等异常情况。

Description

一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法。
背景技术
在我国北方高寒地区如河北张家口、辽宁葫芦岛等地，太阳能与风能等可再生能源分布广泛、资源丰富，与此同时在常态化的低温环境下，氢燃料汽车、氢能公共交通的续时里程长、低能耗等独特技术优势日益凸显，逐步成为高寒、高海拔城市中新能源绿色交通产业的重要载体和关键环节。风光互补发电制氢-储氢-用氢的综合系统将氢能与可再生能源有机融合、以低成本制氢作为支撑，能够提升对可再生能源的充分消纳、有效减少限风弃光等现象,同时通过多能互补可以显著增强整体的经济性。风/光互补制氢技术成为清洁能源转型和培育经济新增长点的重要方向之一。
图1描述了风光储氢交直流混联配电系统的典型结构，其中单个交流系统AC通过电压源型换流站(voltage-source converter,VSC)与直流网络互联，其中，VSC1,…,VSC2,…,VSCn的交流侧分别接入AC1,…,AC2,…,ACn，与此同时，VSC1,…,VSC2,…,VSCn的直流侧经直流线路接入直流母线。直流网络可集成光伏发电、风力发电、储能装置、以及制氢负载等，当设备的直流电压与直流母线电压等级不匹配时，可以配置相应的DC/DC变换器进行适配。
风光储氢交直流混联配电运行时，可能出现部分交流系统故障或者检修等情况，当某一交流系统发生故障时，其接入的VSC将切换成交流恒频恒压控制策略，这种情况发生时如果该VSC为主站(即采用定直流电压控制策略)时，它将无法再继续支撑直流电压，从而导致系统无法正常工作。因此需要协调其他各VSC调整控制策略与运行点，来确保可再生能源互补平稳制氢。基于此，本发明提出一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法。
风光储氢交直流混联配电系统可能出现交流系统故障等异常情况，特别是当主站VSC所接入的交流系统发生故障时，其将切换成为交流恒频恒压控制策略，无法继续采用定直流电压控制策略来有效支撑直流电压，这也将导致系统出现异常状态。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，快速选取新的主站以建立直流网络电压，并调整剩余各VSC的运行点，来确保可再生能源的互补平稳制氢和系统优化运行。
本发明的技术方案为：一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，包括如下步骤：
步骤1、获取静态数据与运行数据，计算每个VSC的可用转供能力系数，选择其中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度；
步骤2、求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量；
步骤3、判断直流母线中有无可调节负荷时，根据对应的情况，对各VSC进行协调控制：当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调；当直流母线有可调节负荷时，根据直流母线电压调整直流制氢负荷；
进一步的，所述步骤1获取静态数据与运行数据，具体包括：
获取VSC1额定容量Sr,1，VSCn额定容量Sr,n，VSCN额定容量Sr,N；N为VSC的总数量，n为1至N中的任一整数。
获取VSC1所接入交流系统的变压器额定容量ST,1，VSCn所接入交流系统的变压器额定容量ST,n，VSCN所接入交流系统的变压器额定容量ST,N；
获取当前运行时刻的VSC1有功功率P1，当前运行时刻的VSC1无功功率Q1，当前运行时刻的VSCn有功功率Pn，当前运行时刻的VSCn无功功率Qn，当前运行时刻的VSCN有功功率PN，当前运行时刻的VSCN无功功率QN；
获取当前运行时刻的VSC1所接入交流系统的负荷有功功率Pac,1，获取当前运行时刻的VSC1所接入交流系统的负荷无功功率Qac,1；获取当前运行时刻的VSCn所接入交流系统的负荷有功功率Pac,n，获取当前运行时刻的VSCn所接入交流系统的负荷无功功率Qac,n；获取当前运行时刻的VSCN所接入交流系统的负荷有功功率Pac,N，获取当前运行时刻的VSCN所接入交流系统的负荷无功功率Qac,N。
进一步的，所述步骤1中计算每个VSC的可用转供能力系数具体包括：计算第n个VSC的可用转供能力系数An：
A1＝((P1+Pac,1)2+(Q1+Qac,1)2)/(ST,1)2+(1-P1/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((P1)2+
(Q1)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
A1＝sqrt(A1)
An＝((Pn+Pac,n)2+(Qn+Qac,n)2)/(ST,n)2+(1-Pn/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((Pn)2+
(Qn)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
An＝sqrt(An)
AN＝((PN+Pac,N)2+(QN+Qac,N)2)/(ST,N)2+(1-PN/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((PN)2+
(QN)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
AN＝sqrt(AN)
选择A1…An…AN中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度。
进一步的，所述步骤2、求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量，均衡因子B如下计算：
B＝((P1+Pac,1)2+(Q1+Qac,1)2+…+(Pn+Pac,n)2+(Qn+Qac,n)2+…+(PN+Pac,N)2+(QN+
Qac,N)2)/((ST,1)2+…+(ST,n)2+…+(ST,N)2)
B＝sqrt(B)
第n个VSC的功率增量为：
ΔPn＝sqrt((ST,nB)2-(Qn+Qac,n)2)-Pac,n-Pn
其中n不等于m。
进一步的，所述步骤3、当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调：
第n个VSC的功率增量为ΔPn，其中n不等于m，当(Pn+ΔPn)2+(Qn)2>(Sr,n)2时，
ΔPn＝sqrt((Sr,n)2-(Pn)2-(Qn)2)-Pn。
进一步的，所述步骤3、当直流母线有可调节负荷时，
判断如果直流母线电压U>UH：则增加直流制氢负荷为：
min{min(ΔP1,…ΔPn,…ΔPN)(N-1),sqrt((Sr,m)2-(Pm)2-(Qm)2)-Pm,Pf,max}
判断如果直流母线电压U<UL：则减少直流制氢负荷为：
min{|max(ΔP1,…ΔPn,…ΔPN)(N-1)|,Pm,Pf,max}
其中UH为直流母线电压的上限值，UL为直流母线电压的下限值，Pf,max为可调节负荷极值。
有益效果：
(1)本发明提出风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，可以有效弥补现有缺陷，有利于风光储氢交直流混联配电系统的运行控制与能量管理，有效应对交流系统故障等异常情况，应用前景广阔。
(2)本发明提出的方法主要结合了VSC的功率调节和制氢负荷的功率调节，大大提高了能量利用效率。
附图说明
图1为风光储氢交直流混联配电系统示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，提出一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤1、获取静态数据与运行数据，计算每个VSC的可用转供能力系数，选择其中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度；
步骤2、求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量；
步骤3、判断直流母线中有无可调节负荷时，根据对应的情况，对各VSC进行协调控制：当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调；当直流母线有可调节负荷时，根据直流母线电压调整直流制氢负荷。
具体的，各步骤如下：
步骤1，获取静态数据与运行数据，计算每个VSC的可用转供能力系数，选择其中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度。具体包括：
获取VSC1额定容量Sr,1，VSCn额定容量Sr,n，VSCN额定容量Sr,N；N为VSC的总数量，n为1至N中的任一整数。
获取VSC1所接入交流系统的变压器额定容量ST,1，VSCn所接入交流系统的变压器额定容量ST,n，VSCN所接入交流系统的变压器额定容量ST,N；
获取当前运行时刻的VSC1有功功率P1，当前运行时刻的VSC1无功功率Q1，当前运行时刻的VSCn有功功率Pn，当前运行时刻的VSCn无功功率Qn，当前运行时刻的VSCN有功功率PN，当前运行时刻的VSCN无功功率QN；
获取当前运行时刻的VSC1所接入交流系统的负荷有功功率Pac,1，获取当前运行时刻的VSC1所接入交流系统的负荷无功功率Qac,1；获取当前运行时刻的VSCn所接入交流系统的负荷有功功率Pac,n，获取当前运行时刻的VSCn所接入交流系统的负荷无功功率Qac,n；获取当前运行时刻的VSCN所接入交流系统的负荷有功功率Pac,N，获取当前运行时刻的VSCN所接入交流系统的负荷无功功率Qac,N；
计算第n个VSC的可用转供能力系数An：
A1＝((P1+Pac,1)2+(Q1+Qac,1)2)/(ST,1)2+(1-P1/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((P1)2+
(Q1)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
A1＝sqrt(A1)
An＝((Pn+Pac,n)2+(Qn+Qac,n)2)/(ST,n)2+(1-Pn/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((Pn)2+
(Qn)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
An＝sqrt(An)
AN＝((PN+Pac,N)2+(QN+Qac,N)2)/(ST,N)2+(1-PN/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((PN)2+
(QN)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
AN＝sqrt(AN)
选择A1…An…AN中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压。其余各VSC则作为从站，接收功率调度。
步骤2求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量，均衡因子B如下计算：
B＝((P1+Pac,1)2+(Q1+Qac,1)2+…+(Pn+Pac,n)2+(Qn+Qac,n)2+…+(PN+Pac,N)2+(QN+
Qac,N)2)/((ST,1)2+…+(ST,n)2+…+(ST,N)2)
B＝sqrt(B)
第n个VSC(n不等于m)的功率增量：
ΔPn＝sqrt((ST,nB)2-(Qn+Qac,n)2)-Pac,n-Pn
判断直流母线中有无可调节负荷时，根据对应的情况，对各VSC进行协调控制：
当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调；当直流母线有可调节负荷时，根据直流母线电压调整直流制氢负荷。具体的：
步骤3当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调：
第n个VSC(n不等于m)的功率增量为ΔPn，当(Pn+ΔPn)2+(Qn)2>(Sr,n)2时，
ΔPn＝sqrt((Sr,n)2-(Pn)2-(Qn)2)-Pn
步骤4当直流母线有可调节负荷时，
4.1判断如果直流母线电压U>UH：则增加直流制氢负荷为：
min{min(ΔP1,…ΔPn,…ΔPN)(N-1),sqrt((Sr,m)2-(Pm)2-(Qm)2)-Pm,Pf,max}
4.2判断如果直流母线电压U<UL：则减少直流制氢负荷为：
min{|max(ΔP1,…ΔPn,…ΔPN)(N-1)|,Pm,Pf,max}
其中UH为直流母线电压的上限值，UL为直流母线电压的下限值，Pf,max为可调节负荷极值。
相比现有技术，本发明提出的方法主要结合了VSC的功率调节和制氢负荷的功率调节，大大提高了能量利用效率。
风/光互补制氢技术成为清洁能源转型和培育经济新增长点的重要方向之一。本发明提出风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，可以有效弥补现有缺陷，有利于风光储氢交直流混联配电系统的运行控制与能量管理，有效应对交流系统故障等异常情况，应用前景广阔。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、获取静态数据与运行数据，计算每个VSC的可用转供能力系数，选择其中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度；
步骤2、求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量；
步骤3、判断直流母线中有无可调节负荷时，根据对应的情况，对各VSC进行协调控制：当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调；当直流母线有可调节负荷时，根据直流母线电压调整直流制氢负荷；
所述步骤1获取静态数据与运行数据，具体包括：
获取VSC1额定容量Sr,1，VSCn额定容量Sr,n，VSCN额定容量Sr,N；N为VSC的总数量，n为1至N中的任一整数；
获取VSC1所接入交流系统的变压器额定容量ST,1，VSCn所接入交流系统的变压器额定容量ST,n，VSCN所接入交流系统的变压器额定容量ST,N；
获取当前运行时刻的VSC1有功功率P1，当前运行时刻的VSC1无功功率Q1，当前运行时刻的VSCn有功功率Pn，当前运行时刻的VSCn无功功率Qn，当前运行时刻的VSCN有功功率PN,当前运行时刻的VSCN无功功率QN；
获取当前运行时刻的VSC1所接入交流系统的负荷有功功率Pac,1，获取当前运行时刻的VSC1所接入交流系统的负荷无功功率Qac,1；获取当前运行时刻的VSCn所接入交流系统的负荷有功功率Pac,n，获取当前运行时刻的VSCn所接入交流系统的负荷无功功率Qac,n；获取当前运行时刻的VSCN所接入交流系统的负荷有功功率Pac,N，获取当前运行时刻的VSCN所接入交流系统的负荷无功功率Qac,N；
所述步骤1中计算每个VSC的可用转供能力系数具体包括：计算第n个VSC的可用转供能力系数An：
A1＝((P1+Pac,1)2+(Q1+Qac,1)2)/(ST,1)2+(1-P1/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((P1)2+
(Q1)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
A1:＝sqrt(A1)
其中:＝为赋值运算，sqrt为开方运算；
An＝((Pn+Pac,n)2+(Qn+Qac,n)2)/(ST,n)2+(1-Pn/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((Pn)2+
(Qn)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
An:＝sqrt(An)
AN＝((PN+Pac,N)2+(QN+Qac,N)2)/(ST,N)2+(1-PN/max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2+((PN)2+
(QN)2)/(max(Sr,1…Sr,n…Sr,N))2
AN:＝sqrt(AN)
选择A1…An…AN中数值最小的数值，其对应的下标假定为m，则VSCm作为主控VSC，建立直流网络电压；其余各VSC则作为从站，接收功率调度；
所述步骤2求解均衡因子，基于均衡因子，确定其余各VSC的功率增量，均衡因子B如下计算：
B＝((P1+Pac,1)2+(Q1+Qac,1)2+…+(Pn+Pac,n)2+(Qn+Qac,n)2+…+(PN+Pac,N)2+(QN+
Qac,N)2)/((ST,1)2+…+(ST,n)2+…+(ST,N)2)
B:＝sqrt(B)
第n个VSC的功率增量为：
ΔPn＝sqrt((ST,nB)2-(Qn+Qac,n)2)-Pac,n-Pn
其中n不等于m。
2.根据权利要求1所述的一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，其特征在于，所述步骤3当直流母线中无可调节负荷时，各VSC进行微调：
第n个VSC的功率增量为ΔPn，其中n不等于m，当(Pn+ΔPn)2+(Qn)2>(Sr,n)2时，
ΔPn＝sqrt((Sr,n)2-(Pn)2-(Qn)2)-Pn。
3.根据权利要求1所述的一种风光储氢交直流混联配电能量路由控制方法，其特征在于，所述步骤3当直流母线有可调节负荷时，
判断如果直流母线电压U>UH：则增加直流制氢负荷为：
min{min(ΔP1,…ΔPn,…ΔPN)(N-1),sqrt((Sr,m)2-(Pm)2-(Qm)2)-Pm,Pf,max}
判断如果直流母线电压U<UL：则减少直流制氢负荷为：
min{|max(ΔP1,…ΔPn,…ΔPN)(N-1)|,Pm,Pf,max}
其中UH为直流母线电压的上限值，UL为直流母线电压的下限值，Pf,max为可调节负荷极值。
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