1.本发明涉及电力系统控制技术，尤其涉及一种基于智能储能装置的电网动态增容控制方法。
背景技术：2.随着经济发展和社会进步，城乡生产以及民生用电量也在逐年攀升，且用电需求呈多元化趋势，用户对于供电质量的要求越来越高。对于快速充电桩、季节性扬泵等间歇性大功率负荷，若直接增加变压器容量甚至新增变压器投入，这不仅增加了配电网建设成本，同时也使得配变、线路设备利用率降低，增加网损率，导致供电成本进一步增加。
3.城市地区发展迅速，对城区杆上变的建设制约也越来越多，一些临街的地区已无法新立配变。同时，很多农村地区网架结构薄弱，电力供应的保障仍是突出问题，部分台区已不具备新立配变的客观条件，而目前大部分农网全年用电负载率低，峰值用电具有时段性或季节性，特定时期内尖峰负荷突出，时常造成台区配电变压器过载情况，可能导致部分地区失电，影响农村地区人民正常的生产生活。
4.如何解决配电变压器重过载运行，避免设备事故发生，提高供电质量、供电可靠率和优质服务水平显得尤为重要。
5.经过长时间的研究发现，传统改善电压偏低的手段如变压器扩容或加装无功补偿装置，具有资产利用率低、或在用电高峰时段后台区又出现过电压问题。因此采取储能装置，实现配变灵活增容，在用电高峰期向台区用户辅助提供所需有功和无功，实现城区、农网台区电压的灵活调节，是一种解决思路。
技术实现要素：6.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于智能储能装置的电网动态增容控制方法。
7.为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
8.一种基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，包括步骤：
9.(1)基于城区、农网台区供电质量现状调研，分析高峰负荷典型场景，建立进行电网动态增容的智能储能装置的选址定容模型；
10.(2)研究不同高峰负荷场景下，利用智能储能装置进行电网动态增容的选址定容的最优储能配置方案；
11.(3)根据不同高峰负荷情况下的最优选址定容配置方案，进行智能储能装置的安装配置使用；
12.(4)进行运行时智能储能装置的优化控制，获得最优系统充放电策略，实现配网储能装置利用最大化；
13.(5)根据最优系统充放电策略对各智能储能装置进行控制，智能储能装置的中央监控单元接收控制指令进行实时动态增容控制。
14.进一步地，智能储能装置包括储能运行管理单元、中央监控单元和功率变换单元，储能运行管理单元包括电池组和电池管理系统；电池组连接功率变换单元，由电池管理系统管理；
15.智能储能装置以并联方式接入配电台区主线，中央监控单元控制功率变换单元的运行状态与配电台区进行能量交换。
16.进一步地，所述步骤(1)包括：
17.(1.1)调研城区、农网台区供电质量现状，收集数据进行不同高峰负荷的典型场景分析；
18.(1.2)以线路有功损耗、电压偏移及储能容量最小为目标函数，以潮流平衡、网络功率平衡、系统运行平衡、节点电压为约束，建立智能储能装置的选址定容模型。
19.进一步地，目标函数为：
[0020][0021][0022][0023]
式中：δp
loss
为系统的有功损耗；σ、μ为因电压、储能容量及损耗单位不统一引入的比例系数；x
bus
为第bus个节点是否接入储能，1表示接入，0表示不接入；p
line
为系统注入有功功率；为接入系统的第m个分布式储能装置的容量；为节点bus的有功负荷大小；δu为电压偏移量；v
bus
为系统节点电压大小；为系统额定电压；为电压偏移最大值。
[0024]
进一步地，所述步骤(2)中，最优储能配置方法包括：
[0025]
对全年的日负荷曲线进行统计分析，得到春秋、夏、冬三类典型日负荷曲线和各典型日持续时间；将需求弹性系数区间数代入需求响应不确定模型中，求得各典型日的响应偏差区间数；对各典型日响应偏差区间数进行n次蒙特卡洛抽样，将储能优化配置模型转化为混合整数规划问题，使用matlab软件编程计算，在yalmip工具箱中调用cplex求解器对优化模型进行求解，得到最优储能配置方案。
[0026]
进一步地，所述步骤(3)中，运行时智能储能装置的优化控制方法为：
[0027]
以储能装置经济性最优为目标，设定模型参数约束条件，通过对比筛选采用最优算法对系统配置及充放电策略进行双层优化计算，进行储能装置计算建模，获取削峰填谷、削峰填谷+需量调节两种模式下的最优系统充放电策略。
[0028]
进一步地，步骤(5)中，智能储能装置的中央监控单元根据最优系统充放电策略进行实时动态增容控制：
[0029]
利用开口式电流互感器采集配网线路负荷电流，计算负荷功率判断台区配电变压器是否过载；当负荷功率大于放电设定值，中央监控单元给功率变换单元下发放电电流指令，以补偿过载部分的功率；当负荷功率小于充电设定值，中央监控单元给功率变换单元下发充电电流指令，以补偿装置的电量。
[0030]
进一步地，当检测到负载功率p
l
大于r1倍变压器容量p
t
，且储能电池soc大于p1时，根据p
放
＝min{(p
l-r1gp
t
)，p
最大可放
}计算储能电池可以放电的有功功率p
放
，下发相应控制指令给功率变换单元，控制储能电池经功率变换单元为电网供电。其中p
l-r1gp
t
为需要补偿的有功功率，p
最大可放
为储能电池最大放电功率。
[0031]
进一步地，当检测到负载功率p
l
小于r2倍变压器容量p
t
，且电池soc小于p2时，根据p
充
＝min{(r2gp
t-p
l
)，p
最大可放
}计算储能电池可以充电的有功功率p
充
，下发相应控制指令给功率变换单元，控制电网经功率变换单元为储能电池充电；其中p
最大可充
为储能电池最大充电功率。
[0032]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明能够实现“削峰填谷”，降低负荷高峰时线路上的电流，减少电网损耗，减少用电高峰负荷对电网和变压器的冲击，提高供电可靠性和电能质量。
[0033]
动态增容可缓解配电网季节性配电变压器过载及低电压问题，同时满足配电网不停电作业、应急保电、临时供电等电源要求，具有“可移动、大容量、低噪音、节能减排、绿色环保”的特点。
附图说明
[0034]
图1是智能储能装置示意图；
[0035]
图2是基于智能储能装置的电网动态增容控制方法流程图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0037]
如图1所示，智能储能装置以电池为电能载体，以中央监控单元为控制核心，通过控制功率变换单元的运行状态与外界进行能量交换。电池组连接功率变换单元，由电池管理系统管理连接。
[0038]
智能储能装置以并联方式接入配电台区主线，对过载配电变压器进行功率补偿，同时可缓解由配电变压器过载引发的线路低电压问题。通过检测台区负荷电流，控制装置充放电。
[0039]
智能储能装置包括储能运行管理单元、中央监控单元和功率变换单元，储能运行管理单元包括电池组和电池管理系统。
[0040]
利用开口式电流互感器采集配网线路负荷电流，计算负荷功率判断台区配电变压器是否过载。当负荷功率大于放电设定值，中央监控单元给功率变换单元下发放电电流指令，以补偿过载部分的功率，降低配电变压器承担的功率。当负荷功率小于充电设定值，中央监控单元给功率变换单元下发充电电流指令，以补偿装置的电量。
[0041]
中央监控单元对电池的电流保护、电压保护、温度等保护均采用了三级保护机制。根据bms上传的告警信息，对功率变换单元进行控制。一级报警发生时，中央监控单元控制功率变换单元降功率运行；二级报警发生时，中央监控单元控制功率变换单元停止进行充电或放电；三级报警发生时，中央监控单元下发并网断路器跳闸命令，bms延时后主动断开继电器。
[0042]
如图2所示，基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，包括步骤：
[0043]
(1)基于城区、农网台区供电质量现状调研，分析各种高峰负荷场景，进行典型场景划分，建立进行电网动态增容的智能储能装置的选址定容模型；
[0044]
调研城区、农网台区供电质量现状，对收集到的数据进行不同高峰负荷的典型场景分析，为搭建储能装置的选址定容仿真模型提供数据分析基础。
[0045]
鉴于配电网负荷变动大，配电变压器重载、线损严重及电压偏低等问题经常出现，在系统中接入储能装置调节上述问题，以线路有功损耗、电压偏移及储能容量最小为目标函数，以潮流平衡、系统运行平衡等为约束，建立智能储能装置的选址定容模型。目标函数为：
[0046][0047][0048][0049]
式中：δp
loss
为系统的有功损耗，kw；σ、μ为因电压、储能容量及损耗单位不统一引入的比例系数；x
bus
为第bus个节点是否接入储能，1表示接入，0表示不接入；p
line
为系统注入有功功率，kw；为接入系统的第m个分布式储能装置的容量，kw，放电为正，充电为负；为节点bus的有功负荷大小，kw；δu为电压偏移量；v
bus
为系统节点电压大小；为系统额定电压；为电压偏移最大值。
[0050]
模型的约束条件包括等式约束与不等式约束。等式约束包括潮流平衡约束、网络的功率平衡约束及储能系统能量平衡约束；不等约束包括电压约束等。
[0051]
潮流平衡约束
[0052][0053][0054]
式中：δp
bus
，δq
bus
分别表示节点bus的有功与无功不平衡量；分别表示接入的储能装置的有功与无功容量；分别表示节点bus的有功与无功负载大小；分别表示节点有功与无功注入功率。
[0055]
网络功率平衡约束
[0056]
∑p
all
＝∑p
load
+∑p
loss
[0057]
式中：p
all
表示节点注入有功功率，kw；p
load
表示总的有功负荷值，kw；p
loss
表示系统损耗值，kw。
[0058]
储能系统运行平衡约束
[0059]
[0060]
式中：表示对应时段s的充能充放电功率，对于全部仿真阶段内，储能系统充与放电量维持平衡。
[0061]
节点电压约束
[0062]umin
≤ui≤u
max
[0063]
δ
min
≤δi≤δ
max
[0064]
式中：u
min
、u
max
分别为允许节点电压ui的下限与上限；δ
min
、δ
max
分别为允许的节点电压δi的相角下限与上限。
[0065]
(2)研究不同负荷场景下，利用智能储能装置进行电网动态增容的选址定容的最优储能配置方案；
[0066]
分析储能装置选址定容仿真模型，在满足高峰负荷时用户电压质量及网损最优的前提下，对电源配置点和配置容量进行优化配置研究，得到最优储能配置。
[0067]
对全年的日负荷曲线进行统计分析，得到春秋、夏、冬三类典型日负荷曲线和各典型日持续时间；将需求弹性系数区间数代入需求响应不确定模型中，求得各典型日的响应偏差区间数；对各典型日响应偏差区间数进行n次蒙特卡洛抽样，将储能优化配置模型转化为混合整数规划问题，使用matlab软件编程计算，在yalmip工具箱中调用cplex求解器对优化模型进行求解，得到最优储能配置方案。
[0068]
(3)根据不同高峰时段负荷情况下的最优选址定容配置方案，进行智能储能装置的安装配置使用；
[0069]
(4)进行运行时智能储能装置的优化控制，获得最优系统充放电策略，实现配网储能装置利用最大化；
[0070]
由于储能系统的容量和功率有限，可存储和释放的能量受电池soc限制，通过优化控制储能的充放电时间和功率，使得储能装置合理的充放电，在负荷高峰时段释放低谷时段存储的电能，从而将台区配电变压器的高峰负荷降至重载以下，解决间接性负荷过高导致的配变过载。
[0071]
采集分布式智能储能装置的运行状态、充电状态和配电网运行数据等进行分析，并对电池组荷电状态soc的进行策略优化，实现储能装置高效合理的充放电、并网管理，解决间歇性时段负荷过高、变压器增容困难等问题。
[0072]
综合考虑储能装置具备的平滑输出功率、辅助系统调峰及快速功率补偿等功能，以储能装置经济性最优为目标，设定模型参数约束条件，同时考虑地区补贴政策，通过对比筛选采用最优算法对系统配置(系统额定容量及额定充放电功率)及充放电策略进行双层优化计算，进行储能装置计算建模，获取削峰填谷、削峰填谷+需量调节两种模式下的最优系统充放电策略。
[0073]
(5)根据最优系统充放电策略对各智能储能装置进行控制，智能储能装置的中央监控单元接收控制指令进行实时动态增容控制。
[0074]
智能储能装置的中央监控单元根据最优系统充放电策略给出的有功功率计划曲线按时间段执行有功功率的分配。当前程序默认有功功率计划曲线为5min一个有功功率值，一天共计288点。程序间隔1s读取一次历史库中有功功率计划曲线值，根据当前系统时间决定使用哪一点的值进行有功功率计算。举例说明：如当前时间为11：13，则会寻找11：10
的计划曲线值，当时间到达11：15后，则会寻找11：15的计划曲线值，依此类推。
[0075]
当检测到负载功率p
l
大于r1倍变压器容量p
t
，且储能电池soc大于p1时，根据p
放
＝min{(p
l-r1gp
t
)，p
最大可放
}计算储能电池可以放电的有功功率p
放
，下发相应控制指令给功率变换单元，控制储能电池经功率变换单元为电网供电。其中p
l-r1gp
t
为需要补偿的有功功率，p
最大可放
为储能电池最大放电功率。
[0076]
当检测到负载功率p
l
小于r2倍变压器容量p
t
，且电池soc小于p2时，根据p
充
＝min{(r2gp
t-p
l
)，p
最大可放
}计算储能电池可以充电的有功功率p
充
，下发相应控制指令给功率变换单元，控制电网经功率变换单元为储能电池充电；其中p
最大可充
为储能电池最大充电功率。
[0077]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，储能装置在负荷高峰时释放电能以实现在不增加系统出力的情况下补偿电能，这样当负荷增长超过配电线路负载能力时，电网不必进行大规模的线路改造。此外，大容量电池储能装置也具备降低网损的功能，由于储能装置可以在台区用电低谷时作为负荷储存电能，在用户用电高峰时作为电源释放电能，能够实现“削峰填谷”，降低负荷高峰时线路上的电流，减少电网损耗。
[0078]
动态增容可缓解配电网季节性配电变压器过载及低电压问题，同时满足配电网不停电作业、应急保电、临时供电等电源要求，具有“可移动、大容量、低噪音、节能减排、绿色环保”的特点。
[0079]
储能系统在智能电网发、输、变、配、用电各个环节得到广泛应用。接入发电环节能够提高风、光发电的安全并网运行能力；接入输电侧可以有效利用电能，提升输电效率，减少输电成本；接入变电、配电、用电侧可以削峰填谷、均衡负荷，减小电网供电峰谷差。
[0080]
为防止电力系统的重要用户在电网故障或停电时的经济损失，通过配置一定容量的储能系统作为应急电源或不间断电源，可有效提高供电可靠性。另外，储能系统可实现高效快速地有功和无功控制，快速响应系统扰动，调整频率与电压，补偿负荷波动，提高系统运行稳定性，改善电能质量。
[0081]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，包括步骤：(1)基于城区、农网台区供电质量现状调研，分析高峰负荷典型场景，建立进行电网动态增容的智能储能装置的选址定容模型；(2)研究不同高峰负荷场景下，利用智能储能装置进行电网动态增容的选址定容的最优储能配置方案；(3)根据不同高峰负荷情况下的最优选址定容配置方案，进行智能储能装置的安装配置使用；(4)进行运行时智能储能装置的优化控制，获得最优系统充放电策略，实现配网储能装置利用最大化；(5)根据最优系统充放电策略对各智能储能装置进行控制，智能储能装置的中央监控单元接收控制指令进行实时动态增容控制。2.根据权利要求1所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，智能储能装置包括储能运行管理单元、中央监控单元和功率变换单元，储能运行管理单元包括电池组和电池管理系统；电池组连接功率变换单元，由电池管理系统管理；智能储能装置以并联方式接入配电台区主线，中央监控单元控制功率变换单元的运行状态与配电台区进行能量交换。3.根据权利要求1所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：(1.1)调研城区、农网台区供电质量现状，收集数据进行不同高峰负荷的典型场景分析；(1.2)以线路有功损耗、电压偏移及储能容量最小为目标函数，以潮流平衡、网络功率平衡、系统运行平衡、节点电压为约束，建立智能储能装置的选址定容模型。4.根据权利要求3所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，目标函数为：目标函数为：目标函数为：式中：δp
loss
为系统的有功损耗；σ、μ为因电压、储能容量及损耗单位不统一引入的比例系数；x
bus
为第bus个节点是否接入储能，1表示接入，0表示不接入；p
line
为系统注入有功功率；为接入系统的第m个分布式储能装置的容量；为节点bus的有功负荷大小；δu为电压偏移量；v
bus
为系统节点电压大小；为系统额定电压；为电压偏移最大值。5.根据权利要求1所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，最优储能配置方法包括：对全年的日负荷曲线进行统计分析，得到春秋、夏、冬三类典型日负荷曲线和各典型日持续时间；将需求弹性系数区间数代入需求响应不确定模型中，求得各典型日的响应偏差
区间数；对各典型日响应偏差区间数进行n次蒙特卡洛抽样，将储能优化配置模型转化为混合整数规划问题，使用matlab软件编程计算，在yalmip工具箱中调用cplex求解器对优化模型进行求解，得到最优储能配置方案。6.根据权利要求1所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，运行时智能储能装置的优化控制方法为：以储能装置经济性最优为目标，设定模型参数约束条件，通过对比筛选采用最优算法对系统配置及充放电策略进行双层优化计算，进行储能装置计算建模，获取削峰填谷、削峰填谷+需量调节两种模式下的最优系统充放电策略。7.根据权利要求1所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，步骤(5)中，智能储能装置的中央监控单元根据最优系统充放电策略进行实时动态增容控制：利用开口式电流互感器采集配网线路负荷电流，计算负荷功率判断台区配电变压器是否过载；当负荷功率大于放电设定值，中央监控单元给功率变换单元下发放电电流指令，以补偿过载部分的功率；当负荷功率小于充电设定值，中央监控单元给功率变换单元下发充电电流指令，以补偿装置的电量。8.根据权利要求7所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，当检测到负载功率p
l
大于r1倍变压器容量p
t
，且储能电池soc大于p1时，根据p
放
＝min{(p
l-r1gp
t
)，p
最大可放
}计算储能电池可以放电的有功功率p
放
，下发相应控制指令给功率变换单元，控制储能电池经功率变换单元为电网供电。其中p
l-r1gp
t
为需要补偿的有功功率，p
最大可放
为储能电池最大放电功率。9.根据权利要求7所述的基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，其特征在于，当检测到负载功率p
l
小于r2倍变压器容量p
t
，且电池soc小于p2时，根据p
充
＝min{(r2gp
t-p
l
)，p
最大可放
}计算储能电池可以充电的有功功率p
充
，下发相应控制指令给功率变换单元，控制电网经功率变换单元为储能电池充电；其中p
最大可充
为储能电池最大充电功率。
技术总结本发明公开了一种基于智能储能装置的电网动态增容控制方法，基于城区、农网台区供电质量现状调研，分析高峰负荷典型场景，建立进行电网动态增容的智能储能装置的选址定容模型；研究不同高峰负荷场景下的最优储能配置方案；根据不同高峰负荷情况下的最优选址定容配置方案，进行智能储能装置的安装配置使用；进行运行时智能储能装置的优化控制，获得最优系统充放电策略，实现配网储能装置利用最大化；根据最优系统充放电策略对各智能储能装置进行控制，进行实时动态增容控制。本发明能够实现“削峰填谷”，降低负荷高峰时线路上的电流，减少电网损耗，减少用电高峰负荷对电网和变压器的冲击，提高供电可靠性和电能质量。提高供电可靠性和电能质量。提高供电可靠性和电能质量。
技术研发人员：俞智浩 王晓康 祁升龙 王放 芦翔 胡宝宁 秦力 金海川 王登擎 马建文 吉懿 王远兴 何萍 尹亮 刘海涛 牛健 栗磊 梁亚波 陈小乾
受保护的技术使用者：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2022.04.20
技术公布日：2022/7/5
