CN104701865A

CN104701865A - 一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法

Info

Publication number: CN104701865A
Application number: CN201510123043.3A
Authority: CN
Inventors: 刘赟甲; 闫涛; 胡娟; 渠展展; 惠东; 刘伟
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd; State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd; State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2015-06-10

Abstract

本发明提出一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，包括(1)采集PCC处的单相电压信号，改变相位获得三相电压和电流信号；(2)变换步骤(1)获得的三相电压和三相电流信号，获取瞬时有功功率和无功功率；(3)对步骤(2)获得的瞬时有功功率进行滤波，提取直流分量来计算电压闪变包络信号；(4)求电压闪变参数，包括幅值和频率；(5)求电池储能***的补偿命令并向公共节点补偿有功和无功功率。本发明提出的电压闪变检测方法可以准确地检测出电压闪变的相应参数，且算法简单，易于工程实现。应用电池储能***在配电网中进行电压闪变补偿，结合本发明提出的控制方法，可以同时补偿有功和无功功率，有效抑制配电网中的电压闪变。

Description

一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法

技术领域

本发明涉及一种补偿控制方法，具体讲涉及一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法。

背景技术

负荷的不规律造成配电网中公共接入点电压的波动，频率在1-10Hz之间的电压波动成为电压闪变。电压闪变会导致电气设备的效率下降，造成转矩与功率的振荡，甚至还会影响保护***，对电网的危害比较大，因此需要对其进行检测并补偿。

目前常用的电压闪变检测方法有半波有效值法、平方解调法、全波整流法等，但这些方法的效果并不理想。采用基于小波多分辨率分解的同步信号检测法可以改善检测效果，但这种方法需要分频严格、能量集中的小波基以及准确的同步信号，在实际应用中并不容易实现。因此，设计便于实现且检测效果明显的电压闪变检测方法非常有意义。

而在电压闪变的补偿方法中，传统的无功补偿装置SVC响应速度慢，效果不理想。采用STATCOM抑制电压闪变可以取得较好的抑制效果，但是在阻抗比较大的配电网中，仅仅补偿无功功率并不能有效抑制电压闪变，仍需补偿一定的有功功率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，将电池储能***接入到配电网的公共节点处，为保证功率因数恒定，只需知道电网负载所需的有功功率，则可利用电池储能***补偿无功功率及有功和无功的波动功率，进而使得公共节点处的电压的幅值和相角保持恒定，抑制电压闪变。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其改进之处在于，所述方法包括

(1)采集PCC处的单相电压信号，改变相位获得三相电压和电流信号；

(2)变换步骤(1)获得的三相电压和三相电流信号，获取瞬时有功功率和无功功率；

(3)对步骤(2)获得的瞬时有功功率进行滤波，提取直流分量来计算电压闪变包络信号；

(4)求电压闪变参数，包括幅值和频率；

(5)求电池储能***的补偿命令并向公共节点补偿有功和无功功率。

优选的，所述步骤(1)包括采集PCC的单相电压信号，改变相位获得三相电压和电流信号，设u_a(t)＝E_ksin(kωt+φ_k)(k≥1)，在三相对称***中，各相具有相同的电压波形且相位相差120°，用电压信号代替电流信号，由此可得：

\{\begin{matrix} u_{a} (t) = u_{a} (t) & i_{a} (t) = u_{a} (t) \\ u_{b} (t) = - u_{a} (t) - u_{c} (t) & i_{b} (t) = u_{b} (t) \\ u_{c} (t) = - u_{a} (t - \frac{T}{6}) & i_{c} (t) = u_{c} (t) \end{matrix},

其中，u_a为A相电压幅值；t为时间；E_k基波电压幅值；φ_k起始相角；k为t时刻相角调整系数；ω为工频角频率；u为电网电压额定值；T为工频周期。

优选的，所述步骤(2)利用瞬时无功功率理论对三相电压和三相电流信号进行变换，得到瞬时有功功率和无功功率。

优选的，所述步骤(3)包括对瞬时有功功率进行滤波提取的直流分量计算电压闪变包络信号。

进一步地，所述对瞬时有功功率进行滤波提取直流分量计算电压闪变包络信号，滤波计算为：

p^{'} (t) = \frac{1}{32} Σ_{k = 1}^{32} p (t + \frac{kT}{32})

则电压信号为：

E (t) = \sqrt{\frac{2}{3} p^{'} (t)}

其中，p′为有功功率叠加视在值；p为有功功率值；E为电压信号有效值。

优选的，所述步骤(4)包括利用傅立叶变换计算得到电压闪变的幅值和频率。

进一步地，利用快速傅氏变换FFT处理电压闪变的包络信号，计算电压闪变的幅值和频率，用于抑制谐波及噪声的干扰，从而精确求出电压闪变的幅值和频率参数。

优选的，所述步骤(5)包括由电压闪变参数计算得到电池储能***的补偿命令，控制电池储能***向公共节点补偿有功和无功功率。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明将电池储能***接入到配电网的公共节点处，利用电池储能***来抑制电压闪变。在检测电压闪变信号时，仅采集单相电压信号，通过改变相位获得三相电压和电流信号，再利用瞬时无功功率理论计算得到瞬时有功功率，经过滤波后计算得到电压信号的包络线，再利用高精度傅立叶计算得到闪变的频率和幅值，进而计算得到电池储能***的补偿命令，电池储能***可***根据电流前馈解耦控制策略，快速响应，发出一定的无功功率和有功功率以补偿电压闪变。应用本发明提出的电压闪变检测方法可以准确地检测出电压闪变的相应参数，且算法简单，易于工程实现。应用电池储能***在配电网中进行电压闪变补偿，结合本发明提出的控制方法，可以同时补偿有功和无功功率，有效抑制配电网中的电压闪变。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法原理图。

图2为本发明提供的电压闪变检测与补偿方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供了一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，将电池储能***接入到配电网的公共节点处，为保证功率因数恒定，只需知道电网负载所需的有功功率，则可利用电池储能***补偿无功功率及有功和无功的波动功率，进而使得公共节点处的电压的幅值和相角保持恒定，抑制电压闪变。

本发明具体步骤如下：

步骤一，采集公共节点处的单相电压信号，通过改变相位获得三相电压和电流信号；

步骤二，利用瞬时无功功率理论对三相电压和三相电流信号进行变换，得到瞬时有功功率和无功功率；

步骤三，对瞬时有功功率进行滤波，提取直流分量来计算电压信号；

步骤四，利用快速傅氏变换FFT(Fast Fourier Transformation)计算得到电压闪变的幅值和频率；

步骤五，由电压闪变参数计算得到电池储能***的补偿命令，控制电池储能***向公共节点补偿相应的有功和无功功率。

实施例

如图1所示，为利用电池储能***进行电压闪变补偿的原理图。从功率潮流的角度出发，电弧炉等负载所吸收的功率可以分解为两个分量：常量(P₀,Q₀)和波动功率(ΔP,ΔQ)。为了解决配电网中由这类负载引起的电压闪变问题，最理想的办法是通过在PCC处接入BESS来补偿Q₀、ΔP和ΔQ，这样电网只需提供P₀且其功率因数为1，从而使PCC处电压的幅值和相角保持恒定，起到抑制电压闪变的目的。虽然因为损耗以及其他的因素的影响，Q₀、ΔP和ΔQ不能实现完全补偿，但是这样也会使抑制电压闪变的效果更加理想。

如图2所示，为电压闪变检测与补偿方法的原理图。电压闪变由于原因不同，分为周期性和非周期性闪变。本发明主要考虑周期性闪变，将闪变看成是对正弦电压的低频调制，可表示为：

u (t) = A (t) \cos ωt = \sqrt{2} U (1 + Ma (t)) \cos ωt

式中：ω为工频角频率；u为电网电压额定值；M为调频的幅度，一般取为1％，最高可达10％；A(t)为包络信号；a(t)为调制信号，取为模拟电弧炉的调制信号

a (t) = \underset{m}{Σ} \frac{1}{m} \cos mΩt

式中：Ω为调制信号的基波角频率；m为谐波次数。

这样，闪变就可看成是幅值低频调制的窄带信号，利用瞬时无功功率理论即可求取电压闪变的包络信号。具体的步骤包括：

步骤一，采集PCC处的单相电压信号，通过改变相位获得三相电压和电流信号。设u_a(t)＝E_ksin(kωt+φ_k)(k≥1)，考虑在三相对称***中，各相具有相同的电压波形且相位相差120°，用电压信号代替电流信号，由此可得：

\{\begin{matrix} u_{a} (t) = u_{a} (t) & i_{a} (t) = u_{a} (t) \\ u_{b} (t) = - u_{a} (t) - u_{c} (t) & i_{b} (t) = u_{b} (t) \\ u_{c} (t) = - u_{a} (t - \frac{T}{6}) & i_{c} (t) = u_{c} (t) \end{matrix}

T为工频周期；

步骤二，利用瞬时无功功率理论对三相电压和三相电流信号进行变换，得到瞬时有功功率和无功功率。步骤一中的处理方法减少了三相不平衡带来的不利影响，且由于电压和电流信号之间没有相位差，则瞬时无功功率为零，只需分析瞬时有功功率；

步骤三，对瞬时有功功率进行滤波，提取直流分量来计算电压闪变包络信号。滤波计算为：

p^{'} (t) = \frac{1}{32} Σ_{k = 1}^{32} p (t + \frac{kT}{32})

则电压信号为：

E (t) = \sqrt{\frac{2}{3} p^{'} (t)}

步骤四，利用高精度的FFT傅立叶变换对电压闪变的包络信号进行处理，计算得到电压闪变的幅值和频率。高精度傅立叶算法的加窗插值方法可以有效地抑制谐波及噪声的干扰，从而可以精确求出电压闪变的幅值、频率等参数；

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述方法包括

(4)求电压闪变参数，包括幅值和频率；

2.如权利要求1所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括采集PCC的单相电压信号，改变相位获得三相电压和电流信号，设u_a(t)＝E_ksin(kωt+φ_k)(k≥1)，在三相对称***中，各相具有相同的电压波形且相位相差120°，用电压信号代替电流信号，由此可得：

\{\begin{matrix} u_{a} (t) = u_{a} (t) & i_{a} (t) = u_{a} (t) \\ u_{b} (t) = {- u}_{a} (t) - u_{c} (t) & i_{b} (t) = u_{b} (t) \\ u_{c} (t) = {- u}_{a} (t - \frac{T}{6}) & i_{c} (t) = u_{c} (t) \end{matrix},

3.如权利要求1所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述步骤(2)利用瞬时无功功率理论对三相电压和三相电流信号进行变换，得到瞬时有功功率和无功功率。

4.如权利要求1所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括对瞬时有功功率进行滤波提取的直流分量计算电压闪变包络信号。

5.如权利要求4所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述对瞬时有功功率进行滤波提取直流分量计算电压闪变包络信号，滤波计算为：

p^{'} (t) = \frac{1}{32} Σ_{k = 1}^{32} p (t + \frac{kT}{32})

则电压信号为：

E (t) = \sqrt{\frac{2}{3} p^{'} (t)}

6.如权利要求1所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述步骤(4)包括利用傅立叶变换计算得到电压闪变的幅值和频率。

7.如权利要求6所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，利用快速傅氏变换FFT处理电压闪变的包络信号，计算电压闪变的幅值和频率，用于抑制谐波及噪声的干扰，从而精确求出电压闪变的幅值和频率参数。

8.如权利要求1所述的一种基于电池储能***的电压闪变检测控制方法，其特征在于，所述步骤(5)包括由电压闪变参数计算得到电池储能***的补偿命令，控制电池储能***向公共节点补偿有功和无功功率。