本技術(shù)涉及儲(chǔ)能變電站，特別涉及一種儲(chǔ)能變電站一體化控制結(jié)構(gòu)及其柔性控制方法。

背景技術(shù)：

1、截至2023年底，我國城軌交通運(yùn)營總里程已達(dá)11232公里，2023年城軌總電能耗約為249.7億度，其中牽引能耗約占總能耗的50％。隨著再生制動(dòng)技術(shù)在城市軌道交通列車上的廣泛應(yīng)用，如何充分利用列車再生制動(dòng)能量是城軌交通節(jié)能領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)再生制動(dòng)能量最高可占牽引能耗的20％-40％。

2、隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，基于儲(chǔ)能系統(tǒng)的再生制動(dòng)能量回收方案越來越得到重視。地面式儲(chǔ)能系統(tǒng)(waysideenergystoragesystem,儲(chǔ)能系統(tǒng))一般由儲(chǔ)能型元件(超級(jí)電容、飛輪、電池等)及儲(chǔ)能變流器構(gòu)成。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)存在可用容量限制并且超級(jí)電容、飛輪這類儲(chǔ)能元件的可提供功率受實(shí)時(shí)容量(或轉(zhuǎn)速)影響，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)工況又會(huì)對(duì)儲(chǔ)能變電站工況產(chǎn)生影響。因此對(duì)于配置了儲(chǔ)能系統(tǒng)的牽引供電系統(tǒng)而言其輸出特性難以確定，這一點(diǎn)與可逆儲(chǔ)能變電站存在根本上的不同。后者的優(yōu)勢在于輸出特性確定，在已知列車工況的條件下可基于最優(yōu)潮流的方法實(shí)現(xiàn)tpss內(nèi)最優(yōu)能量交互。在降低剩余再生制動(dòng)能量產(chǎn)生的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)充分的回饋。而目前對(duì)于城軌交通儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理及控制的方法，都是將其單純作為一個(gè)受控的能量存儲(chǔ)裝置。核心控制目標(biāo)旨在將tpss內(nèi)剩余的再生制動(dòng)能量吸收，并在有牽引需求時(shí)釋放。本質(zhì)上考慮的是何如提升對(duì)剩余再生制動(dòng)能量的利用，并沒有考慮對(duì)系統(tǒng)潮流的主動(dòng)調(diào)節(jié)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種儲(chǔ)能變電站一體化控制結(jié)構(gòu)及其柔性控制方法解決了現(xiàn)有的儲(chǔ)能變電站控制結(jié)構(gòu)沒有考慮對(duì)系統(tǒng)潮流的主動(dòng)調(diào)節(jié)作用的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：提供一種儲(chǔ)能變電站一體化控制結(jié)構(gòu)，包括：儲(chǔ)能變電站以及用于進(jìn)行一體化控制的下垂控制回路、轉(zhuǎn)換器外環(huán)回路、恒定功率回路和轉(zhuǎn)換器內(nèi)環(huán)回路；

3、儲(chǔ)能變電站包括回路連接的儲(chǔ)能系統(tǒng)、雙向dcdc變換器和整流器；

4、下垂控制回路用于根據(jù)虛擬電壓源、虛擬電阻和儲(chǔ)能變電站電流，輸出儲(chǔ)能變電站電壓指令值；

5、轉(zhuǎn)換器外環(huán)回路用于根據(jù)儲(chǔ)能變電站電壓指令值、整流器電流和儲(chǔ)能變電站電壓，輸出儲(chǔ)能系統(tǒng)的的電流指令；

6、恒定功率回路用于根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的的電流指令、儲(chǔ)能變電站電壓和儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能側(cè)的電壓，輸出儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能側(cè)的電流指令值；

7、轉(zhuǎn)換器內(nèi)環(huán)回路用于根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能側(cè)的電流指令值、儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能側(cè)的電流，輸出儲(chǔ)能變電站一體化控制指令。

8、進(jìn)一步地：轉(zhuǎn)換器外環(huán)回路輸出的儲(chǔ)能系統(tǒng)的的電流指令iwess的表達(dá)式為：

9、

10、其中，isub為整流器電流，為儲(chǔ)能變電站電流指令值，pi(.)表示比例-積分控制，為儲(chǔ)能變電站電壓指令值，uesub為儲(chǔ)能變電站電壓。

11、進(jìn)一步地：恒定功率回路包括根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)容量狀態(tài)soc進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功率閾值，其表達(dá)式為：

12、

13、其中，pes,max為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)功率，ues為儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能側(cè)的電壓，usc,max為儲(chǔ)能側(cè)端電壓最大值。

14、進(jìn)一步地：儲(chǔ)能變電站的輸出包括5種工作模式，分別為：

15、退出工作模式，觸發(fā)條件為：當(dāng)soc達(dá)到上限或下限時(shí)，以及當(dāng)牽引網(wǎng)電壓高于儲(chǔ)能變電站自身空載電壓時(shí)；

16、變電站獨(dú)立工作模式，觸發(fā)條件為：當(dāng)soc達(dá)到上限或下限，以及牽引網(wǎng)電壓低于儲(chǔ)能變電站自身空載電壓時(shí)；

17、調(diào)壓模式，觸發(fā)條件為：當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)有可用容量并且未達(dá)到功率閾值時(shí)；

18、非調(diào)壓共同工作模式，觸發(fā)條件為：當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)達(dá)到功率閾值，且牽引網(wǎng)電壓低于儲(chǔ)能變電站自身空載電壓時(shí)；

19、非調(diào)壓儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立工作模式，觸發(fā)條件為：當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)達(dá)到功率閾值，且牽引網(wǎng)電壓高于儲(chǔ)能變電站自身空載電壓時(shí)。

20、進(jìn)一步地：退出工作模式的輸出表達(dá)式為：iesub＝0iesub＝0；

21、變電站獨(dú)立工作模式的輸出表達(dá)式為：

22、調(diào)壓模式的輸出表達(dá)式為：

23、非調(diào)壓共同工作模式的輸出表達(dá)式為：

24、非調(diào)壓儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立工作模式的輸出表達(dá)式為

25、其中，iesub為儲(chǔ)能變電站的輸出，為虛擬電壓源，為虛擬電阻，us0為空載電壓，rs0為變電站等效內(nèi)阻。

26、本技術(shù)還提供了一種儲(chǔ)能變電站一體化控制結(jié)構(gòu)的柔性控制方法，應(yīng)用于多站多列車的城軌直流牽引供電系統(tǒng)，包括：

27、s1、通過遺傳算法對(duì)城軌直流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行全局搜索，確定優(yōu)化參數(shù)；

28、s2、根據(jù)優(yōu)化參數(shù)，進(jìn)行局部尋優(yōu)，得到目標(biāo)結(jié)果；

29、s3、使用目標(biāo)結(jié)果對(duì)城軌直流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

30、進(jìn)一步地：s1包括：

31、s11、通過遺傳算法對(duì)城軌直流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行全局搜索，得到動(dòng)態(tài)參數(shù)；

32、s12、根據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)和軌直流牽引供電系統(tǒng)的約束條件，進(jìn)行潮流計(jì)算；

33、s13、判斷是否達(dá)成迭代目標(biāo)：

34、若是，則將潮流計(jì)算后的結(jié)果作為優(yōu)化參數(shù)；

35、若否，則根據(jù)潮流計(jì)算后的結(jié)果更新動(dòng)態(tài)參數(shù)，并返回s12。

36、進(jìn)一步地：s2包括：

37、s21、通過非線性精確優(yōu)化算法對(duì)優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行局部尋優(yōu)；

38、s22、根據(jù)局部尋優(yōu)的結(jié)果更新動(dòng)態(tài)參數(shù)；

39、s23、根據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)和軌直流牽引供電系統(tǒng)的約束條件，進(jìn)行潮流計(jì)算；

40、s24、判斷是否達(dá)成迭代目標(biāo)：

41、若是，則將潮流計(jì)算后的結(jié)果作為目標(biāo)結(jié)果；

42、若否，則根據(jù)潮流計(jì)算后的結(jié)果更新優(yōu)化參數(shù)，并返回s21。

43、進(jìn)一步地：s2中，目標(biāo)結(jié)果滿足：

44、

45、其中，min表示最小化，esys表示牽引供電系統(tǒng)總能耗，m為站點(diǎn)數(shù)量，n為列車數(shù)量；t為運(yùn)行周期，psub,m為儲(chǔ)能變電站功率，pbr,loss,n為列車制動(dòng)電阻功率，pl,loss為線路電阻功率。

46、進(jìn)一步地：s12以及s23中，軌直流牽引供電系統(tǒng)的約束條件為：

47、

48、socmin≤soc≤socmax

49、udc,min≤ut≤ubr,lim

50、其中，pesub,i表示牽引網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i處的儲(chǔ)能變電站總功率，pt,i表示牽引網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i處的列車功率，gdcij表示牽引網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的導(dǎo)納，udc,i和udc,j分別表示牽引網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i處的電壓和節(jié)點(diǎn)j處的電壓，ut表示列車受電弓處的電壓，socmin和socmax分別表示soc的最小值和最大值，udc,min表示滿足列車正常運(yùn)行條件下的最小電壓，ubr,lim表示制動(dòng)電阻工作電壓的上限。

51、本發(fā)明的有益效果為：

52、1.提出一種儲(chǔ)能變電站一體化的控制結(jié)構(gòu)，考慮了儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能變電站工作特性的間接影響，將儲(chǔ)能變電站作為整體進(jìn)行反饋量采樣，再通過一體化的控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能變電站整體的控制；

53、2.提出了一種儲(chǔ)能變電站柔性控制方法，與一般的柔性牽引供電系統(tǒng)中的可逆式儲(chǔ)能變電站不同，城軌交通中常用的超級(jí)電容、飛輪這類儲(chǔ)能裝置的可提供功率與實(shí)時(shí)容量耦合，并且當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)無可用容量時(shí)儲(chǔ)能變電站將進(jìn)行工作模式切換，所提方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)能變電站輸出特性的統(tǒng)一描述；

54、3.提出了一種基于儲(chǔ)能變電站一體化柔性控制的最優(yōu)潮流算法，以城軌牽引供電系統(tǒng)的節(jié)能性作為第一優(yōu)先目標(biāo)，對(duì)儲(chǔ)能變電站的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，極大提升了系統(tǒng)的能效表現(xiàn)。