一种用于电网支撑的大容量超级电容系统荷载能力量化评估方法与流程

本发明涉及用于电网支撑的大容量超级电容系统荷载能力量化评估，尤其涉及一种用于电网支撑的大容量超容系统荷载能力量化评估方法电网支撑的大容量超容系统荷载能力量化评估方法。

背景技术：

1、鉴于超级电容系统中的超容单体生产制造过程中的容值、内阻及实际投运时的初始电压都存在偏差，上述因素都是影响超级电容作为能量载体时为电力系统提供有功支撑充放电时间准确预估计算的主要因素，同时超级电容作为能量载体通常由几万个超容单体串并联构成。而目前主流的电磁暂态仿真软件如pscad、matlab等，存在无法考虑超容单体之间容值、内阻的制造偏差以及实际投运时初始电压的偏差问题，最关键在于无法进行如此多数量节点的仿真计算。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在提供一种用于电网支撑的大容量超容系统荷载能力量化评估方法，本方法基于主流电磁暂态仿真算法“梯形积分法”，仿真模型中无任何等效，每一步长计算均实时考虑所有超容单体的内阻、容值及初始电压偏差，同时融入过欠压保护及支路限流等因素，考虑充放电过程中超容簇的动态投切过程，准确模拟超级电容系统现场投运时的充放电过程，从而进行超级电容系统充放电时间的精准预估。

2、为了实现上述目的，本发明提供的方法包括如下步骤：

3、s1：构建超级电容系统硬件参数数据集，超级电容系统包括：多条支路，每条支路中包含多个簇，每个簇中包含多个模组，每个模组中包含多个超容单体，超容单体的初始电压、内阻及容值均按照正太分布赋值，所述硬件参数数据集包括所述超级电容的每个支路、每个簇、每个模组以及每个超容单体所对应超容单体参数，所述超容单体参数包括：电压、容值和内阻；

4、s2：根据超级电容系统放电时刻更新所述硬件参数数据集，实时统计所述超级电容系统的等效开路电压、等效容值及等效内阻；

5、s3：结合所述硬件参数数据集的实时参数和超级电容系统放电功率，计算超级电容系统母线电压，并判断超级电容系统是否进行恒功率放电、恒流放电或者停止放电，其中判断依据为将超级电容系统匹配功率与参考功率的大小进行比较，参考功率小于匹配功率则以恒功率放电；否则以恒流放电，若支路电流达上限，也将转换状态为恒流放电，所述参考功率为设定的数值；当超级电容系统等效开路电压小于时，将终止放电；

6、其中，

7、

8、ubus(t)标识t时刻的超级电容母线电压，以及t时刻下的：uoc(t)为等效开路电压，pref为参考功率，esr为电容系统的等效内阻;

9、匹配功率

10、s4： 基于电磁暂态梯形积分算法实时更新支路电流及超级电容系统中当前步长的超容单体电压，当前时刻电流值i（t）：

11、式中：i（t）为当前步长支路电流；i（t-dt）为上一步长支路电流值；esr为当前步长超级电容系统等效内阻，l为超级电容系统滤波电感值，c为当前步长超级电容系统等效容值，ubus(t)为当前步长超级电容系统母线电压，uoc（t）为当前步长超级电容系统开路电压，dt为仿真步长；

12、s5：循环s2至s4，并实时记录超级电容系统功率大小，以计算超级电容系统的充放电时间。

13、一种实现方式中，所述硬件参数数据集还包括每一个超容单体的超容单体状态标志位，所述超容单体状态标志位用以标识该超容单体是否处于切除状态，超容单体状态标志位在每一步长中均实时更新，同时上传至硬件参数数据集，处于切除状态的超容单体不参与放电过程。

14、一种实现方式中，所述硬件参数数据集还包括每一个簇状态标志位，所述簇状态标志位用以标识该簇是否处于切除状态，判断簇电压或者该簇中任意一个超容单体电压是否超出阈值，若是，则判定该簇处于删除状态，若存在冗余簇，则将任意一冗余簇加入放电过程。

15、一种实现方式中，当前步长超容单体开路电压值uci(t)的计算为：

16、式中，uci（t）为当前步长超容单体开路电压；uci（t-dt）为上一步长的超容单体开路电压；i代表超级电容系统中任一超容单体。

17、一种实现方式中，所述方法还包括：基于支路电流实时更新超容单体开路电压，实时计算支路损耗、支路存储电能、及累计充电电能；

18、支路损耗p1

19、其中，i为支路电流，esr为当前步长超级电容系统等效内阻；

20、支路存储电能w1

21、其中，c为当前步长超级电容系统等效容值，uoc为当前步长超级电容系统开路电压；

22、一个步长的充电电能

23、w2=ubus(t)*i*dt，

24、其中，ubus(t)为当前步长超级电容系统母线电压。超级电容系统恒功率充放电时间计算为：

25、超级电容系统恒功率充放电时间=超级电容系统充放电功率首次越出参考功率死区时间-超级电容系统充放电功率首次进入参考功率死区时间；

26、所述超级电容系统充放电功率首次越出参考功率死区时间为所述超级电容系统充放电功率首次小于参考功率的时间，所述超级电容系统充放电功率首次进入参考功率死区时间为所述超级电容系统充放电功率首次达到参考功率的时间。

27、本发明实施例提供了一种用于电网支撑的大容量超容系统荷载能力量化评估方法，通过构建电磁暂态仿真，本方法基于主流电磁暂态仿真算法“梯形积分法”，仿真模型中无任何等效，每一步长计算均实时考虑所有超容单体的内阻、容值及初始电压偏差，同时融入过欠压保护及支路限流等因素，考虑充放电过程中超容簇的动态投切过程，准确模拟超级电容系统现场投运时的充放电过程，从而进行超级电容系统充放电时间的精准预估。

28、因此，应用本发明实施例，可解决主流电磁暂态仿真软件pscad、matalab不能进行如此多节点仿真的问题；

29、通过上述步骤可计算出不同超容系统配置下的充放电时间，同时为满足电网需求，本发明着重解释了恒功率充放电时间的求解过程。

技术特征：

1.一种用于电网支撑的大容量超级电容系统荷载能力量化评估方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬件参数数据集还包括每一个超容单体的超容单体状态标志位，所述超容单体状态标志位用以标识该超容单体是否处于切除状态，超容单体状态标志位在每一步长中均实时更新，同时上传至硬件参数数据集，处于切除状态的超容单体不参与放电过程。

3.据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硬件参数数据集还包括每一个簇状态标志位，所述簇状态标志位用以标识该簇是否处于切除状态，判断簇电压或者该簇中任意一个超容单体电压是否超出阈值，若是，则判定该簇处于删除状态，若存在冗余簇，则将任意一冗余簇加入放电过程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当前步长超容单体开路电压值uci(t)的计算为：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于支路电流实时更新超容单体开路电压，实时计算支路损耗、支路存储电能、及累计充电电能；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超级电容系统恒功率充放电时间计算为：超级电容系统恒功率充放电时间=超级电容系统充放电功率首次越出参考功率死区时间-超级电容系统充放电功率首次进入参考功率死区时间;

技术总结本发明公开了一种用于电网支撑的大容量超级电容系统荷载能力量化评估方法，通过构建电磁暂态仿真程序，程序算法基于主流电磁暂态仿真算法“梯形积分法”，仿真模型中无任何等效，每一步长计算均实时考虑所有超容单体的内阻、容值及初始电压偏差，同时融入过欠压保护及支路限流等因素，考虑充放电过程中超容簇的动态投切过程，准确模拟超级电容系统现场投运时的充放电过程，从而进行超级电容系统充放电时间的精准预估。技术研发人员：黄磊,董增平,张少波,张林楠,丁勇,吴小丹受保护的技术使用者：思源清能电气电子有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/13