專利名稱：一種風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子變流技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、 儲能系統(tǒng)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
分布式電源及儲能裝置等新能源設(shè)備大量接入，是“低碳”經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下配網(wǎng)發(fā)展的必然之路，我國配電網(wǎng)建設(shè)相對落后，配網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程與其需求相比存在較大的差距。 當(dāng)前的配電網(wǎng)絡(luò)，無論在一次結(jié)構(gòu)還是二次監(jiān)控等方面，對上述新能源設(shè)備的接入還缺乏系統(tǒng)的考慮，基本不具備相關(guān)技術(shù)條件或缺少技術(shù)手段全面評估上述新設(shè)備大規(guī)模接入對電網(wǎng)的影響。為此，有必要盡快體系化地開展新能源設(shè)備仿真技術(shù)研究，為解決未來配電網(wǎng)的發(fā)展提供技術(shù)支撐系統(tǒng)。新能源系統(tǒng)建模技術(shù)在基于DIgSILENT、EMTDC等軟件系統(tǒng)上進(jìn)行建模的方法已經(jīng)比較成熟。中國專利CN2723723公布了風(fēng)、光、柴互補(bǔ)系統(tǒng)控制逆變一體機(jī)。該發(fā)明采用可充電蓄電池作為儲能裝置的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能通過最大功率跟蹤后，經(jīng)過蓄電池充電控制回路給蓄電池充電，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能通過整流以后經(jīng)過蓄電池充電控制回路給蓄電池充電，蓄電池充電控制回路根據(jù)預(yù)設(shè)的電池溫度不斷調(diào)整充電的截止電壓。蓄電池和直流母線連接，蓄電池通過逆變器給負(fù)載提供交流電力，當(dāng)直流母線電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，啟動柴油機(jī)備用電源，這時(shí)逆變器處于整流工作模式，柴油機(jī)的一部分電力通過整流以后給蓄電池充電，當(dāng)母線電壓恢復(fù)到預(yù)設(shè)值后，切斷備用電源，逆變器處于逆變工作狀態(tài)，由蓄電池向負(fù)載供電。系統(tǒng)的運(yùn)行情況由中央處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和控制。在日本專利2002-325368公布的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)電池充電裝置中，為了給蓄電池充放電，該專利提出了利用超級電容器作為儲能裝置的設(shè)計(jì)方法。風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電通過不控整流裝置給超級電容器組充電，超級電容器組通過DC/DC降壓變換器給蓄電池負(fù)載充電，該發(fā)明中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電的輸出量是不可控的，不能進(jìn)行最大功率跟蹤。中國專利CN101286655公布了基于超級電容器儲能的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電互補(bǔ)供電系統(tǒng)；該發(fā)明用于風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的超級電容器儲能裝置，提出因風(fēng)光條件的改變而導(dǎo)致母線電壓波動提供功率緩沖，以維持母線電壓穩(wěn)定，并可以在系統(tǒng)發(fā)電不足或出現(xiàn)故障情況下提供短時(shí)能量支撐，以保障移動油機(jī)或其他外部供電系統(tǒng)順利啟動供電。以上幾項(xiàng)發(fā)明在構(gòu)建風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)方面各有特點(diǎn)，但主要體現(xiàn)在儲能系統(tǒng)的儲能介質(zhì)和充放電控制方面的方法不同，共同的不足是無法用其發(fā)明的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室靈活的模擬各種狀態(tài)開展新設(shè)備大規(guī)模接入對電網(wǎng)的各種研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過對光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲能設(shè)備等模塊的建模方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建貼近實(shí)際的風(fēng)光儲物理模擬系統(tǒng)，研究多類型新能源系統(tǒng)物理模擬集成技術(shù)， 為風(fēng)/光/儲設(shè)備端口特性的研究、技術(shù)規(guī)范的制定等提供仿真研究系統(tǒng)，為深入研究新能源接入對系統(tǒng)的影響提供技術(shù)支持。本發(fā)明提供一種風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，包括 風(fēng)力發(fā)電模擬模塊，該模塊用于模擬風(fēng)電場發(fā)出功率潮流； 光伏發(fā)電模擬模塊，該模塊用于模擬光伏電站發(fā)出功率潮流； 儲能模擬模塊，該模塊用于平抑配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓或頻率波動； 模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊，該模塊用以模擬實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)；
上層管理模塊，該模塊用于實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度及監(jiān)控；即上層管理模塊預(yù)測風(fēng)電場發(fā)電功率和太陽能電池組件發(fā)電功率，并將功率曲線下發(fā)給風(fēng)力發(fā)電模擬模塊和光伏發(fā)電模擬模塊；上層管理模塊還檢測模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊的電壓、頻率和功率，對儲能系統(tǒng)模擬系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。所述風(fēng)力發(fā)電模擬模塊包括第一 DC/AC逆變器、第一升壓變壓器、第一不控整流直流電源和風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)；
第一不控整流直流電源給第一 DC/AC逆變器提供直流電，經(jīng)第一 DC/AC逆變器輸出的交流電通過第一升壓變壓器升壓，風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制第一 DC/AC逆變器的功率輸出。其中第一不控整流直流電源為第一 DC/AC逆變器提供穩(wěn)定的直流側(cè)電壓；第一 DC/AC逆變器單向輸出IlOV交流電壓，輸出功率波動曲線由上層管理模塊根據(jù)氣象條件預(yù)測值大小指令給定；風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)根據(jù)上層管理模塊的指令，對逆變器輸出的有功和無功功率進(jìn)行獨(dú)立控制，使其嚴(yán)格按照風(fēng)電場發(fā)電功率曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)；第一升壓變壓器在模塊中起隔離和升壓作用，第一升壓變壓器輸出電壓并入配電網(wǎng)，從而模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性。所述光伏發(fā)電模擬模塊包括第二 DC/AC逆變器、第二升壓變壓器、第二不控整流直流電源和光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)；
第二不控整流直流電源給第二 DC/AC逆變器提供直流電，經(jīng)第二 DC/AC逆變器輸出的交流電通過第二升壓變壓器升壓，光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制第二 DC/AC逆變器的功率輸出。其中第二不控整流直流電源為第二 DC/AC逆變器提供穩(wěn)定的直流側(cè)電壓；第二 DC/AC逆變器單向輸出IlOV交流電壓，輸出功率波動曲線由上層管理模塊根據(jù)氣象條件預(yù)測值大小指令給定；光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)根據(jù)上層管理模塊的指令，對逆變器輸出的有功和無功功率進(jìn)行獨(dú)立控制，使其嚴(yán)格按照風(fēng)電場發(fā)電功率曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)；第二升壓變壓器在模塊中起隔離和升壓作用，第二升壓變壓器輸出電壓并入配電網(wǎng)，從而模擬光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性。所述儲能模擬模塊主要包括模擬蓄電池單元、儲能逆變單元；模擬蓄電池單元由第三DC/AC逆變器，第一隔離變壓器和第一控制及驅(qū)動單元組成，第三DC/AC逆變器輸出通過第一隔離變壓器并入市電網(wǎng)，第一控制及驅(qū)動單元控制第三DC/AC逆變器；儲能逆變單元由第四DC/AC逆變器、第二隔離變壓器和第二控制及驅(qū)動單元組成，第四DC/AC逆變器輸出通過第二隔離變壓器并入配電網(wǎng)，第二控制及驅(qū)動單元控制第四DC/AC逆變器；
所述第三DC/AC逆變器與第四DC/AC逆變器反接。其中第一控制及驅(qū)動單元接收上層管理模塊的調(diào)度，可以模擬實(shí)際中蓄電池的充放電特性。功第二控制及驅(qū)動單元接收上層管理模塊調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，從而平抑模擬電網(wǎng)的電壓頻率波動。所述模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊包括無窮大電源組或動模機(jī)組。其中模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊中無窮大電源組或動模機(jī)組可以通過上層管理模塊進(jìn)行切換，兩種電源可以模擬實(shí)際電網(wǎng)中的無窮大電網(wǎng)和弱電網(wǎng)。當(dāng)采用無窮大電網(wǎng)時(shí)，表示風(fēng)、光等新能源發(fā)電容量所占比重較低，對電網(wǎng)的沖擊能力有限，一般負(fù)載的投切也不會引起電壓和頻率的波動，儲能系統(tǒng)只是起到蓄能和短期的功率平抑作用。但用動模機(jī)組作為配電網(wǎng)電源時(shí)，新能源并網(wǎng)接入和負(fù)載的投切都會引起配電網(wǎng)潮流波動，表現(xiàn)為配電網(wǎng)的電壓和頻率波動，其自身恢復(fù)能力有限且時(shí)間較長，會嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，此時(shí)儲能模擬模塊將起到平抑電網(wǎng)電壓和頻率波動的作用。所述儲能模擬模塊在檢測到PCC點(diǎn)潮流變化或接收上層管理模塊指令時(shí)，啟動對模擬蓄電池單元的充放電。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動，平抑模擬電網(wǎng)的電壓與頻率，。(2)為風(fēng)/光/儲設(shè)備端口特性的研究、技術(shù)規(guī)范的制定等提供仿真研究平臺，為深入研究新能源接入對系統(tǒng)的影響提供技術(shù)支持。


圖1是本發(fā)明風(fēng)/光/儲系統(tǒng)物理模型集成示意圖。圖2是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬系統(tǒng)示意圖。圖3是本發(fā)明光伏發(fā)電系統(tǒng)模擬系統(tǒng)示意圖。圖4是本發(fā)明儲能模擬模塊示意圖。圖5是本發(fā)明儲能模擬模塊模擬蓄電池充電特性。圖6是本發(fā)明儲能模擬模塊模擬蓄電池放電特性。圖7是本發(fā)明儲能模擬模塊控制策略實(shí)現(xiàn)框圖。圖8 (a)是本發(fā)明在不帶儲能系統(tǒng)時(shí)投入電力負(fù)荷時(shí)的系統(tǒng)電壓電流波形圖。圖8 (b)是本發(fā)明在不帶儲能系統(tǒng)時(shí)投入電力負(fù)荷時(shí)的系統(tǒng)頻率變化曲線。圖9 (a)是本發(fā)明在帶儲能系統(tǒng)時(shí)投入電力負(fù)荷時(shí)的系統(tǒng)電壓電流波形圖。圖9 (b)是本發(fā)明在帶儲能系統(tǒng)時(shí)投入電力負(fù)荷時(shí)的系統(tǒng)頻率變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面說明結(jié)合說明書附圖進(jìn)行分析。如圖1所示本發(fā)明包括風(fēng)力發(fā)電模擬模塊10、光伏發(fā)電模擬模塊20、儲能模擬模塊、模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊50、上層管理模塊60。其中
風(fēng)力發(fā)電模擬模塊10，該模塊用于模擬風(fēng)電場發(fā)出功率潮流； 光伏發(fā)電模擬模塊20，該模塊用于模擬光伏電站發(fā)出功率潮流； 儲能模擬模塊，該模塊用于平抑配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓或頻率波動； 模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊50，該模塊用以模擬實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)；
上層管理模塊60，該模塊用于實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度及監(jiān)控；即上層管理模塊60預(yù)測風(fēng)電場發(fā)電功率和太陽能電池組件發(fā)電功率，并將功率曲線下發(fā)給風(fēng)力發(fā)電模擬模塊10和光伏發(fā)電模擬模塊20 ；上層管理模塊60還檢測模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊50的電壓、頻率和功率，對儲能系統(tǒng)模擬系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。如圖2所示風(fēng)力發(fā)電模擬模塊10包括第一 DC/AC逆變器101、第一升壓變壓器 102、第一不控整流直流電源103和風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)104 ；
第一不控整流直流電源103給第一 DC/AC逆變器101提供直流電，經(jīng)第一 DC/AC逆變器101輸出的交流電通過第一升壓變壓器102升壓，風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)104控制第一 DC/AC逆變器101的功率輸出。其中第一不控整流直流電源103為第一 DC/AC逆變器101提供穩(wěn)定的直流側(cè)電壓；第一 DC/AC逆變器101單向輸出IlOV交流電壓，輸出功率波動曲線由上層管理模塊60 根據(jù)氣象條件預(yù)測值大小指令給定；風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)104根據(jù)上層管理模塊60 的指令，對逆變器輸出的有功和無功功率進(jìn)行獨(dú)立控制，使其嚴(yán)格按照風(fēng)電場發(fā)電功率曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)；第一升壓變壓器102的變比為1 :4，在模塊中起隔離和升壓作用，第一升壓變壓器102輸出電壓并入配電網(wǎng)，從而模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性。風(fēng)力發(fā)電模擬模塊的功率輸出是采用風(fēng)電場的歷史風(fēng)速作為輸入數(shù)據(jù)，則可根據(jù)系統(tǒng)辨識的原理建立風(fēng)電場的出力預(yù)測模型。采用國際IEA組織推薦的比恩法(Bins Method)得到典型的風(fēng)頻曲線。設(shè)某風(fēng)電場的風(fēng)速序列(vl、ν2、· · ·、vN)服從雙參數(shù)Weibull分布，則其累積概率函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，其特征在于包括 風(fēng)力發(fā)電模擬模塊(10)，該模塊用于模擬風(fēng)電場發(fā)出功率潮流； 光伏發(fā)電模擬模塊(20 )，該模塊用于模擬光伏電站發(fā)出功率潮流； 儲能模擬模塊，該模塊用于平抑配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓或頻率波動； 模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊(50)，該模塊用以模擬實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)； 上層管理模塊(60)，該模塊實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度、監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電模擬模塊(10)包括第一 DC/AC逆變器(101)、第一升壓變壓器(102)、第一不控整流直流電源(103)和風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)(104)；第一不控整流直流電源(103)給第一 DC/AC逆變器(101)提供直流電，經(jīng)第一 DC/AC 逆變器(101)輸出的交流電通過第一升壓變壓器(102)升壓，風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)(104)控制第一DC/AC逆變器(101)的功率輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，其特征在于所述光伏發(fā)電模擬模塊(20)包括第二 DC/AC逆變器(201)、第二升壓變壓器(202)、第二不控整流直流電源(203)和光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)(204)；第二不控整流直流電源(203)給第二 DC/AC逆變器(201)提供直流電，經(jīng)第二 DC/AC 逆變器(201)輸出的交流電通過第二升壓變壓器(202)升壓，光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)(204)控制第二DC/AC逆變器(201)的功率輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，其特征在于所述儲能模擬模塊主要包括模擬蓄電池單元(30)、儲能逆變單元(40)；模擬蓄電池單元(30)由第三DC/ AC逆變器(301)，第一隔離變壓器(302)和第一控制及驅(qū)動單元(303)組成，第三DC/AC逆變器(301)輸出通過第一隔離變壓器(302)并入市電網(wǎng)，第一控制及驅(qū)動單元(303)控制第三DC/AC逆變器(301);儲能逆變單元(40)由第四DC/AC逆變器(401)、第二隔離變壓器 (402)和第二控制及驅(qū)動單元(403)組成，第四DC/AC逆變器(401)輸出通過第二隔離變壓器(402 )并入配電網(wǎng)，第二控制及驅(qū)動單元(403 )控制第四DC/AC逆變器(401)；所述第三DC/AC逆變器(301)與第四DC/AC逆變器(401)反接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，其特征在于所述模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊(50)包括無窮大電源組或動模機(jī)組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)/光/儲系統(tǒng)的物理建模系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電以及儲能系統(tǒng)的功率輸出特性，利用變流系統(tǒng)來模擬風(fēng)/光/儲發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)由上層管理模塊、風(fēng)力發(fā)電模擬模塊、光伏發(fā)電模擬模塊、儲能模擬模塊和模擬配電網(wǎng)絡(luò)模塊五部分組成。風(fēng)光模擬模塊可以根據(jù)設(shè)定的環(huán)境參數(shù)模擬風(fēng)電場和光伏電站的功率潮流，儲能模擬模塊采用一組反接的變流器進(jìn)行模擬，既可以模擬蓄電池充放電特性，也可以接受上層管理模塊的指令，根據(jù)實(shí)際需要發(fā)送或吸收有功無功功率，以平抑模擬配電網(wǎng)模塊的電壓或頻率波動。本發(fā)明利用逆變器建立物理模型，很好地解決了風(fēng)/光/儲聯(lián)合發(fā)電研究無法在實(shí)驗(yàn)室物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的瓶頸問題。
文檔編號H02J3/00GK102437571SQ20111035189
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者丁澤俊, 伍少成, 吳俊陽, 張興, 李戰(zhàn)鷹, 郝木凱, 雷金勇 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 合肥工業(yè)大學(xué)