一種分布式電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以預(yù)測(cè)分布式電源的光伏模塊、風(fēng)電模塊的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，并基于實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊的儲(chǔ)能情況、柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，實(shí)施最適宜的控制策略。
【專利說明】一種分布式電源系統(tǒng) 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種分布式電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求迅速增長，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端 也日益凸現(xiàn)：運(yùn)行穩(wěn)定性差，難以適應(yīng)用戶對(duì)電力安全和可靠性要求以及多樣化供電需求。
[0003]分布式電源（distributedgeneration,DG)是一種新興的電力能源，包括光伏發(fā) 電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)等。分布式發(fā)電技術(shù)具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等一系 列優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足人們對(duì)電力安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的要求，已引起廣泛關(guān)注，并逐漸 得到推廣和發(fā)展。
[0004]然而，這些小型可再生能源發(fā)電方式從根本上說，存在容量小、產(chǎn)品效率低、供電 可靠性差、發(fā)電成本高等缺點(diǎn)，極大地阻礙了該類發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā) 展。
[0005]此外，DG接入配電網(wǎng)也給配電網(wǎng)的保護(hù)和控制帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。光伏和風(fēng) 電能源是一種間歇性能源，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)不可避免的存在發(fā)電功率隨著光照強(qiáng)弱波動(dòng)和風(fēng)力 強(qiáng)弱波動(dòng)的缺點(diǎn)。因此，高滲透率的分布式電源接入配電網(wǎng)，必然會(huì)給配電網(wǎng)的運(yùn)行、調(diào)度 和管理帶來很多負(fù)面影響。為了使配電網(wǎng)能適應(yīng)分布式電源的并網(wǎng)接入，迫切需要對(duì)分布 式電源運(yùn)行控制及接入控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，從而降低分布式電源并網(wǎng)接入帶來的 不利影響，同時(shí)發(fā)揮其積極的輔助作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種分布式電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有智能監(jiān)控系統(tǒng)，可 以預(yù)測(cè)分布式電源的光伏模塊、風(fēng)電模塊的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，并基于實(shí)時(shí)檢 測(cè)的蓄電池模塊的儲(chǔ)能情況、柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，實(shí) 施最適宜的控制策略。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種分布式電源系統(tǒng)，該分布式電源系統(tǒng)由發(fā)電 及負(fù)荷系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成，所述發(fā)電及負(fù)荷系統(tǒng)包括光伏發(fā)電模塊、風(fēng)電模塊、蓄電池模 塊、柴油機(jī)風(fēng)電機(jī)、負(fù)載、直流母線、多個(gè)AC/DC或DC/AC模塊，其特征在于，該監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng) 包括：
[0008]光伏發(fā)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏發(fā)電模塊，并對(duì)光伏發(fā)電模塊的發(fā)電功率 進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0009]風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0010] 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊；
[0011] 柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控柴油發(fā)電機(jī)；
[0012] 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)所述負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0013]配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào) 度息；
[0014] 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制分布式電源連接或隔離配電網(wǎng)；
[0015] 中控模塊，用于確定分布式電源系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控系統(tǒng)中的各模塊 發(fā)出指令，以執(zhí)行該運(yùn)行策略；
[0016] 總線模塊，用于該監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)。
[0017] 優(yōu)選的，所述風(fēng)電模塊可以直接為配電網(wǎng)供電。
[0018] 優(yōu)選的，所述直流母線可以通過DC/AC模塊向配電網(wǎng)和分布式系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載供 電。
[0019] 優(yōu)選的，柴油發(fā)電機(jī)直接為分布式系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載供電。
[0020] 優(yōu)選的，所述光伏發(fā)電監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊、負(fù)載監(jiān)控模塊均包括檢測(cè)單元和 存儲(chǔ)單元，可以實(shí)時(shí)獲取分布式電源中光伏發(fā)電模塊、風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)和負(fù)載的負(fù)荷 變化情況，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0021] 優(yōu)選的，所述監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊、負(fù)載監(jiān)控模塊均包括運(yùn)算單元，可以分別 根據(jù)現(xiàn)有光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的分布式電源中的可再 生能源輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)有負(fù)載的負(fù)荷變化情況，對(duì)負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0022] 優(yōu)選的，所述蓄電池監(jiān)控模塊，具有蓄電池單元充放電檢測(cè)模塊，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)獲 取蓄電池模塊的儲(chǔ)能充放容量。
[0023] 優(yōu)選的，所述中控模塊，具有邏輯運(yùn)算單元，可以根據(jù)配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄 電池儲(chǔ)能的充放容量、未來分布式電源中的再生能源輸出功率、柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率以 及對(duì)未來負(fù)荷需求的變化作為約束條件，建立分布式電源運(yùn)行策略的目標(biāo)函數(shù)。
[0024] 優(yōu)選的，所述配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊可以實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)參數(shù)包括：母線編號(hào)、名稱、 負(fù)荷有功、負(fù)荷無功、線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗。
[0025] 優(yōu)選的，在所述風(fēng)電監(jiān)控模塊采用如下方式預(yù)測(cè)風(fēng)電模塊的輸出功率，所述風(fēng)電 模塊包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG:
[0026] (201)采集風(fēng)電模塊中當(dāng)前各類電量實(shí)測(cè)值作為各類電量的預(yù)測(cè)值的初始值，預(yù) 測(cè)值包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)值d、風(fēng)機(jī)無功預(yù)測(cè)值d、風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值d、SVG無功 預(yù)測(cè)值SVG機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測(cè)值$+ =
[0027] (202)根據(jù)所述預(yù)測(cè)值建立由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的MPC優(yōu)化控制模 型，并求解風(fēng)電模塊的有功和無功輸出的預(yù)測(cè)值：
[0028]MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式⑴所示：
[0029]
【權(quán)利要求】
1. 一種分布式電源系統(tǒng)，該分布式電源系統(tǒng)由發(fā)電及負(fù)荷系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成，所述 發(fā)電及負(fù)荷系統(tǒng)包括光伏發(fā)電模塊、風(fēng)電模塊、蓄電池模塊、柴油機(jī)風(fēng)電機(jī)、負(fù)載、直流母 線、多個(gè)AC/DC或DC/AC模塊，其特征在于，該監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)包括： 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏發(fā)電模塊，并對(duì)光伏發(fā)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行 預(yù)測(cè)； 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)； 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊； 柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控柴油發(fā)電機(jī)； 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)所述負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)； 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào)度信 息； 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制分布式電源連接或隔離配電網(wǎng)； 中控模塊，用于確定分布式電源系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控系統(tǒng)中的各模塊發(fā)出 指令，以執(zhí)行該運(yùn)行策略； 總線模塊，用于該監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)電模塊可以直接為配電網(wǎng)供電。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述直流母線可以通過DC/AC模塊向配電網(wǎng) 和分布式系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載供電。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，柴油發(fā)電機(jī)直接為分布式系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載供 電。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏發(fā)電監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控 模塊、負(fù)載監(jiān)控模塊均包括檢測(cè)單元和存儲(chǔ)單元，可以實(shí)時(shí)獲取分布式電源中光伏發(fā)電模 塊、風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)和負(fù)載的負(fù)荷變化情況，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊、負(fù)載監(jiān)控模 塊均包括運(yùn)算單元，可以分別根據(jù)現(xiàn)有光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來預(yù)定 時(shí)刻內(nèi)的分布式電源中的可再生能源輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)有負(fù)載的負(fù)荷變化情況， 對(duì)負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池監(jiān)控模塊，具有蓄電池單元充放 電檢測(cè)模塊，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的儲(chǔ)能充放容量。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中控模塊，具有邏輯運(yùn)算單元，可以根 據(jù)配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的充放容量、未來分布式電源中的再生能源輸出功 率、柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率以及對(duì)未來負(fù)荷需求的變化作為約束條件，建立分布式電源運(yùn) 行策略的目標(biāo)函數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊可以實(shí)時(shí)獲取的配電 網(wǎng)參數(shù)包括：母線編號(hào)、名稱、負(fù)荷有功、負(fù)荷無功、線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編 號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述風(fēng)電監(jiān)控模塊采用如下方式預(yù)測(cè)風(fēng) 電模塊的輸出功率，所述風(fēng)電模塊包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG : (201)采集風(fēng)電模塊中當(dāng)前各類電量實(shí)測(cè)值作為各類電量的預(yù)測(cè)值的初始值，預(yù)測(cè)值 包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)值d、風(fēng)機(jī)無功預(yù)測(cè)值tc:..、風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值d、SVG無功預(yù)測(cè) 值tC. ? SVG機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測(cè)值卩: (202)根據(jù)所述預(yù)測(cè)值建立由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的MPC優(yōu)化控制模型，并 求解風(fēng)電模塊的有功和無功輸出的預(yù)測(cè)值： MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式（1)所示：
式⑴中和「二為優(yōu)化變量，和C+:含義分別為風(fēng)機(jī)無功設(shè)定值和SVG電壓設(shè) 定值；N為時(shí)間窗覆蓋控制周期的個(gè)數(shù)；M為單個(gè)控制周期下含預(yù)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；P為衰減系 數(shù)，取值P < 1 ;時(shí)間變量ti，j = (Mi+j) At意義為當(dāng)前時(shí)刻起第i個(gè)控制周期內(nèi)的第j 個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)，At為預(yù)測(cè)點(diǎn)間隔，At由風(fēng)電模塊功率預(yù)測(cè)時(shí)間間隔決定； F1為風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓與設(shè)定值的偏差水平，F(xiàn)1具體表達(dá)式如式（2): 陳.J=[dU-C:f 《2) 式（2)中G :表示PCC電壓的參考值，從主站控制指令中提取后設(shè)定； F2為SVG無功儲(chǔ)備水平，F(xiàn)2具體表達(dá)式如式（3): 式（3)中^1為SVG無功最佳運(yùn)行點(diǎn)； MPC優(yōu)化控制模型的約束條件，具體包括： 風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)約束條件：
式⑷中 為風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)誤差；Na和Nm分別為AR和MA模型的階數(shù)，小k和0 k 為相關(guān)權(quán)重，階數(shù)與權(quán)重均根據(jù)風(fēng)機(jī)有功歷史值確定；ti，j-k為預(yù)測(cè)中參與計(jì)算數(shù)據(jù)（包 括CL、C )對(duì)應(yīng)時(shí)刻，下標(biāo)k表征預(yù)測(cè)時(shí)刻前推k A t時(shí)間，當(dāng)ti，j-k彡0時(shí)，有功預(yù)測(cè) 值應(yīng)取對(duì)應(yīng)時(shí)刻歷史值； 風(fēng)機(jī)無功預(yù)測(cè)約束條件： 風(fēng)機(jī)無功在下次控制前達(dá)到設(shè)定值： u.) (5) 第i個(gè)控制周期內(nèi)的各預(yù)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)機(jī)無功功率的變化過程以指數(shù)函數(shù)擬合：
式（6)中Ts為風(fēng)機(jī)無功調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)，可以根據(jù)風(fēng)機(jī)無功調(diào)節(jié)測(cè)試試驗(yàn)獲取。 SVG無功預(yù)測(cè)約束條件： SVG無功參考值fif如式（7)所示：
式（7)中KI和KP分別為比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的系數(shù)； SVG無功預(yù)測(cè)值如式（8)所示： ?r"{r,)=s)+[?：;;,(>,,s)：)}e v : 1" (8) 式（8)中時(shí)間常數(shù)Td為SVG電力電子裝置動(dòng)作延時(shí)； 電壓預(yù)測(cè)約束條件：
式（9)中VPM為風(fēng)機(jī)機(jī)端、SVG機(jī)端、和PCC母線電壓預(yù)測(cè)值構(gòu)成的向量，S為靈敏度矩 陣； 系統(tǒng)電壓、發(fā)電機(jī)運(yùn)行和SVG運(yùn)行的約束條件：
式（10)中Vmax和Vmin分別為由PCC、風(fēng)機(jī)和SVG電壓預(yù)測(cè)值構(gòu)成系統(tǒng)電壓向量的上限 和下限，其中PCC電壓限值由配電網(wǎng)調(diào)度中心給出，而風(fēng)機(jī)和SVG電壓限值根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠 商給出的正常工作范圍確定；扣:.和分別為風(fēng)機(jī)無功運(yùn)行上下限，《二和(C++.別為SVG 無功運(yùn)行上下限，皆根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠商給出的正常工作范圍確定；.和分別為風(fēng) 機(jī)無功爬坡上下限，於和MX+::分別為SVG無功爬坡上下限，皆需經(jīng)過無功調(diào)速實(shí)驗(yàn)測(cè)試 結(jié)果確定。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104348189SQ201410673902
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】鄧亮戈, 周洪全, 鮮景潤, 李果 申請(qǐng)人:四川慧盈科技有限責(zé)任公司