一種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法可以預(yù)測風(fēng)電場的發(fā)電功率，預(yù)測負(fù)載的變化情況，實(shí)時(shí)檢測的蓄電池模塊電池容量和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，制定和實(shí)施最適宜的控制策略，保障風(fēng)電場平穩(wěn)輸出功率，提升儲能系統(tǒng)的安全性和使用壽命。
【專利說明】-種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)一種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)力發(fā)電憑借其綠色環(huán)保、資源豐富等優(yōu)勢，得到了世界各國的重視，成 為非化石燃料發(fā)電的重要來源。但風(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 難W提供穩(wěn)定、連續(xù)的功率輸出，波動性較大，直接并入電網(wǎng)必然會影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定運(yùn)行。因此，從電網(wǎng)安全角度考慮，為風(fēng)電場引入儲能裝置來平抑其功率波動，建立風(fēng)儲 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)是未來風(fēng)力發(fā)電的必然趨勢。
[0003] 風(fēng)儲系統(tǒng)是通過儲能快速地吸收剩余能量或補(bǔ)充功率缺額來平抑風(fēng)電場的功率 波動的，所W在利用儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場的功率波動的時(shí)候，無法保證對其進(jìn)行有規(guī)律的 充放電，容易出現(xiàn)過充過放，該不僅會影響其使用壽命，增加投入成本，而且在功率波動劇 烈時(shí)可能會使其充放電能力不足，影響風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的安全。
[0004] 風(fēng)儲系統(tǒng)是通過儲能快速地吸收剩余能量或補(bǔ)充功率缺額來平抑風(fēng)電場的功率 波動的，所W在利用儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場的功率波動的時(shí)候，無法保證對其進(jìn)行有規(guī)律的 充放電，容易出現(xiàn)過充過放，該不僅會影響其使用壽命，增加投入成本，而且在功率波動劇 烈時(shí)可能會使其充放電能力不足，影響風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的安全。如果在制定儲能系統(tǒng)充放電 策略時(shí)，加入對其SOC(State of化arge，荷電狀態(tài)）的額外控制，就可W在平抑風(fēng)電場功率 波動的同時(shí)，避免儲能系統(tǒng)的過充過放，使其能夠長期平滑風(fēng)電場的輸出功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法可W預(yù)測風(fēng)電場的發(fā)電功 率，預(yù)測負(fù)載的變化情況，實(shí)時(shí)檢測的蓄電池模塊電池容量和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情 況，制定和實(shí)施最適宜的控制策略，保障風(fēng)電場平穩(wěn)輸出功率，提升儲能系統(tǒng)的安全性和使 用壽命。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法基于如 下監(jiān)控裝置來實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控裝置包括：
[0007] 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電模塊，并對風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測；
[000引蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊；
[0009] 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場儲能系統(tǒng)中的負(fù)載，并對負(fù)載的功率變化情 況進(jìn)行預(yù)測；
[0010] 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中屯、獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況W及相關(guān)調(diào) 度信息；
[0011] 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制風(fēng)電場儲能系統(tǒng)連接或隔離配電網(wǎng)；
[0012] 中控模塊，用于確定風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊 發(fā)出指令，W執(zhí)行該運(yùn)行策略；
[0013] 總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)；
[0014] 該監(jiān)控方法包括如下步驟；
[0015] (1)風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí) 獲取負(fù)載的負(fù)荷變化情況；
[0016] (2)根據(jù)風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對未來預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的風(fēng)電模塊的輸出功率進(jìn)行預(yù) 巧。，根據(jù)風(fēng)電場負(fù)載的負(fù)荷變化情況，對負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測；
[0017] (3)實(shí)時(shí)檢測獲取蓄電池模塊的SOC，實(shí)時(shí)獲取配電網(wǎng)的參數(shù)和調(diào)度信息；
[001引 （4) W配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲能的SOC、未來風(fēng)電模塊輸出功率、W及 對未來負(fù)荷需求的變化作為約束條件，實(shí)現(xiàn)蓄電池模塊SOC的優(yōu)化控制。
[0019] 優(yōu)選的，在步驟（2)采用如下方式預(yù)測風(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 ;
[0020] (201)采集風(fēng)電模塊中當(dāng)前各類電量實(shí)測值作為各類電量的預(yù)測值的初始值，預(yù) 測值包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測值、風(fēng)機(jī)無功預(yù)測值《^|1 '風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測值I了、SVG無功 預(yù)測值fl5r"、SVG機(jī)端電壓預(yù)測值《^、風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測值咕=
[0021] (202)根據(jù)所述預(yù)測值建立由優(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)測值：
[002引 MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式（1)所示：
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法基于如下監(jiān)控裝置來實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控裝置包 括： 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電模塊，并對風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測； 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊； 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場儲能系統(tǒng)中的負(fù)載，并對負(fù)載的功率變化情況進(jìn) 行預(yù)測； 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，用于控制風(fēng)電場儲能系統(tǒng)連接或隔離配電網(wǎng)； 中控模塊，用于確定風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊發(fā)出 指令，以執(zhí)行該運(yùn)行策略； 總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)； 該監(jiān)控方法包括如下步驟： (1) 風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取 負(fù)載的負(fù)荷變化情況； (2) 根據(jù)風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對未來預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的風(fēng)電模塊的輸出功率進(jìn)行預(yù)測，根 據(jù)風(fēng)電場負(fù)載的負(fù)荷變化情況，對負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測； (3) 實(shí)時(shí)檢測獲取蓄電池模塊的SOC，實(shí)時(shí)獲取配電網(wǎng)的參數(shù)和調(diào)度信息； (4) 以配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲能的SOC、未來風(fēng)電模塊輸出功率、以及對未 來負(fù)荷需求的變化作為約束條件，實(shí)現(xiàn)蓄電池模塊SOC的優(yōu)化控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（2)中，采用如下方式預(yù)測風(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)測值作為各類電量的預(yù)測值的初始值，預(yù)測值 包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測值d、風(fēng)機(jī)無功預(yù)測值tC..、風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測值、SVG無功預(yù)測 值at、SVG機(jī)端電壓預(yù)測值^:、風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測值 (202) 根據(jù)所述預(yù)測值建立由優(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)測值： MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式（1)所示：
式⑴中CO.和心為優(yōu)化變量，和心含義分別為風(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)測點(diǎn)，At為預(yù)測點(diǎn)間隔，At由風(fēng)電模塊功率預(yù)測時(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):
式（2)中表示PCC電壓的參考值，從主站控制指令中提取后設(shè)定； F2為SVG無功儲備水平，F(xiàn)2具體表達(dá)式如式（3):
式⑶中CKL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)測約束條件：
式（4)中*為風(fēng)機(jī)有功預(yù)測誤差；Na和Nm分別為AR和MA模型的階數(shù)，巾k和9k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)測中參與計(jì)算數(shù)據(jù)（包 括/St..、)對應(yīng)時(shí)刻，下標(biāo)k表征預(yù)測時(shí)刻前推kAt時(shí)間，當(dāng)ti，j-k< 0時(shí)，有功預(yù)測 值應(yīng)取對應(yīng)時(shí)刻歷史值； 風(fēng)機(jī)無功預(yù)測約束條件： 風(fēng)機(jī)無功在下次控制前達(dá)到設(shè)定值：
第i個(gè)控制周期內(nèi)的各預(yù)測點(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)測試試驗(yàn)獲取。 SVG無功預(yù)測約束條件： SVG無功參考值C1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)測值如式（8)所示：
式⑶中時(shí)間常數(shù)Td為SVG電力電子裝置動作延時(shí)； 電壓預(yù)測約束條件：
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（11)中Vmax和Vmin分別為由PCC、風(fēng)機(jī)和SVG電壓預(yù)測值構(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；和分別為風(fēng)機(jī)無功運(yùn)行上下限，和別為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，處=和分別為SVG無功爬坡上下限，皆需經(jīng)過無功調(diào)速實(shí)驗(yàn)測試 結(jié)果確定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟（4)中，上述蓄電池模塊SOC的優(yōu) 化控制包括以下步驟： (41)求解最優(yōu)SOC范圍，具體步驟為： 最優(yōu)SOC范圍優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：
其中，S0(；pt>表示儲能系統(tǒng)最優(yōu)工作范圍的下限，SOC_ _表示儲能系統(tǒng)最優(yōu)工作 范圍的上限，30(：_表示儲能系統(tǒng)正常工作范圍的下限，SOC_表示儲能系統(tǒng)正常工作范圍 的上限，h、x2、x3、人4分別為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，均為正數(shù)且權(quán)重系數(shù)和為1，socCti)和 socUg)分別為&時(shí)刻和tH時(shí)刻的儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)，pBMf(ti)為儲能系統(tǒng)在&時(shí)刻 的設(shè)定功率，emp為儲能系統(tǒng)的容量，為風(fēng)電場經(jīng)過儲能系統(tǒng)平抑后的并網(wǎng)功率， Uop^Q^ti)表示初始時(shí)刻荷電狀態(tài)soc(tQ)為S0(；ptmin時(shí)，ti時(shí)刻儲能系統(tǒng)是否出現(xiàn)過充 過放；表示初始時(shí)刻荷電狀態(tài)socaj為soc_max時(shí)，ti時(shí)刻儲能系統(tǒng)是否出 現(xiàn)過充過放；儲能系統(tǒng)所允許的最大充電功率，Pdisc;hmax為儲能系統(tǒng)所允許的最大 放電功率；Nk表示第k個(gè)波動控制時(shí)間范圍內(nèi)時(shí)間步長At的個(gè)數(shù)，K表示波動控制時(shí)間范 圍的數(shù)量，yk表示第k個(gè)波動控制時(shí)間范圍內(nèi)允許的功率最大變化量； 設(shè)定粒子的屬性為soc_min、S0C_ _和PB ,ef(ti)，采用粒子群算法對最優(yōu)S0C范圍優(yōu)化 模型求解即可得到最優(yōu)的S0Copt_min、S0Copt_max; (42)風(fēng)儲系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，根據(jù)實(shí)時(shí)的荷電狀態(tài)偏移比例和儲能系統(tǒng)的設(shè)定功率， 周期性地調(diào)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)，每次調(diào)節(jié)的具體方法為： (421) 偏移比例計(jì)算： 根據(jù)得到的最優(yōu)S0C范圍（S0(；ptmin，S0(；ptmax)和儲能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)S0C計(jì)算荷電狀態(tài)偏 移比例proASQC；，計(jì)算公式為：
(422) 將荷電狀態(tài)偏移比例proAS0C和儲能系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的設(shè)定功率PB ,ef作為輸入， 濾波時(shí)間常數(shù)T作為輸出，根據(jù)預(yù)設(shè)的模糊控制規(guī)則，采用模糊控制策略得到濾波時(shí)間常 數(shù)T; (423) 本次調(diào)節(jié)周期內(nèi)，根據(jù)步驟（422)得到的濾波時(shí)間常數(shù)T對風(fēng)電場的實(shí)際輸出功 率？￥進(jìn)行低通濾波，平抑后的期望并網(wǎng)功率記為，計(jì)算得到儲能系統(tǒng)的目標(biāo)設(shè)定功率 戶K -A，并根據(jù)以下公式對目標(biāo)設(shè)定功率進(jìn)行限值處理，得到最終的設(shè)定功率 PB_Mf，限制處理公式為：
其中，S0CpMtot表示設(shè)定的荷電狀態(tài)保護(hù)，Ak表示濾波時(shí)間常數(shù)調(diào)節(jié)的控制周期。
【文檔編號】H02J3/32GK104485681SQ201510002860
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月5日
【發(fā)明者】肖會 申請人:成都鼎智匯科技有限公司