本發(fā)明涉及一種基于冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)的光伏電站出力快速調(diào)控系統(tǒng)，屬于新能源發(fā)電控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，太陽能開發(fā)利用規(guī)?？焖贁U(kuò)大，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)加快，成本顯著降低，已成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域。截至2015年底，全球太陽能發(fā)電裝機(jī)累計(jì)達(dá)到2.3億千瓦，當(dāng)年新增裝機(jī)超過5300萬千瓦，占全球新增發(fā)電裝機(jī)的20％。2006至2015年光伏發(fā)電平均年增長率超過40％，成為全球增長速度最快的能源品種。我國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)從2010年的86萬千瓦增長到2015年的4318萬千瓦，2015年新增裝機(jī)1513萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)和年度新增裝機(jī)均居全球首位。光伏發(fā)電應(yīng)用逐漸形成東中西部共同發(fā)展、集中式和分布式并舉的格局。光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、生態(tài)治理等各種產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展模式不斷創(chuàng)新，已進(jìn)入多元化、規(guī)?；l(fā)展的新階段。

“十三五”將是太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，基本任務(wù)是產(chǎn)業(yè)升級(jí)、降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不依賴國家補(bǔ)貼的市場(chǎng)化自我持續(xù)發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)2020年和2030年非化石能源分別占一次能源消費(fèi)比重15％和20％目標(biāo)的重要力量。

然而在光伏電站的運(yùn)行和控制過程中，遇到了一些困難和挑戰(zhàn)。光伏電站出力完全取決于輻照情況。輻照曲線是一個(gè)很明顯的“單峰”形態(tài)，即從早上開始輻照量逐漸升高，到中午時(shí)達(dá)到最大值，繼而逐漸減少，直至太陽落山。因此光伏電站的出力曲線也基本呈“單峰”形態(tài)。而負(fù)荷曲線則會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷結(jié)構(gòu)有豐富的“峰-谷-平”變化，通常在早上7點(diǎn)至9點(diǎn)以及晚上6點(diǎn)至8點(diǎn)存在用電高峰，而中午時(shí)段一般用電需求較少，這就造成光伏電站的出力曲線和負(fù)荷曲線有較大的差異：在光伏電站出力較少的早上和傍晚負(fù)荷需求較高，而在光伏電站出力最多的中午時(shí)段負(fù)荷需求較少。傳統(tǒng)的控制手段對(duì)于區(qū)域內(nèi)電力供大于求時(shí)段需要利用遠(yuǎn)距離輸電將富余的電力外送或者直接進(jìn)行棄光處理，造成網(wǎng)損增加、資源浪費(fèi)；而對(duì)于供小于求的時(shí)段，則缺乏有效的方法快速提高光伏電站的出力，以縮小電力供應(yīng)缺口，只能通過諸如火電、水電等常規(guī)可控電源進(jìn)行負(fù)荷調(diào)峰，如果這些電源與負(fù)荷地理位置相距較遠(yuǎn)，則需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離電能輸送，同樣造成網(wǎng)損增加。因此，傳統(tǒng)的控制策略無法達(dá)到綜合優(yōu)化利用太陽能資源的目的，且不滿足國家能源局最新給出的分布式能源就近消納的方針。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)的光伏電站出力快速調(diào)控系統(tǒng)，利用光伏電池的溫度特性快速調(diào)節(jié)光伏電站的出力，能夠平抑光伏電站出力和負(fù)荷需求的供求差異，避免了在供大于求時(shí)電力遠(yuǎn)距離外送或棄光所造成的網(wǎng)損增加、資源浪費(fèi)，提高能源綜合利用效果。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)的光伏電站出力快速調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于：在光伏電站設(shè)置熱水庫和冷水庫，冷水庫內(nèi)安裝制冷裝置，光伏組件背板上裝設(shè)與熱水庫和冷水庫貫通的散熱管道，冷水庫的出水接入散熱管道的入水口，散熱管道的出水接入熱水庫。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)電能供大于求時(shí)，利用多余的電能通過裝設(shè)于冷水庫內(nèi)制冷裝置對(duì)冷水庫內(nèi)的水進(jìn)行制冷。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)電能供小于求時(shí)，將冷水庫內(nèi)冷水通過管道注入光伏組件背板上的散熱管道，在散熱管道循環(huán)后流出的水接入熱水庫。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)有尖峰型負(fù)荷投入時(shí)，將冷水庫內(nèi)冷水通過管道注入光伏組件背板上的散熱管道，在散熱管道循環(huán)后流出的水接入熱水庫。

熱水庫中的熱水供應(yīng)光伏電站及周邊設(shè)施的熱負(fù)荷需求，多余的熱水通過管道自然散熱后流入冷水庫循環(huán)利用。

還包括有水動(dòng)力系統(tǒng)，由水動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)水在冷水庫和熱水庫間循環(huán)。

當(dāng)輻照條件一定時(shí)，光伏組件最大出力隨溫度變化的表達(dá)式為：

其中，P_T、K、T₀、T分別為工作溫度T下光伏組件最大出力、標(biāo)準(zhǔn)溫度T₀下光伏組件最大出力、溫度系數(shù)、光伏組件標(biāo)準(zhǔn)工作溫度以及光伏組件實(shí)際工作溫度。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)電能供大于求時(shí)，利用多余的電能對(duì)冷水庫內(nèi)的水進(jìn)行制冷，使P₁＝P_REF+L₁；

其中P₁、P_REF、L₁分別為電能供給區(qū)域內(nèi)供大于求時(shí)的光伏發(fā)電有功出力、制冷功率以及負(fù)荷需求。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)電能供小于求時(shí)，利用冷水庫流出的冷水通過背板上的散熱管道對(duì)背板進(jìn)行冷卻降溫，使L₂＝P₂+ΔP₂；

其中L₂、P₂、ΔP₂分別為電能供給區(qū)域內(nèi)供小于求時(shí)的負(fù)荷需求、光伏電站未冷卻降溫的出力以及光伏電站冷卻降溫后的出力增量。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)有尖峰型負(fù)荷投入時(shí)，光伏電站根據(jù)調(diào)度指令，事先做冷卻降溫處理，使

其中分別為尖峰負(fù)荷投入前的負(fù)荷需求、尖峰負(fù)荷需求、尖峰負(fù)荷投入前的光伏電站出力以及通過冷卻降溫形成的出力裕度。

光伏組件標(biāo)準(zhǔn)工作溫度T₀＝25℃。

當(dāng)輻照強(qiáng)度為1000W/m²時(shí)，參考樣本溫度系數(shù)K＝－0.41％/℃。

光伏電站冷卻降溫后的出力增量為：

ΔP₂＝P₂×K×ΔT

其中，ΔT為冷卻降溫過程使光伏組件溫度發(fā)生的變化量。

光伏板工作時(shí)溫度可達(dá)100℃以上，若利用冷水通過背板散熱管道對(duì)光伏板進(jìn)行冷卻降溫至40℃，參考樣本溫度系數(shù)K＝－0.41％/℃，則短時(shí)間內(nèi)功率提升將超過20％。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

本發(fā)明可利用光伏電池的溫度特性快速調(diào)節(jié)光伏電站的出力，平抑了光伏電站出力和負(fù)荷需求的天然供求差異，避免了在供大于求時(shí)電力遠(yuǎn)距離外送或棄光所造成的網(wǎng)損增加、資源浪費(fèi)，并在供小于求時(shí)提供了一種快速增加光伏發(fā)電能力的手段，同時(shí)滿足了電站及周邊設(shè)施的部分熱水需求，提高能源綜合利用效果。

附圖說明

圖1為一種基于冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)的光伏電站出力快速調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為未進(jìn)行出力調(diào)控情況下的負(fù)荷需求與電站出力曲線對(duì)比圖。

圖3為進(jìn)行出力調(diào)控后的負(fù)荷需求與電站出力曲線對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種基于冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)的光伏電站出力快速調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由冷水庫1、冷水庫1內(nèi)安裝的制冷設(shè)備11、熱水庫2、光伏組件背板3上裝設(shè)與熱水庫和冷水庫貫通的散熱管道4以及相應(yīng)的輸水管道和水動(dòng)力系統(tǒng)組成。冷水庫的出水接入散熱管道的入水口5，散熱管道的出水口6接入熱水庫。由水動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)水在冷水庫1和熱水庫2間循環(huán)。

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)電能供大于求時(shí)，利用多余的電能對(duì)冷水庫內(nèi)的水進(jìn)行制冷，滿足系統(tǒng)功率平衡，即使P₁＝P_REF+L₁；

其中P₁、P_REF、L₁分別為電能供給區(qū)域內(nèi)供大于求時(shí)的光伏電站出力、制冷功率以及負(fù)荷需求；

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)電能供小于求時(shí)，利用冷水通過背板散熱管道對(duì)光伏板進(jìn)行冷卻降溫，快速提高系統(tǒng)出力輸出，即使L₂＝P₂+ΔP₂；

其中L₂、P₂、ΔP₂分別為供電區(qū)域內(nèi)供小于求時(shí)的負(fù)荷需求、光伏電站在冷卻降溫前的出力以及光伏電站冷卻降溫后的出力增量；

當(dāng)供電區(qū)域內(nèi)有尖峰型負(fù)荷投入時(shí)，電站可根據(jù)調(diào)度指令，事先做好冷卻處理，提高發(fā)電能力裕度，即使

其中分別為尖峰負(fù)荷投入前的負(fù)荷需求、尖峰負(fù)荷需求、尖峰負(fù)荷投入前的光伏電站出力以及通過冷卻降溫形成的出力裕度；

冷卻降溫所用的冷卻水經(jīng)加熱后流入熱水庫2，可對(duì)電站及周邊設(shè)施7進(jìn)行熱水供應(yīng)；剩余熱水經(jīng)過管道散熱后回流入冷水庫1循環(huán)利用。

根據(jù)光伏組件廠家的測(cè)試結(jié)果，當(dāng)輻照條件一定時(shí)，組件最大出力隨溫度的變化數(shù)學(xué)表達(dá)式為，

其中，P_T、K、T₀、T分別為工作溫度T下組件最大出力、標(biāo)準(zhǔn)溫度T₀下組件最大出力、溫度系數(shù)、組件標(biāo)準(zhǔn)工作溫度T₀＝25℃以及組件實(shí)際工作溫度。當(dāng)輻照強(qiáng)度為1000W/m²時(shí)，參考樣本溫度系數(shù)K＝－0.41％/℃。

通過冷卻降溫使光伏組件工作溫度降低，則光伏電站冷卻降溫后的出力增量可表示為：

ΔP₂＝P₂×K×ΔT

其中，ΔP₂、P₂、ΔT分別為光伏電站冷卻降溫后的出力增量、光伏電站冷卻降溫前出力、冷卻降溫過程使光伏組件溫度發(fā)生的變化量。光伏板工作時(shí)溫度可達(dá)100℃以上，若利用冷水通過背板散熱管道對(duì)光伏板進(jìn)行冷卻降溫至40℃，參考樣本溫度系數(shù)K＝－0.41％/℃，則短時(shí)間內(nèi)功率提升將超過20％。

如圖2所示，為未進(jìn)行出力調(diào)控情況下的負(fù)荷需求與電站出力曲線對(duì)比圖。早上7點(diǎn)至9點(diǎn)以及晚上6點(diǎn)至8點(diǎn)用電高峰時(shí)期光伏電站出力較少，需要通過諸如火電、水電等常規(guī)可控電源對(duì)負(fù)荷進(jìn)行供給。而中午時(shí)段負(fù)荷需求較少，此時(shí)光伏電站出力達(dá)到峰值，超過負(fù)荷需求，只能通過遠(yuǎn)距離電力外送或者棄光方式保證電能供需平衡。

如圖3所示，為進(jìn)行出力調(diào)控后的負(fù)荷需求與電站出力曲線對(duì)比圖。采用基于冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)的光伏電站出力快速調(diào)控方法后，早高峰時(shí)段可通過光伏電站自我調(diào)節(jié)，縮小20％以上的電力缺口；中午時(shí)段光伏電站所發(fā)多余電能可用于冷水庫制冷；用電晚高峰時(shí)段初期的電能缺口也可得到一定程度的彌補(bǔ)；同時(shí)可以解決電站及周邊設(shè)施的部分熱水供應(yīng)問題。能源綜合利用效果得以提高。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。