一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電壓平衡的風(fēng)光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法
【專利說明】一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電壓平衡的風(fēng)光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電壓平衡的風(fēng)光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源發(fā)電因其無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)受到世界各國(guó)廣 泛關(guān)注，然而風(fēng)電、光伏發(fā)電的不確定性和波動(dòng)性給電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性造成一定影響，風(fēng)速 波動(dòng)會(huì)引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)，光伏電站有功出力的隨機(jī)性與電網(wǎng)不友好的特征也使電網(wǎng)電 壓不穩(wěn)定。
[0003] 以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的微電網(wǎng)作為超高壓、遠(yuǎn)距離、大電網(wǎng)供電模式的補(bǔ)充，代 表著電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向。風(fēng)電機(jī)組的原動(dòng)力為風(fēng)能，風(fēng)能由于風(fēng)的間歇性和隨機(jī)波動(dòng) 性使得風(fēng)電機(jī)組的發(fā)出的功率是間歇和波動(dòng)的，這些波動(dòng)性的風(fēng)能接入系統(tǒng)會(huì)給電力系統(tǒng) 帶來沖擊。同時(shí)，由于風(fēng)電機(jī)組為異步機(jī)，若不加以控制，在發(fā)出有功功率的同時(shí)，需要吸收 一定的無功功率，不利用系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。當(dāng)風(fēng)電滲透率較低時(shí)，這些影響不明顯，隨著風(fēng) 電滲透率的提高，風(fēng)能對(duì)電力系統(tǒng)的影響逐漸增大，在給電力系統(tǒng)帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也 給電網(wǎng)的運(yùn)行造成了一定的困難。
[0004] 在風(fēng)電并網(wǎng)比重較大的電力系統(tǒng)中，由于風(fēng)電場(chǎng)輸出功率具有不完全可控性和預(yù) 期性，會(huì)在一定程度上改變?cè)须娏ο到y(tǒng)潮流分布、線路輸送功率及整個(gè)系統(tǒng)的慣量，從而 對(duì)電網(wǎng)的有功、無功功率平衡、頻率及電壓穩(wěn)定產(chǎn)生了影響。針對(duì)風(fēng)光一體發(fā)電系統(tǒng)無功電 壓?jiǎn)栴}，通過控制無功出力可以對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)整。目前，對(duì)于由變速恒頻風(fēng)電機(jī)組組成 的風(fēng)電場(chǎng)，其無功電壓控制主要由風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)；對(duì)于光伏發(fā) 電系統(tǒng)，通常在光伏電站母線上安裝SVC等無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償光伏系統(tǒng)的無功需求，或 利用光伏逆變器本身的無功輸出能力向電網(wǎng)輸出無功功率以維持局部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。
[0005]儲(chǔ)能技術(shù)很大程度上解決新能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性問題，有效提高間歇性微 源的可預(yù)測(cè)性、確定性和經(jīng)濟(jì)性。此外，儲(chǔ)能技術(shù)在調(diào)頻調(diào)壓和改善系統(tǒng)有功、無功平衡水 平，提高微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力方面的作用也獲得了廣泛研究和證明。在風(fēng)電滲透率較高的 電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率及電壓變化時(shí)，要求風(fēng)儲(chǔ)集群對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能質(zhì) 量的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，必須根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，充分考慮到風(fēng)光儲(chǔ)集群的調(diào)節(jié)能力，才能 保證電力系統(tǒng)的可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電壓平衡的風(fēng)光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該監(jiān)控方 法可預(yù)測(cè)發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)光發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率和微電網(wǎng)中的負(fù)載變化，可追蹤大電網(wǎng)并 網(wǎng)點(diǎn)電壓信息，實(shí)時(shí)獲取大電網(wǎng)調(diào)度指令，實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊電池容量，能制定和實(shí)施 最適宜的控制策略，保障發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)時(shí)按照大電網(wǎng)的需求參與大電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)，保障 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的電壓穩(wěn)定。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電壓平衡的風(fēng)光一體發(fā)電系統(tǒng)的 監(jiān)控方法，該監(jiān)控方法包括如下步驟：
[0008] S1.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè) 備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的S0C，實(shí)時(shí)獲取微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率 需求情況；根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和取蓄電池模塊的S0C，對(duì)未來預(yù) 定時(shí)刻內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光儲(chǔ)設(shè)備的輸出有功和無功進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0009] S2.采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓信息，同時(shí)根據(jù)大電網(wǎng)調(diào)度指令和未來預(yù)定時(shí)刻內(nèi)對(duì)未來預(yù) 定時(shí)刻內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光儲(chǔ)設(shè)備的輸出有功和無功進(jìn)行預(yù)測(cè)，形成發(fā)電系統(tǒng)有功及無 功輸出需求；
[0010] S3.將發(fā)電系統(tǒng)有功及無功輸出需求、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的S0C、當(dāng)前為電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載 功率需求、未來風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備輸出有功和無功作為約束條件，實(shí)現(xiàn)發(fā)電系 統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
[0011] 優(yōu)選的，光伏發(fā)電設(shè)備包括光伏組件，所述在步驟S1中，采用如下方式預(yù)測(cè)光伏 發(fā)電設(shè)備的輸出功率：
[0012] S11.建立光伏組件的出力模型：Ppv(t) =ninvnpv(t)G(t)spv (ι)
[0013] 式中Spv為光伏面板接收太陽光照輻射的面積（m2)，G(t)光照輻射數(shù)值（W/m2)， npv(t)為光伏組件能量轉(zhuǎn)換效率，ηιην為逆變器轉(zhuǎn)換效率；
[0014] 其中，光伏組件的能量轉(zhuǎn)換效率與環(huán)境的溫度有關(guān)，環(huán)境溫度對(duì)光伏組件能量轉(zhuǎn) 換效率的影響為：
[0016] 式中ru為光伏組件標(biāo)準(zhǔn)溫度下測(cè)試的參考能量轉(zhuǎn)換效率，β為溫度對(duì)能量轉(zhuǎn)換 效率的影響系數(shù)，Te(t)為t時(shí)刻光伏組件的溫度值，1^為光伏組件參考標(biāo)準(zhǔn)溫度值；光伏 組件吸收太陽輻射，會(huì)與環(huán)境溫度一起作用引起光伏組件溫度發(fā)生變化，其表達(dá)式如下：
[0018] 式中T為周圍的環(huán)境溫度，Trat光伏組件運(yùn)行的額定溫度；
[0019] S12.實(shí)時(shí)檢測(cè)和收集光伏組件的周邊的日照信息和環(huán)境溫度，根據(jù)歷史日照信息 和環(huán)境溫度，預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度；
[0020] S13.根據(jù)未來一段時(shí)間內(nèi)的日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度，利用上述光伏組件的出力模型 計(jì)算未來時(shí)間內(nèi)的光伏發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率。
[0021] 優(yōu)選的，在S1后還有如下步驟，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求，利用 風(fēng)電機(jī)組的超速控制與槳距角控制，確定各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始有功功率、無功功率出力及 初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角。
[0022] 優(yōu)選的，各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始轉(zhuǎn)速的確定與風(fēng)速有關(guān)，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組有功功率輸 出能力與電力系統(tǒng)調(diào)頻備用需求，將風(fēng)速劃分為啟動(dòng)風(fēng)速段、低風(fēng)速段、中風(fēng)速段和高風(fēng)速 段4部分。其中，啟動(dòng)風(fēng)速段為切入風(fēng)速到門檻風(fēng)速，啟動(dòng)風(fēng)速段風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出能 力較小，轉(zhuǎn)速變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出影響不大；低風(fēng)速段上限為利用超速控制可提 供全部電力系統(tǒng)調(diào)頻備用需求的風(fēng)速；高風(fēng)速段下限為采用最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)，風(fēng)電機(jī)組 轉(zhuǎn)速達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)速；對(duì)應(yīng)不同風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組的初始轉(zhuǎn)速不同，初始轉(zhuǎn)速ω與風(fēng) 速關(guān)系滿足：
[0023]
[0024] 式⑷中，Rw為風(fēng)電機(jī)組半徑，λ為風(fēng)電機(jī)組按照最大功率點(diǎn)跟蹤控制時(shí)得到的 葉尖速比，λ'為風(fēng)電機(jī)組按照預(yù)留d%的有功功率作為調(diào)頻備用容量需求時(shí)得到的葉尖 速比，為檢測(cè)到的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速，為啟動(dòng)風(fēng)速段的最大風(fēng)速，vMd.in為中風(fēng)速段的 最小風(fēng)速。
[0025] 優(yōu)選的，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求，利用風(fēng)電機(jī)組的超速控制與 槳距角控制，確定各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始有功功率、無功功率出力、初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角，以 及儲(chǔ)能裝置的荷電狀態(tài)；其中風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)頻備用容量需求與各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始有功功率 出力、初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角以及儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)有關(guān)，風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)壓備用容量需求與各 臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始無功功率出力有關(guān)。
[0026] 風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻備用容量需求由各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的超速控制與槳距角控制共同提供。在 確定風(fēng)電機(jī)組的超速控制和槳距角控制分別承擔(dān)多少風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻備用容量需求后，可得到 對(duì)應(yīng)于該風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻備用容量需求的初始轉(zhuǎn)速和初始槳距角，并由初始轉(zhuǎn)速和初