一種儲能抑制光伏電站快速功率變化的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種控制光伏電站功率變化的控制方法，具體涉及一種儲能抑制光伏 電站快速功率變化的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展和各項(xiàng)國家政策的出臺，我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量不 斷增加，國家能源局公布2014年光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量2805萬千瓦，其中光伏電站2338萬 千瓦，分布式光伏467萬千瓦。這些光伏電站大多位于光資源豐富西北和西藏地區(qū)，而光伏 發(fā)電受天氣條件的影響具有極大的不確定性，其間歇性和波動(dòng)性微電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行帶來了 新的挑戰(zhàn)。儲能系統(tǒng)為解決光伏發(fā)電波動(dòng)性問題提供了新的思路，通過在光伏電站配置相 應(yīng)容量的儲能系統(tǒng)，可以顯著改善光伏電站的有功輸出特性，進(jìn)而提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性 和穩(wěn)定性。
[0003] 對于大型光伏電站而言，多使用集中式儲能配置方式，即光伏陣列和儲能系統(tǒng)分 別通過逆變器接入交流母線，再通過變壓器接入電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)接入交流母線，直接對整個(gè) 光伏電站進(jìn)行削峰填谷、平抑波動(dòng)?，F(xiàn)有儲能系統(tǒng)控制策略只對光伏電站的功率輸出曲線 進(jìn)行簡單補(bǔ)償，不具備準(zhǔn)確的光伏發(fā)電出力預(yù)測模型，采用離線方法對光伏電站和儲能進(jìn) 行控制將產(chǎn)生較大偏差，配置的儲能系統(tǒng)容量也未得到優(yōu)化，同時(shí)也使得儲能深度充放電 影響其使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種儲能抑制光伏電站快速功率變化 的控制方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了良好的抑制光伏電站功率波動(dòng)效果，降低系統(tǒng)成本，提高光伏電 站接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] -種儲能抑制光伏電站快速功率變化的控制方法，所述方法包括如下步驟：
[0007] (1)接收電網(wǎng)的有功功率、光伏電站出力的調(diào)度數(shù)據(jù)、預(yù)測模型的預(yù)測數(shù)據(jù)和儲能 系統(tǒng)的約束數(shù)據(jù)；
[0008] (2)建立光伏預(yù)測模型，并對光伏出力進(jìn)行預(yù)測；
[0009] (3)使用機(jī)會約束的方法求解目標(biāo)函數(shù)，得出儲能系統(tǒng)的出力值；
[0010] (4)控制儲能系統(tǒng)的輸出功率，抑制光伏陣列產(chǎn)生的波動(dòng)。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述光伏電站出力的調(diào)度數(shù)據(jù)包括預(yù)測前一日的光伏出 力、環(huán)境溫度、光板溫度和相對濕度，所述預(yù)測數(shù)據(jù)包括預(yù)測日的環(huán)境溫度、光電板溫度和 相對濕度。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述電網(wǎng)的有功功率為光伏陣列和儲能系統(tǒng)的輸出功率 之和，公式如下：
[0013] PG(k+l)=PB(k)+Pp(k) (1)
[0014] 式中，Pc(k+1)為k+1時(shí)刻的光儲聯(lián)合輸出功率，PB(k)為k時(shí)刻的儲能輸出功率，Pp (k)為k時(shí)刻的原始光伏電站輸出功率；
[0015] 所述儲能系統(tǒng)SOC的計(jì)算公式如下：
[0016] EB(k+l)=EB(k)-nA TbPb(Ic) (2)
[0017]式中，EB(k+l)為k+1時(shí)刻的儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)，EB(k)為k時(shí)刻的儲能系統(tǒng)荷電狀 態(tài)，η為儲能充放電效率系數(shù)，Δ Tb為采樣時(shí)間常數(shù)，其值為采樣時(shí)間/60min。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中，所述約束數(shù)據(jù)包括:儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)和充放電功率 的約束條件；
[0019] 儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)限制：
[0020] SOCmin < Eb (k+h | k) < SOCmax ,Κ=1,2,···,Η (3)
[0021] 儲能系統(tǒng)的充放電功率限制：
[0022] -PB;max<PB(k+h|k) <ΡΒ>ω3Χ,Κ=1,2,···,Η (4)
[0023] SOCmir^P SOCma^別為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)的下限和上限，-Pb , max和Pb , max分別為儲 能系統(tǒng)的充放電功率的下限和上限，（k+h |k)代表采樣時(shí)間k時(shí)刻對k+h時(shí)刻的預(yù)測值，H為 預(yù)測時(shí)長。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟(2)中，根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立所述光伏預(yù)測模型，公式如下：
[0025] x = f (wiu+bi) (5)
[0026] y = f (w2X+b2) (6)
[0027] 式中u、x、y分別表示r維輸入層節(jié)點(diǎn)向量、n維隱含層節(jié)點(diǎn)向量和m維輸出節(jié)點(diǎn)向 量，^和《2分別表示輸入層到隱含層和隱含層到輸出層的連接權(quán)值，匕和13 2分別表示隱含層 和輸出層的閾值，f〇為層與層之間的傳遞函數(shù)，選用S型函數(shù)。 I -f e
[0030] 式中，J為目標(biāo)函數(shù)，（k+h I k)代表采樣時(shí)間k時(shí)刻對k+h時(shí)刻的預(yù)測值，H為預(yù)測時(shí) 長，α、β為權(quán)重值，PdO是電網(wǎng)對光伏電站的要求功率，即調(diào)度數(shù)據(jù)。[0031] 優(yōu)選的，所述步驟(3)中，基于所述儲能系統(tǒng)的約束數(shù)據(jù)使用所述機(jī)會約束的方 法，引入新的變量?! (k+h I k )、P2 (k+h I k )，從而引入新的機(jī)會約束Pr [ I Pg (k+h I k) -Pg (k+h-1 k)| SPKk+hlk)] 2 γ，Pr[ |pG(k+h|k)-pD(k+h|k) I <p2(k+h|k)] 2 η，γ，ne(0，i)，代表概 率，Pr[x]表示事件X發(fā)生的可能性，進(jìn)而求解目標(biāo)函數(shù)的最小值。[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：[0033] 本發(fā)明基于模型預(yù)測控制方法，設(shè)計(jì)儲能抑制光伏電站快速功率變化控制策略， 可以實(shí)現(xiàn)良好的抑制光伏電站功率波動(dòng)效果，降低系統(tǒng)成本，提高光伏電站接入電網(wǎng)的穩(wěn) 定性。
[0028] 優(yōu)選的，所述步驟(3)中，所述目標(biāo)函數(shù)為光儲聯(lián)合輸出功率的波動(dòng)值的平方和、 光儲聯(lián)合輸出功率與調(diào)度要求之差的平方和、儲能充放電量的平方各自乘以權(quán)重系數(shù)后的 和，即：
[0029] (7)
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明提供的光伏電站和儲能聯(lián)合系統(tǒng)示意圖
[0035] 圖2是本發(fā)明提供的一種儲能抑制光伏電站快速功率變化的控制方法的流程圖 [0036]圖3是本發(fā)明提供的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型示意圖
[0037]圖4是本發(fā)明提供的預(yù)測模型預(yù)測控制結(jié)構(gòu)圖
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明中光伏電站和儲能聯(lián)合系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:包含光伏陣列、儲 能系統(tǒng)、兩個(gè)變流器、一臺變壓器和一個(gè)MPC(模型預(yù)測控制)控制器，光伏陣列和儲能系統(tǒng) 分別通過變流器接入交流母線，再通過變壓器接入電網(wǎng)。輸入電網(wǎng)的有功功率為光伏陣列 和儲能系統(tǒng)的輸出功率之和。MPC控制器接收電網(wǎng)對光伏電站出力的調(diào)度數(shù)據(jù)、預(yù)測模型的 預(yù)測數(shù)據(jù)和儲能電池的約束數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)帶入優(yōu)化模型，使用機(jī)會約束的方法求解 目標(biāo)函數(shù)，得出儲能系統(tǒng)的出力值，進(jìn)而控制儲能系統(tǒng)的輸出功率，抑制光伏陣列產(chǎn)生的波 動(dòng)，跟蹤調(diào)度指令的要求。
[0040] 如圖2所示，為本發(fā)明提供的一種儲能抑制光伏電站快速功率變化的控制方法，包 括如下步驟：
[0041] 步驟1、接收電網(wǎng)的有功功率、光伏電站出力的調(diào)度數(shù)據(jù)、預(yù)測模型的預(yù)測數(shù)據(jù)和 儲能系統(tǒng)的約束數(shù)據(jù)；
[0042] 所述光伏電站出力的調(diào)度數(shù)據(jù)包括預(yù)測前一日的光伏出力、環(huán)境溫度、光板溫度 和相對濕度，所述預(yù)測數(shù)據(jù)包括預(yù)測日的環(huán)境溫度、光電板溫度和相對濕度。
[0043] 所述電網(wǎng)的有功功率為光伏陣列和儲能系統(tǒng)的輸出功率之和，公式如下：
[0044] PG(k+l)=PB(k)+Pp(k) (1)
[0045] 式中，Pc(k+1)為k+1時(shí)刻的光儲聯(lián)合輸出功率，PB(k)為k時(shí)刻的儲能輸出功率，Pp (k)為k時(shí)刻的原始光伏電站輸出功率；
[0046]所述儲能系統(tǒng)SOC的計(jì)算公式如下：
[0047] EB(k+l)=EB(k)-nATBPB(k) (2)
[0048] 式中，EB(k+l)為k+1時(shí)刻的儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)，EB(k)為k時(shí)刻的儲能系統(tǒng)荷電狀 態(tài)，η為儲能充放電效率系數(shù)，Δ Tb為采樣時(shí)間常數(shù)，其值為采樣時(shí)間/60min。
[0049] 所述約束數(shù)據(jù)包括:儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)和充放電功率的約束條件；
[0050] 儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)限制：
[0051] SOCmin < Eb (k+h | k) < SOCmax ,Κ=1,2,···,Η (3)