一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计的制作方法
【专利摘要】本发明是一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计。包括有：光伏发电模型，蓄电池模型，DC/DC控制器，DC/AC控制器，耦合电感器，断路器，工业负荷模型，功率测量装置等。模拟在实现光伏-蓄电池发电系统联网运行时，通过功率测量装置实时监测主电网内负荷吸收的总功率与主电网提供功率关系，根据电网当前运行状况(负荷高峰、低估)，考虑不同天气条件光伏发电的实际输出(是否上网、最大功率运行、恒功率运行等)、蓄电池的充放电状态(过充和过放)，通过光伏与蓄电池的配合工作，最大限度为电网提供频率支撑，提高电网的稳定性。本发明能有效地提高电网供电质量，维持电网系统的稳定，且操作原理简单易懂，可行性强。
【专利说明】一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计
【技术领域】
[0001]基于能源、环境和经济可持续发展的要求，对传统电网进行设计换代，开发智能型、充分利用可再生能源发电是21世纪电网改造的方向。分布式光伏发电由于采用了大量的绿色清洁的太阳能且能为用户提供可靠的、高质量的电能而成为今后电网发展的重要组成部分。迄今为止，分布式光伏发电的并网运行处于发展阶段，所以增加分布式光伏发电并网功能的研究设计是非常必要的。
[0002]本发明一一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计，是通过matlab软件模拟光伏-蓄电池发电系统，根据电网当前运行状况(负荷高峰、低估)，考虑不同天气条件光伏发电的实际输出(是否上网、最大功率运行、恒功率运行等)、蓄电池的充放电状态(过充和过放)，调节光伏发电与蓄电池的配合工作，最大限度为为电网提供频率支撑，提高电网的稳定性。本发明使得分布式光伏发电并网提供频率支持成为可能，为推进我国智能电网的发展，起到了积极的作用。
【背景技术】
[0003]分布式光伏发电是电网改造、开发智能型、充分利用可再生能源的发电的一个典型代表，然而在分布式光伏发电并网功能上，没有一个明确的方法的范例，因此通过光伏发电和蓄电池配合为电网提供频率支撑的方法设计是非常有必要的，这在推进新技术发展的同时，又达到了显著的效果。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，在光伏-蓄电池合理有效配合的基础上，提出一种行之有效的设计方法，在主电网在需要的时候，为其提供频率支撑功能。
[0005]本发明包括:光伏发电模型，蓄电池模型，Stateflow控制流程图，DC/DC控制器，DC/AC控制器，耦合电感器，断路器，工业负荷模型，功率测量装置。
[0006]光伏发电模型是用于实际模拟在不同光照条件、不同环境温度的光伏发电功率输出。
[0007]蓄电池模型与DC/DC控制器是主要模拟蓄电池的不同荷电状态的充放电情况。
[0008]DC/AC控制器是模拟控制分布式电源并网，耦合电感器是模拟确保线路阻抗呈现感性。
[0009]功率检测装置用于检测电网实时的有功功率和无功功率。
[0010]Stateflow控制流程图是用于根据电网实时的不同频率,考虑不同天气条件光伏发电的实际输出、蓄电池的充放电状态，控制DC/DC控制器、DC/AC控制器工作在不同的工作模式，以及断路器的开断，使光伏蓄电池发电系统最大限度地为主电网提供或吸收有功功率，为电网频率提供相应的支撑，改善电网输出的电能质量，提高电网系统稳定性。
【专利附图】
【附图说明】[0011]图1是光伏蓄电池发电系统联网运行整体原理结构图；
[0012]图2是电网不同频率的stateflow控制流程图；
[0013]下面结合实例和附图对本发明一一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计作详细说明。
[0014]如图1所示，光伏单元不采用DC/DC控制器，光伏发电单元与经过DC/DC控制器的蓄电池连接在同一条直流母线上，直流母线连接双向DC/AC控制器，通过断路器SI连接工业负荷模型，再连接耦合电感器，该耦合电感器可被断路器S3旁路，最后经过断路器S2与主电网连接。实现光伏-蓄电池发电系统联网运行。
[0015]如图2所示，根据电网实时频率stateflow控制流程图主要有6种工作模式。
[0016]模式1:电网系统频率小于49Hz时进入此模式,该模式表示电网系统有功功率缺额极大，系统频率急剧下降，超出电力系统规定的范围，系统即将无法正常运行。在该模式下，系统应立即切除二级及其以下负荷，只向一级负荷供电。当光伏输出功率大于10kW，达到逆变器额定功率，光伏与蓄电池配合，光伏工作在最大功率跟踪(MPPT)状态，在保证本地工业负荷正常工作情况下，最大限度向电网输送多余电能，直到蓄电池储能用尽，在此过程中，由于电力系统的惯性，每经过一分钟检测一次系统频率，若系统频率任然小于49Hz，则多功能光伏-蓄电池系统已不能弥补电网系统的功率缺额，该系统转换为孤岛运行，只为本地工业负荷供能；当光伏输出功率小于10kW，未达到达到逆变器额定功率，光伏发电不能上网运行，光伏不工作且保持直流母线电压恒定，蓄电池放电，在保证本地工业负荷正常工作情况下，最大限度向电网输送多余的电能，直到蓄电池储能用尽，在此过程中，由于电力系统的惯性，每经过一分钟检测一次系统频率，若系统频率任然小于49Hz，则多功能光伏-蓄电池系统已不能弥补电网系统的功率缺额，该系统转换为孤岛运行，只为本地工业负荷供能。
[0017]模式2:电网系统频率49 <=f <= 49.5时进入此模式,该模式表示电网系统有功功率缺额较大，系统频率下降较多，有可能超出电力系统规定的范围，增加系统无法正常运行的风险。在该模式下，多功能光伏-蓄电池发电系统应充分考虑在不同时段、不同工作情况下的电价问题，保证本地工业负荷及二次负荷正常工作情况下，尽可能多的向电网系统输送电能。当光伏输出功率大于IOkW,达到逆变器额定功率，光伏与蓄电池配合，光伏工作在最大功率跟踪(MPPT)状态，直到蓄电池储能用尽后，DC/DC控制器关闭，蓄电池停止工作，DC/AC控制器改变其控制方式，保证光伏独立工作时，其输出满足用户用电质量要求；当光伏输出功率小于10kW，未达到达到逆变器额定功率，光伏发电不能上网运行，光伏不工作且保持直流母线电压恒定，蓄电池放电，在保证本地工业负荷正常工作情况下，最大限度向电网输送多余的电能，直到蓄电池储能用尽。
[0018]模式3:电网系统频率49.5 < f <= 50时进入此模式,该模式表示电网系统有功功率缺额较小，系统频率下降小，在电力系统规定的范围，系统正常运行。在该模式下，无论光伏是否上网运行，蓄电池都处于关闭状态。当光伏输出功率大于IOkW,达到逆变器额定功率，光伏工作在最大功率跟踪(MPPT)状态，DC/AC控制器工作在恒功率输出模式。当光伏输出功率小于10kW，未达到达到逆变器额定功率，光伏发电不能上网运行，光伏发电不工作。
[0019]模式4:电网系统频率50 < f <= 50.5时进入此模式，该模式表示电网系统有功功率有部分剩余，系统频率小幅上升，在电力系统规定范围，系统处于正常运行状态。在该状态下，多功能光伏-蓄电池发电系统应充分考虑在不同时段、不同工作情况下的电价问题，首先满足本地工业负荷及二次负荷正常工作，其次给蓄电池充电，最后向电网功能。当光伏输出功率大于IOkW,达到逆变器额定功率，通过检测蓄电池端口电压，确定是否向蓄电池充电。若蓄电池端口电压达到额定工作电压的95%时，DC/DC控制器关闭，蓄电池不工作，DC/AC工作在恒功率输出模式；若蓄电池端口电压未达到额定工作电压的95%，蓄电池需要充电，首先对蓄电池采用横流充电模式，随着蓄电池电能增多，充电状态(SOC)发生变化，蓄电池端口电压升高，当达到90 %的蓄电池端口电压时，充电模式由横电流充电转换为恒电压充电，当蓄电池端口电压升高到95 %，且充电电流小于IA时，蓄电池充电已满，停止充电，在蓄电池充电过程中，DC/AC控制器工作在恒功率输出模式。当光伏输出功率小于10kW，未达到达到逆变器额定功率，光伏发电不能上网运行，光伏发电和蓄电池都不工作。
[0020]模式5:电网系统频率50.5 < f < 51时进入此模式，该模式表示电网系统有功功率过剩，系统频率大幅度上升，有可能超出电力系统规定的范围，增加系统无法正常运行的风险。在该模式下，考虑到此时电价、光伏发电运行成本等问题，光伏发电整个过程都停止工作，所有负荷都由电网供能，并检测蓄电池端口电压，确定蓄电池是否需要从电网充电储能。若蓄电池端口电压达到额定工作电压的95%时，DC/DC控制器关闭，蓄电池不需要充电，DC/AC不工作；若蓄电池端口电压未达到额定工作电压的95 %，蓄电池需要充电，DC/AC控制器工作在整流输出模式。首先对蓄电池采用横流充电模式，随着蓄电池电能增多，充电状态(SOC)发生变化，蓄电池端口电压升高，当达到90%的蓄电池端口电压时，充电模式由横电流充电转换为恒电压充电，当蓄电池端口电压升高到95%，且充电电流小于IA时，蓄电池充电已满，停止充电，DC/AC控制器停止工作。
[0021]模式6:电网系统频率大于51Hz时进入此模式，该模式表示电网系统有功功率极度过剩，系统频率急剧上升，超出电力系统规定的范围，系统即将无法正常运行。在该模式下，考虑到此时电价、光伏发电运行成本等问题，光伏发电整个过程都停止工作，所有负荷都由电网供能，并检测蓄电池端口电压，确定蓄电池是否需要从电网充电储能。若蓄电池端口电压达到额定工作电压的95%时，蓄电池不需要充电，此时因为电网系统无法正常运行，多功能光伏-蓄电池系统转换为孤岛运行模式；若蓄电池端口电压未达到额定工作电压的95 %，蓄电池需要充电，DC/AC控制器工作在整流输出模式。首先对蓄电池采用横流充电模式，随着蓄电池电能增多，充电状态(SOC)发生变化，蓄电池端口电压升高，当达到90%的蓄电池端口电压时，充电模式由横电流充电转换为恒电压充电，当蓄电池端口电压升高到95 %，且充电电流小于IA时，蓄电池充电已满，停止充电，DC/AC控制器停止工作，在蓄电池整个充电过程中，由于电力系统的惯性，每经过一分钟检测一次电网系统频率，若系统频率任然大于51Hz，蓄电池充电已不能降低电网系统的频率，多功能光伏-蓄电池发电系统转换为孤岛运行。
【权利要求】
1.一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计，其特征在于设置有:光伏发电模型，蓄电池模型，Stateflow控制流程图，DC/DC控制器，DC/AC控制器，耦合电感器，断路器，工业负荷模型，功率测量装置。
2.根据权利要求1所述的一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计，其特征还在于，所述的频率支撑方法是采用Stateflow控制流程图模拟电网当前运行状况(负荷高峰、低估)，不同天气条件光伏发电的实际输出(是否上网、最大功率运行、恒功率运行)、蓄电池的充放电状态(过充和过放)，控制光伏发电与蓄电池配合工作为主电网提供支撑。
3.根据权利要求1所述的一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计，其特征还在于，所述的耦合电感器是电感值可调节电感，可根据等效的线路阻抗调节电感器的值。
4.根据权利要求1所述的一种光伏蓄电池系统为主电网提供频率支撑方法设计，其特征还在于，所述的DC/DC控制器是功率可双向流动，通过控制可工作在整流状态，亦可工作在逆变状态，逆变状态具体可分为:最大功率运行、恒功率运行、恒功率因数运行。
【文档编号】H02J3/02GK103545906SQ201310537830
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】刘 东, 肖朝霞, 赵倩宇, 刘杰, 樊世军 申请人:天津工业大学