利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法及装置与流程

1.本发明涉及光伏发电的技术领域，尤其是涉及一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法及装置。


背景技术：

2.光伏发电由于绿色环保、控制灵活，近年来发展迅速，屋顶光伏并入电网，对目前的城市电网供电系统是一个很好的补充和替代。但是屋顶光伏直接接入配电网，使原来只承担向用户供电的配电网，成为既承担“负荷”也承担“电源”功能的有源配电网，伴随着光伏系统的不断发展,在配网层面的渗透率不断增加。电网发生短时故障造成电压暂降时，将不能再像处理负荷那样来处理光伏系统,需要想办法控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值,防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网。
3.为了解决这一问题，现在普遍采用的方案有两类：
4.(1)设计光伏逆变器控制方案。对光伏逆变器采用不同的控制方式，实现在电压暂降情况下逆变器输出电流的调整，以保证电压暂降情况下光伏系统稳定的电压输出满足规程要求；
5.(2)光伏系统与储能系统结合。利用光伏-储能综合系统，完善电网与负荷的连接，在发生电压暂降情况下，依靠储能系统的惯性降低电压暂降造成的冲击。这一功能可以通过其他任何一种能力存储系统实现，实现时可以是储能系统与光伏逆变器连接，光伏逆变器同时具备能量路由器的功能，也可以通过动态电压恢复器等装置将储能单元连接到光伏系统的母线。
6.其中前者形式简单，依靠逆变器的控制方式调整就可以实现；后者形势复杂，但是功能更全面，除了满足电压暂降的需求外，还具备能量存储，提高系统惯性的功能。
7.综上所述，现有技术中利用储能元件可以控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值，防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法，以控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值，防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网。
9.本发明提供了一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法，具体包括如下步骤：
10.获取并判定光伏系统以及配电网均运行状态；
11.当所述光伏系统以及外部配电网均正常运行，所述光伏系统向配电网的负荷供电并给风机提供能量支撑；
12.当所述光伏系统出现故障，风机连接至发电机以向配电网供电。
13.优选的，所述风机连接至发电机以向配电网供电的步骤包括：
14.采用如下公式获取风连接至机的发电机输出功率：
15.s1＝s
11
+s
12
+s
13
；
16.s
11-满足使用风机的系统的最小负荷需求的功率；
17.s
12-第二输出功率；
18.s
13-支撑电压暂降的功率；
19.所述第二输出功率为第一差值与所述第二差值中的最大值，所述第一差值为满足使用风机的系统的最大负荷需求的功率与s
11
之差；
20.所述第二差值为满足电压暂降20ms的能量需求与s
13
之差。
21.优选的，采用如下公式获取支撑电压暂降的功率：
[0022][0023]
p
v-当日光伏系统的负荷曲线预测值。
[0024]
优选的，所述s
12
以及所述s
13
满足如下条件：
[0025][0026]
p
v-当日光伏系统的负荷曲线预测值。
[0027]
优选的，所述风机连接至发电机以向配电网供电的步骤中，采用如下公式获取风机主轴旋转角频率：
[0028][0029]
t-旋转周期；
[0030]
m-主轴密度；
[0031]
r-主轴半径；
[0032]
ω-主轴旋转角频率。
[0033]
另一方面，本发明提供了一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的装置，包括：
[0034]
判定模块：用于获取并判定光伏系统以及配电网均运行状态；
[0035]
当所述光伏系统以及外部配电网均正常运行，所述光伏系统向配电网的负荷供电并给风机提供能量支撑；
[0036]
当所述光伏系统出现故障，风机连接至发电机以向配电网供电。
[0037]
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法，具体包括如下步骤：获取并判定光伏系统以及配电网均运行状态；当光伏系统以及外部配电网均正常运行，光伏系统向配电网的负荷供电并给风机提供能量支撑；当光伏系统出现故障，风机连接至发电机以向配电网供电。通过本发明提供的方法及装置可以控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值,防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网，降低了成本，提高了使用寿命。
[0038]
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0039]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1为本发明实施例提供的一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法流程图。；
具体实施方式
[0042]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
目前，伴随着光伏系统的不断发展,在配网层面的渗透率不断增加，电网发生短时故障造成电压暂降时，将不能再像处理负荷那样来处理光伏系统,需要想办法控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值,防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网，基于此，本发明实施例提供的一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法及装置，可以利用机械储能元件可以控制由于电网电压暂降而升高的电流幅值,防止电流幅值超过光伏系统逆变器的幅值上限造成光伏系统直接脱网，降低了成本，提高了使用寿命。
[0044]
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法进行详细介绍。
[0045]
实施例一：
[0046]
如图1所示，本发明实施例一提供了一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的方法，具体包括如下步骤：
[0047]
获取并判定光伏系统以及配电网均运行状态；
[0048]
当所述光伏系统以及外部配电网均正常运行，所述光伏系统向配电网的负荷供电并给风机提供能量支撑；
[0049]
当所述光伏系统出现故障，风机连接至发电机以向配电网供电。
[0050]
优选的，所述风机连接至发电机以向配电网供电的步骤包括：
[0051]
采用如下公式获取风连接至机的发电机输出功率：
[0052]
s1＝s
11
+s
12
+s
13
；
[0053]s11-满足使用风机的系统的最小负荷需求的功率；
[0054]s12-第二输出功率；
[0055]s13-支撑电压暂降的功率；
[0056]
所述第二输出功率为第一差值与所述第二差值中的最大值，所述第一差值为满足
使用风机的系统的最大负荷需求的功率与s
11
之差；
[0057]
所述第二差值为满足电压暂降20ms的能量需求与s
13
之差。
[0058]
优选的，采用如下公式获取支撑电压暂降的功率：
[0059][0060]
p
v-当日光伏系统的负荷曲线预测值。
[0061]
在本发明提供的实施例中，s
12
与s
13
求和佳数值是需要满足电压暂降20ms的能量需求。
[0062]
优选的，所述s
12
以及所述s
13
满足如下条件：
[0063][0064]
p
v-当日光伏系统的负荷曲线预测值。
[0065]
实际上光伏系统支撑电压暂降完全可以不用动态电压恢复器工作的同时有风机储能的方案，直接调整光伏逆变器的控制方式即可，因此为了支撑电压暂降情况下，光伏系统输出电压满足要求，同时电流不超过限值的需求与风机数量无关。因此风机数量需求评估时，不考虑配网侧电压暂降。
[0066]
如果光伏系统侧出现故障导致输出能量不足，此时风机数量肯定是越多越好，从而以更多的惯性质量尽可能支撑更长时间的功率需求。
[0067]
因此风机数量的需求以满足楼宇空调以及新风系统等使用风机的系统的最小负荷需求得到满足后，其余部分全部可以作为支撑本发明的风机，风机主轴具有的储能容量为s1[0068]
优选的，所述风机连接至发电机以向配电网供电的步骤中，采用如下公式获取风机主轴旋转角频率：
[0069][0070]
t-旋转周期；
[0071]
m-主轴密度；
[0072]
r-主轴半径；
[0073]
ω-主轴旋转角频率，单位为rad/s。
[0074]
实施例二：
[0075]
本发明提供了一种利用风机提升光伏系统电压暂降耐受能力的装置，包括：
[0076]
判定模块：用于获取并判定光伏系统以及配电网均运行状态；
[0077]
当所述光伏系统以及外部配电网均正常运行，所述光伏系统向配电网的负荷供电并给风机提供能量支撑；
[0078]
当所述光伏系统出现故障，风机连接至发电机以向配电网供电。
[0079]
本发明具有如下优点：
[0080]
1)实现方便：不需要单独建设储能系统，直接以风机的机械重量作为惯性储能单元，实现短时的电压暂降支撑；
[0081]
2)成本低：没有新建储能系统的投入，设备方面只需要增加风机叶片与风机主轴的分离装置，并增加发电机，同时增加控制线和控制软件，同等功率下，这些成本都低于储能系统。
[0082]
3)寿命长：机械装置的寿命一般远远高于化学储能系统。
[0083]
综上所述，本发明为了解决电压暂降的影响，不再需要使用现在常用的电池作为单独的储能系统来解决电压暂降的冲击，而是利用屋顶光伏系统大多建设在楼宇等建筑物屋顶，建筑物一般具备大型通风设施的实际情况，本发明结合屋顶光伏和通风风机两者分别具有电源和负荷的功能，并且分别具有便于调控和惯性质量大的特点，将风机作为“储能”单元，实现耐受短时电压暂降的能力。并且使用屋顶光伏的一些楼宇其空调和新风系统的风机容量甚至达到几mw，大多高于本楼宇的光伏发电能力，其风机作为一种“飞轮系统”具备实现能量存储的能力，并且不再需要储能电池等单独建设寿命有限的不足。
[0084]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
[0085]
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0086]
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0087]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0088]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0089]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接
耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0090]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0091]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0092]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。