一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方法
【专利说明】一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方法 所属技术领域
[0001] 本发明涉一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方法。
【背景技术】
[0002] 能源和环境危机已经成为影响人类持续发展的重要问题，清洁、可再生能源的利 用是解决这一问题的根本途径。随着风力发电、光伏发电、波浪发电等可再生能源发电技术 的成熟，越来越多的可再生能源微电网以分布式形式接入电网，满足人们日常生产、生活用 电的需求。
[0003] 以风电和光伏发电为主的微电网作为超高压、远距离、大电网供电模式的补充，代 表着电力系统新的发展方向。风电机组的原动力为风能，风能由于风的间歇性和随机波动 性使得风电机组的发出的功率是间歇和波动的，这些波动性的风能接入系统会给电力系统 带来冲击。同时，由于风电机组为异步机，若不加以控制，在发出有功功率的同时，需要吸收 一定的无功功率，不利用系统的电压稳定。当风电渗透率较低时，这些影响不明显，随着风 电渗透率的提高，风能对电力系统的影响逐渐增大，在给电力系统带来经济效益的同时也 给电网的运行造成了一定的困难。
[0004] 在风光发电并网比重较大的电力系统中，由于风电场和光伏电场输出功率具有不 完全可控性和预期性，会在一定程度上改变原有电力系统潮流分布、线路输送功率及整个 系统的惯量，从而对电网的有功、无功功率平衡、频率及电压稳定产生了影响。储能技术很 大程度上解决新能源发电的波动性和随机性问题，有效提高间歇性微源的可预测性、确定 性和经济性。此外，储能技术在调频调压和改善系统有功、无功平衡水平，提高微电网稳定 运行能力方面的作用也获得了广泛研宄和证明。在风光发电渗透率较高的电力系统中，电 力系统出现频率及电压变化时，要求风光储集群对电力系统稳定性和电能质量的实时性较 强，必须根据电力系统的实时状态，充分考虑到风光储集群的调节能力，才能保证电力系统 的可靠与经济运行。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方法，该的监控方法可预 测微电网中的风光发电设备的发电功率和微电网中的负载变化，可追踪大电网并网点电压 信息，实时获取大电网调度指令，实时检测的蓄电池模块电池容量，设定储能系统放电区 间，基于SOC分层控制策略，对储能系统能量进行优化管理，实时修正储能系统充放电功 率，优化储能系统工作性能，制定和实施最适宜的控制策略，保障微电网在并网时按照大电 网的需求参与大电网电压调节，保障并网运行时的电压稳定。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方 法，方法包括如下步骤：
[0007] S1.风力发电设备和光伏发电设备监控模块实时获取风力发电设备和光伏发电设 备的运行数据，并存储数据，实时获取微电网内负载功率需求情况；根据风力发电设备、光 伏发电设备的运行数据，对未来预定时刻内的风力发电设备、光伏发电设备的输出有功和 无功进行预测；
[0008] S2.采集并网点电压信息，同时根据大电网调度指令确定微电网有功及无功输出 需求；
[0009] S3.实时检测获取蓄电池模块的SOC，设定储能系统放电区间，构建SOC分层控制 策略；
[0010] S4.将微电网有功及无功输出需求、当前SOC分层控制策略、当前微电网内负载功 率需求、风力发电设备和光伏发电设备可输出有功和无功作为约束条件，实现微电网的优 化运行。
[0011] 优选的，在步骤S3中，具体包括如下具体步骤：
[0012] S31.设定储能系统放电区间
[0013] 所述储能系统放电区间确定器在接纳风电功率后未突破电网可利用空间极限值 的时段，设定储能系统的放电区间a，〇< a〈1〇〇%，即储能系统放电功率与接纳风电后剩 余的空间比值为a ;若系统无剩余可利用空间时a = 1，若储能系统不放电a = 〇;基于 放电区间a的储能系统充放电功率如下：
【主权项】
1. 一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方法，方法包括如下步骤：
51. 风力发电设备和光伏发电设备监控模块实时获取风力发电设备和光伏发电设备的 运行数据，并存储数据，实时获取微电网内负载功率需求情况；根据风力发电设备、光伏发 电设备的运行数据，对未来预定时刻内的风力发电设备、光伏发电设备的输出有功和无功 进行预测；
52. 采集并网点电压信息，同时根据大电网调度指令确定微电网有功及无功输出需 求；
53. 实时检测获取蓄电池模块的SOC，设定储能系统放电区间，构建SOC分层控制策 略；
54. 将微电网有功及无功输出需求、当前SOC分层控制策略、当前微电网内负载功率需 求、风力发电设备和光伏发电设备可输出有功和无功作为约束条件，实现微电网的优化运 行。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，具体包括如下具体步骤：
531. 设定储能系统放电区间 所述储能系统放电区间确定器在接纳风电功率后未突破电网可利用空间极限值的时 段，设定储能系统的放电区间α，〇< α〈1〇〇%，即储能系统放电功率与接纳风电后剩余的 空间比值为α ;若系统无剩余可利用空间时α = 1，若储能系统不放电α = 〇;基于放电 区间α的储能系统充放电功率如下：
其中Pess⑴为t时刻储能系统充放电功率；Pwd(t)、分别为t时刻风电场和 光电场群实际输出功率之和以及风电和光电可运行域极值；α为储能系统的放电区间； 储能系统充放电能量Et以及储能系统在各调度时段结束后充放电累积容量Wt如下所 示：
其中h，t2分别为充放电的起始与结束时刻；ηndisdmge分别为储能系统的充放 电效率；Pess为储能系统充放电功率；E C1为储能系统初始能量。
532. 构建SOC分层控制策略 所述SOC分层控制器，将储能系统SOC按照充放电能力分为以下五个层次：不充电紧急 层、少充电预防层、正常充放电安全层、少放电预防层、不放电紧急层； 储能系统充放电能量需求值Pess，经储能能量管理系统确定的修正系数Ksre进行动态 调整，得到储能系统实际充放电指令Pi_ESS;KS(K值与Sigmoid函数特性类似，因此利用 Sigmoid函数对其进行修正，具体表达如下所示： 储能系统处于充电状态下，Pess (t)>0
Xe (S S max) / (Spre-max Smax) (6) 储能系统处于1?状态下，Pess (t)〈0 V f - ·
Xf (S S min) / (Spre-min Smin) (8) 经调整系数修正确定储能系统实际充放电功率Psc^ess (t)为： Psoc-ESS ⑴-KsocPess ⑴ （9) 其中S为储能系统的荷电状态；Smax为不充电紧急层的下限；S max、Spm imx为少充电预防 层的上下限；Spm _、Spm min为正常充放电安全层的上下限；S min为少放电预防层的下限；X。 为储能系统充电状态下计算KS(X；的系数；X f为储能系统放电状态下计算K ^的系数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，光伏发电设备包括光伏组件， 所述在步骤Sl中，采用如下方式预测光伏发电设备的输出功率： SIL建立光伏组件的出力模型：Ppv(t) = ninvnpv(t)G(t)spv (?ο) 式中Spv为光伏面板接收太阳光照辐射的面积（m2)，G(t)光照辐射数值（W/m2)，Ii pv(t) 为光伏组件能量转换效率，n inv为逆变器转换效率； 其中，光伏组件的能量转换效率与环境的温度有关，环境温度对光伏组件能量转换效 率的影响为： (11) 式中ru为光伏组件标准温度下测试的参考能量转换效率，β为温度对能量转换效率 的影响系数，Tc(t)为t时刻光伏组件的温度值，1^为光伏组件参考标准温度值；光伏组件 吸收太阳辐射，会与环境温度一起作用引起光伏组件温度发生变化，其表达式如下： ζ(ι)^Γ= ^ cm 腳 (12) 式中T为周围的环境温度，Trat光伏组件运行的额定温度；
512. 实时检测和收集光伏组件的周边的日照信息和环境温度，根据历史日照信息和环 境温度，预测未来一段时间内的日照强度和环境温度；
513. 根据未来一段时间内的日照强度和环境温度，利用上述光伏组件的出力模型计算 未来时间内的光伏发电设备的发电功率。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，在SI后还有如下步骤，根据风 速和风电场调频、调压备用容量需求，利用风电机组的超速控制与桨距角控制，确定各台风 电机组的初始有功功率、无功功率出力及初始转速、初始桨距角。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，各台风电机组的初始转速的确 定与风速有关，根据风电机组有功功率输出能力与电力系统调频备用需求，将风速划分为 启动风速段、低风速段、中风速段和高风速段4部分。其中，启动风速段为切入风速到门槛 风速，启动风速段风电机组有功功率输出能力较小，转速变化对风电机组有功功率输出影 响不大；低风速段上限为利用超速控制可提供全部电力系统调频备用需求的风速；高风速 段下限为采用最大功率点跟踪时，风电机组转速达到最大转速时的风速；对应不同风速，风 电机组的初始转速不同，初始转速ω与风速关系满足：
式（4)中，Rw为风电机组半径，λ为风电机组按照最大功率点跟踪控制时得到的叶尖 速比，λ '为风电机组按照预留d%的有功功率作为调频备用容量需求时得到的叶尖速比， Vws为检测到的风电机组风速，Vntws为启动风速段的最大风速，Vmiiin为中风速段的最小 风速。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，根据风速和风电场调频、调压 备用容量需求，利用风电机组的超速控制与桨距角控制，确定各台风电机组的初始有功功 率、无功功率出力、初始转速、初始桨距角，以及储能装置的荷电状态；其中风电场的调频备 用容量需求与各台风电机组的初始有功功率出力、初始转速、初始桨距角以及储能装置荷 电状态有关，风电场的调压备用容量需求与各台风电机组的初始无功功率出力有关。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，在步骤S4中，对于微电网有功 功率的分配，优先利用风电机组和光伏发电设备自身的有功备用容量，当风电机组和光伏 发电设备自身的有功备用容量不足时，再利用储能系统弥补有功功率出力的不足。
【专利摘要】一种可并网运行的风光储一体微电网的监控方法，该的监控方法可预测微电网中的风光发电设备的发电功率和微电网中的负载变化，可追踪大电网并网点电压信息，实时获取大电网调度指令，实时检测的蓄电池模块电池容量，设定储能系统放电区间，基于SOC分层控制策略，对储能系统能量进行优化管理，实时修正储能系统充放电功率，优化储能系统工作性能，制定和实施最适宜的控制策略，保障微电网在并网时按照大电网的需求参与大电网电压调节，保障并网运行时的电压稳定。
【IPC分类】H02J3-28, H02J3-38
【公开号】CN104734195
【申请号】CN201510172197
【发明人】许驰
【申请人】成都鼎智汇科技有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月13日