一种可自动实现电压平衡的风光一体发电系统的监控方法
【专利说明】一种可自动实现电压平衡的风光一体发电系统的监控方法 所属技术领域
[0001] 本发明涉一种可自动实现电压平衡的风光一体发电系统的监控方法。
【背景技术】
[0002] 以风能、太阳能为代表的新能源发电因其无污染、可再生等优点受到世界各国广 泛关注，然而风电、光伏发电的不确定性和波动性给电网电压的稳定性造成一定影响，风速 波动会引起并网点电压波动，光伏电站有功出力的随机性与电网不友好的特征也使电网电 压不稳定。
[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] 在风电并网比重较大的电力系统中，由于风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。针对风光一体发电系统无功电 压问题，通过控制无功出力可以对电网电压进行调整。目前，对于由变速恒频风电机组组成 的风电场，其无功电压控制主要由风电场的风力发电机组进行动态无功调节；对于光伏发 电系统，通常在光伏电站母线上安装SVC等无功补偿装置以补偿光伏系统的无功需求，或 利用光伏逆变器本身的无功输出能力向电网输出无功功率以维持局部电网电压稳定。
[0005]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究和证明。在风电渗透率较高的 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】
[0006] 本发明提供一种可自动实现电压平衡的风光一体发电系统的监控方法，该监控方 法可预测发电系统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，能制定和实施 最适宜的控制策略，保障发电系统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。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种可自动实现电压平衡的风光一体发电系统的 监控方法，该监控方法包括如下步骤：
[0008] 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，实时检测获取蓄电池模块的S0C，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和取蓄电池模块的S0C，对未来预 定时刻内的风力发电设备、光储设备的输出有功和无功进行预测；
[0009] S2.采集并网点电压信息，同时根据大电网调度指令和未来预定时刻内对未来预 定时刻内的风力发电设备、光储设备的输出有功和无功进行预测，形成发电系统有功及无 功输出需求；
[0010] S3.将发电系统有功及无功输出需求、当前蓄电池储能的S0C、当前为电网内负载 功率需求、未来风力发电设备和光伏发电设备输出有功和无功作为约束条件，实现发电系 统的优化运行。
[0011] 优选的，光伏发电设备包括光伏组件，所述在步骤S1中，采用如下方式预测光伏 发电设备的输出功率：
[0012] S11.建立光伏组件的出力模型：Ppv(t) =ninvnpv(t)G(t)spv (ι)
[0013] 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)， npv(t)为光伏组件能量转换效率，ηιην为逆变器转换效率；
[0014] 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：
[0016] 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，Te(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：
[0018] 式中T为周围的环境温度，Trat光伏组件运行的额定温度；
[0019] S12.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；
[0020] S13.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。
[0021] 优选的，在S1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。
[0022] 优选的，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：
[0023]
[0024] 式⑷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，为检测到的风电机组风速，为启动风速段的最大风速，vMd.in为中风速段的 最小风速。
[0025] 优选的，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。
[0026] 风电场调频备用容量需求由各台风电机组的超速控制与桨距角控制共同提供。在 确定风电机组的超速控制和桨距角控制分别承担多少风电场调频备用容量需求后，可得到 对应于该风电场调频备用容量需求的初始转速和初始桨距角，并由初始转速和初