专利名称：用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于配电网调度及管理领域，尤其涉及一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统。
背景技术：
由光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池储能以及负荷组成的微网系统，光伏发电系统和风力发电系统的发电功率受天气的影响很大，会引起微网系统的供电与用电负荷的不平衡。在微网处于孤岛运行模式下，蓄电池储能系统是运行时的电压参考源，控制微网频率和电压保持恒定，如果发电功率大于负荷功率，会造成蓄电池储能系统逆功率，影响微网系统的稳定运行，如果发电功率太过小于负荷功率，会导致蓄电池组放电电流远远大于最优放电电流，从而极大地缩短了微网孤岛运行的时间，并会降低蓄电池组的使用寿命，增加系统的维护投资。现有微网系统在孤岛运行模式下的控制手段相对简单，仅仅考虑了微网的有功功率平衡，没有深入研究微网系统优化控制和经济调度，在孤岛运行模式下难以满足微网运行的需要。
发明内容
本发明提供了一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统，旨在解决现有微网系统在孤岛运行模式下的控制手段相对简单，仅仅考虑了微网的有功功率平衡，没有深入研究微网系统优化控制和经济调度，在孤岛运行模式下难以满足微网运行的需要，系统的维护投资较大的问题。本发明的目的在于提供一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法，该方法包括以下步骤实时采集数据信息，计算得到光伏发电系统和风力发电系统发电及用电负荷预测数据；协调、控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行。本发明的另一目的在于提供一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的系统，所述系统包括工作方式设定模块，用于将光伏发电系统、风力发电系统的工作方式设定为恒功率；频率监测模块，用于监测微网系统的频率；功率调控模块，用于根据监测到的微网系统的频率，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行状况。本发明提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统，根据采集得到的各种实时数据，以及根据计算得到的光伏发电系统和风力发电系统发电及用电负荷预测数据，对光伏发电系统和风力发电系统的输出总功率与负荷、储能逆变系统之间进行协调控制以满足系统功率平衡的要求，协调考虑光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池储能以及负荷，发出控制信号使各逆变器输出满足微网系统所需的有功功率，达到最佳的能源利用率和经济性，使得微网系统可综合风力发电系统、光伏发电系统和储能三大系统以及负荷之间的发电和用电情况，协调各子系统有效运行，在微网孤岛运行模式下，以储能逆变系统作为主电源支撑微网的频率和电压保持恒定，当检测到外部电网恢复正常后，微网系统根据并网和孤岛模式切换控制策略切换到并网运行模式，提高了微网系统在孤岛模式下的经济性和稳定性。
图1是本发明实施例提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法的实现流程图；图2是本发明实施例提供的协调、控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行的实现方法的流程图；图3是本发明实施例提供的根据监测到的微网系统的频率，控制光伏发电系统、 风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行状况的实现方法的流程图；图4示出了本发明实施例提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的系统的结构框图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定发明。图1示出了本发明实施例提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法的实现流程。该方法包括以下步骤在步骤SlOl中，实时采集数据信息，计算得到光伏发电系统和风力发电系统发电及用电负荷预测数据；在步骤S102中，协调、控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行。如图2所示，在本发明实施例中，协调、控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行的实现方法为在步骤S201中，将光伏发电系统、风力发电系统的工作方式设定为恒功率；在步骤S202中，监测微网系统的频率f ；在步骤S203中，根据监测到的微网系统的频率f，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行状况。如图3所示，在本发明实施例中，根据监测到的微网系统的频率f，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行状况的实现方法为当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷工作状况进行相应的协调、控制；
当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷的工作状况进行相应的协调、控制。在本发明实施例中，该方法提供的当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对蓄电池的协调、控制包括以下步骤根据对蓄电池的实时监测数据，获得蓄电池的功率下垂曲线；设定蓄电池的放电端电压及最大放电电流，实时监测蓄电池的实际端电压；当监测到蓄电池的实际端电压小于设定的放电端电压时，则对风力发电系统及光伏发电系统的输出功率进行监测、控制；当监测到蓄电池的实际端电压大于设定的放电端电压时，按照蓄电池的功率下垂曲线计算蓄电池的实际放电电流；当蓄电池的实际放电电流小于最大放电电流时，则继续对微网系统的频率f进行监测；当实际放电电流大于最大放电电流时，则控制蓄电池以最大放电电流进行放电， 同时对风力发电系统及光伏发电系统的输出功率进行监测、控制。在本发明实施例中，该方法提供的当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对风力发电系统的协调、控制包括以下步骤设定风力发电系统的最大输出功率W1，实时监测风力发电系统的实际输出功率 W2 ；当风力发电系统的实际输出功率W2等于最大输出功率Wl时，则对光伏发电系统的输出功率进行监测、控制；当风力发电系统的实际输出功率W2小于最大输出功率Wl时，则增加风力发电系统的实际输出功率W2 ；当蓄电池及风力发电系统的输出功率满足总负荷的要求时，则继续对微网系统的频率f进行监测；当蓄电池及风力发电系统的输出功率不能满足总负荷的要求时，则对光伏发电系统的输出功率进行监测、控制。在本发明实施例中，该方法提供的当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对光伏发电系统的协调、控制包括以下步骤设定光伏发电系统的最大输出功率W3，实时监测光伏发电系统的实际输出功率 W4 ；当光伏发电系统的实际输出功率W4等于最大输出功率W3时，则切除相应的负荷；当光伏发电系统的实际输出功率W4小于最大输出功率W3时，则增加光伏发电系统的实际输出功率W4 ；当蓄电池、风力发电系统及光伏发电系统的输出功率满足总负荷的要求时，则继续对微网系统的频率f进行监测；当蓄电池、风力发电系统及光伏发电系统的输出功率不能满足总负荷的要求时， 则切除相应的负荷。在本发明实施例中，该方法提供的当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷的工作状况进行相应的协调、控制包括以下步骤当对过负荷进行切除时，则恢复相应功率的负荷，并继续对微网系统的频率f进行监测；当不切除过负荷时，则对为充满电的蓄电池进行充电，同时降低风力发电系统及光伏发电系统的输出功率。图4示出了本发明实施例提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。该系统包括工作方式设定模块41，用于将光伏发电系统、风力发电系统的工作方式设定为恒功率；频率监测模块42，用于监测微网系统的频率f ；功率调控模块43，用于根据监测到的微网系统的频率f，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能逆变系统及负荷的运行状况。在本发明实施例中，功率调控模块43进一步包括第一功率调控模块431，用于当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷工作状况进行相应的协调、控制；第二功率调控模块432，用于当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷的工作状况进行相应的协调、控制。在本发明实施例中，第一功率调控模块431进一步包括第一光伏发电系统调控单元4311，用于当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ 时，对光伏发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第一风力发电系统调控单元4312，用于当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ 时，对风力发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第一蓄电池调控单元4313，用于当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对蓄电池的工作状况进行相应的协调、控制；第一负荷调控单元4314，用于当监测到微网系统的频率f低于49. 9HZ时，对负荷进行相应的协调、控制；在本发明实施例中，第二功率调控模块432进一步包括第二光伏发电系统调控单元4321，用于当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ 时，对光伏发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第二风力发电系统调控单元4322，用于当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ 时，对风力发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第二蓄电池调控单元4323，用于当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ时，对蓄电池的工作状况进行相应的协调、控制；第二负荷调控单元43M，用于当监测到微网系统的频率f高于50. IHZ时，对负荷进行相应的协调、控制。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。本发明实施例提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统，根据采集得到的各种实时数据，以及根据计算得到的光伏发电系统和风力发电系统发电及用电负荷预测数据，对光伏发电系统和风力发电系统的输出总功率与负荷、储能逆变系统之间进行协调控制以满足系统功率平衡的要求。如图3所示，考虑到分布式电源的特性，通过多代理控制实现微网的灵活控制，在统一控制微网分布式电源、储能和负荷的基础上，保证在孤岛运行模式下可靠供电；同时保证电能质量，实现最优运行，达到节能环保的要求。1、分布电源独立控制(1)光伏发电系统发电独立控制光伏发电系统电池输出伏安特性曲线为非线性特性，其输出功率曲线也为非线性。其中电流与电压乘积为最大时的工作点为最大功率点。负载特性一般也为非线性，负载使用时应尽可能让负载工作点与电池阵列最大功率工作点相接近，这样光伏发电系统阵列将输出最大功率。负载或变换器工作点偏离光伏发电系统电池最大功率工作点将降低光伏发电系统电池输出效率，浪费电池板容量。光伏发电系统发电自主独立控制方式下，光伏发电系统逆变器的输出通常采用最大功率跟踪控制，通过控制光伏发电系统逆变器的投入或切除实现光伏发电系统发电的调节。(2)风力发电系统发电独立控制在某一风速下，风力机的输出机械功率随转速的不同而变化，其中有一个最佳的转速，在该转速下，风力机输出最大机械功率，它与风速的关系是最佳叶尖速比关系；在不同的风速下，均有一个最佳的转速使风力机输出最大机械功率，将这些最大功率点连接起来可以得到一条最大输出机械功率曲线，即最佳功率负载线，处于这条曲线上的任何点，其转速与风速的关系均为最佳叶尖速比关系。因此在不同风速下控制风力机转速向最佳转速变化就可以实现最大功率控制。2、孤岛运行充放电控制算法微网系统与电网断开，由储能逆变系统为负荷提供电能。孤岛运行模式的正常工作模式为独立逆变状态，它是指双向逆变器外接的交流母线与电网断开，其作为恒压/恒频的交流电源外接入交流母线，根据负载需要以及蓄电池的荷电状态，按照主控的指令独立为交流母线上接入的负载供电的状态。3、并网和孤岛运行模式切换控制在微网孤岛运行模式下，以储能逆变系统作为主电源支撑微网的频率和电压保持恒定，当检测到外部电网恢复正常后，微网系统根据并网和孤岛模式切换控制策略切换到并网运行模式。本发明实施例提供的用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统，根据采集得到的各种实时数据，以及根据计算得到的光伏发电系统和风力发电系统发电及用电负荷预测数据，对光伏发电系统和风力发电系统的输出总功率与负荷、储能逆变系统之间进行协调控制以满足系统功率平衡的要求，协调考虑光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池储能以及负荷，发出控制信号使各逆变器输出满足微网系统所需的有功功率，达到最佳的能源利用率和经济性，使得微网系统可综合风力发电系统、光伏发电系统和储能三大系统以及负荷之间的发电和用电情况，协调各子系统有效运行，在微网孤岛运行模式下，以储能逆变系统作为主电源支撑微网的频率和电压保持恒定，当检测到外部电网恢复正常后， 微网系统根据并网和孤岛模式切换控制策略切换到并网运行模式，提高了微网系统在孤岛模式下的经济性和稳定性。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤实时采集数据信息，计算得到光伏发电系统和风力发电系统发电及用电负荷预测数据；协调、控制光伏发电系统、风力发电系统、储能系统及负荷的运行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协调、控制光伏发电系统、风力发电系统、储能系统及负荷的运行的实现方法为将光伏发电系统、风力发电系统的工作方式设定为恒功率； 监测微网系统的频率；根据监测到的微网系统的频率，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能系统及负荷的运行状况。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据监测到的微网系统的频率，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能系统及负荷的运行状况的实现方法为当监测到微网系统的频率低于49. 9HZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷工作状况进行相应的协调、控制；当监测到微网系统的频率高于50. IHZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷的工作状况进行相应的协调、控制。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，当监测到微网系统的频率低于 49. 9HZ时，对蓄电池的协调、控制包括以下步骤根据对蓄电池的实时监测数据，获得蓄电池的功率下垂曲线； 设定蓄电池的放电端电压及最大放电电流，实时监测蓄电池的实际端电压； 当监测到蓄电池的实际端电压小于设定的放电端电压时，则对风力发电系统及光伏发电系统的输出功率进行监测、控制；当监测到蓄电池的实际端电压大于设定的放电端电压时，按照蓄电池的功率下垂曲线计算蓄电池的实际放电电流；当蓄电池的实际放电电流小于最大放电电流时，则继续对微网系统的频率进行监测； 当实际放电电流大于最大放电电流时，则控制蓄电池以最大放电电流进行放电，同时对风力发电系统及光伏发电系统的输出功率进行监测、控制。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，当监测到微网系统的频率低于 49. 9HZ时，对风力发电系统的协调、控制包括以下步骤设定风力发电系统的最大输出功率W1，实时监测风力发电系统的实际输出功率W2 ； 当风力发电系统的实际输出功率W2等于最大输出功率Wl时，则对光伏发电系统的输出功率进行监测、控制；当风力发电系统的实际输出功率W2小于最大输出功率Wl时，则增加风力发电系统的实际输出功率W2 ；当蓄电池及风力发电系统的输出功率满足总负荷的要求时，则继续对微网系统的频率进行监测；当蓄电池及风力发电系统的输出功率不能满足总负荷的要求时，则对光伏发电系统的输出功率进行监测、控制。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，当监测到微网系统的频率低于49.9HZ时，对光伏发电系统的协调、控制包括以下步骤设定光伏发电系统的最大输出功率W3，实时监测光伏发电系统的实际输出功率W4 ； 当光伏发电系统的实际输出功率W4等于最大输出功率W3时，则切除相应的负荷； 当光伏发电系统的实际输出功率W4小于最大输出功率W3时，则增加光伏发电系统的实际输出功率W4 ；当蓄电池、风力发电系统及光伏发电系统的输出功率满足总负荷的要求时，则继续对微网系统的频率进行监测；当蓄电池、风力发电系统及光伏发电系统的输出功率不能满足总负荷的要求时，则切除相应的负荷。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，当监测到微网系统的频率高于50.IHZ时，对光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池及负荷的工作状况进行相应的协调、控制包括以下步骤当对过负荷进行切除时，则恢复相应功率的负荷，并继续对微网系统的频率进行监测；当不切除过负荷时，则对为充满电的蓄电池进行充电，同时降低风力发电系统及光伏发电系统的输出功率。
8.一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的系统，其特征在于，所述系统包括工作方式设定模块，用于将光伏发电系统、风力发电系统的工作方式设定为恒功率； 频率监测模块，用于监测微网系统的频率；功率调控模块，用于根据监测到的微网系统的频率，控制光伏发电系统、风力发电系统、储能系统及负荷的运行状况。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述功率调控模块进一步包括第一功率调控模块，用于当监测到微网系统的频率低于49. 9HZ时，对光伏发电系统、 风力发电系统、蓄电池及负荷工作状况进行相应的协调、控制；第二功率调控模块，用于当监测到微网系统的频率高于50. IHZ时，对光伏发电系统、 风力发电系统、蓄电池及负荷的工作状况进行相应的协调、控制。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第一功率调控模块进一步包括 第一光伏发电系统调控单元，用于当监测到微网系统的频率低于49. 9HZ时，对光伏发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第一风力发电系统调控单元，用于当监测到微网系统的频率低于49. 9HZ时，对风力发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第一蓄电池调控单元，用于当监测到微网系统的频率低于49. 9HZ时，对蓄电池的工作状况进行相应的协调、控制；第一负荷调控单元，用于当监测到微网系统的频率低于49. 9HZ时，对负荷进行相应的协调、控制；所述第二功率调控模块进一步包括第二光伏发电系统调控单元，用于当监测到微网系统的频率高于50. IHZ时，对光伏发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第二风力发电系统调控单元，用于当监测到微网系统的频率高于50. IHZ时，对风力发电系统的工作状况进行相应的协调、控制；第二蓄电池调控单元，用于当监测到微网系统的频率高于50. IHZ时，对蓄电池的工作状况进行相应的协调、控制；第二负荷调控单元，用于当监测到微网系统的频率高于50. IHZ时，对负荷进行相应的协调、控制。
全文摘要
本发明属于配电网调度及管理领域，提供了一种用于分布式微网孤岛运行风光储联合调度的方法及系统，根据采集得到的实时数据，以及根据计算得到的光伏和风机发电及用电负荷预测数据，对光伏和风机的输出总功率与负荷、储能逆变系统之间进行协调控制以满足系统功率平衡的要求，协调考虑光伏、风机、蓄电池储能以及负荷，发出控制信号使各逆变器输出满足微网系统所需的有功功率，达到最佳的能源利用率，使得微网系统可综合风机、光伏和储能三大系统以及负荷之间的发电和用电情况，协调各子系统有效运行，当检测到外部电网恢复正常后，微网系统根据并网和孤岛模式切换控制策略切换到并网运行模式，提高了微网系统在孤岛模式下的经济性和稳定性。
文档编号H02J3/00GK102427230SQ20111042630
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者张建海, 徐际强, 杨宇全, 林昌年, 潘正魁, 葛荣刚, 迟福建, 黎鹏 申请人:中国电力科学研究院, 北京科东电力控制系统有限责任公司, 天津市电力公司