并网发电系统及其并网功率波动抑制装置和方法与流程

1.本发明涉及并网发电系统技术领域，具体涉及一种并网发电系统的并网功率波动抑制装置、一种并网发电系统的并网功率波动抑制方法和一种并网发电系统。


背景技术：

2.光伏发电作为新能源发电的主要技术之一，已经取得了日益广泛的应用。虽然光伏发电系统在新能源发电领域的占比很大，但是由于光伏本身存在的间歇性和波动性的特点，使得并网功率波动大，可能对电网造成冲击，甚至导致电网不稳定。
3.为了抑制光伏系统并网功率的波动，相关技术中提出了基于预测模型的方法，虽然可以取得一定效果，但是算法实现复杂，实用性差。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，提供了一种并网发电系统的并网功率波动抑制装置和方法，能够有效地对并网发电系统的并网功率波动进行抑制，减小对电网的冲击，提高并网发电系统的性能，并且控制方式简单，对算力的要求低，实现成本低，实用性好。
5.本发明采用的技术方案如下：一种并网发电系统的并网功率波动抑制装置，所述并网发电系统包括第一直流源、逆变器和电网，所述逆变器的直流侧与所述第一直流源相连，所述逆变器的交流侧与所述电网相连，所述并网功率波动抑制装置包括：第二直流源，所述第二直流源与所述逆变器的直流侧相连；功率分配单元，所述功率分配单元分别与所述第二直流源和所述逆变器相连，所述功率分配单元用于获取所述第一直流源的功率给定值和所述第一直流源的功率反馈值，并根据所述第一直流源的功率给定值和所述第一直流源的功率反馈值计算得到交流功率给定值和所述第二直流源的功率给定值，以及通过所述交流功率给定值对所述逆变器进行控制和通过所述第二直流源的功率给定值对所述第二直流源进行控制。
6.所述功率分配单元包括：第一获取模块，所述第一获取模块用于获取所述第一直流源的功率给定值；第二获取模块，所述第二获取模块用于获取所述第一直流源的功率反馈值；第一加法器，所述第一加法器的正输入端与所述第一获取模块相连，所述第一加法器的负输入端与所述第二获取模块相连；调节器，所述调节器的输入端与所述第一加法器的输出端相连；锁存器；第二加法器，所述第二加法器的正输入端与所述调节器的输出端相连，所述第二加法器的负输入端与所述锁存器的输出端相连；放大器，所述放大器的输入端与所述第二加法器的输出端相连；双向限幅器，所述双向限幅器的输入端与所述放大器的输出端相连；第三加法器，所述第三加法器的一个正输入端与所述双向限幅器的输出端相连，所述第三加法器的另一个正输入端与所述锁存器的输出端相连，所述第三加法器的输出端输出所述交流功率给定值，其中，所述锁存器的输入端与所述第三加法器的输出端相连以对所述交流功率给定值进行锁存；第四加法器，所述第四加法器的正输入端与所述调节器的输出端相连，所述第四加法器的负输入端与所述第三加法器的输出端相连，所述第
四加法器的输出端输出所述第二直流源的功率给定值；第一控制模块，所述第一控制模块与所述第三加法器的输出端相连，并连接到所述逆变器，以通过所述交流功率给定值对所述逆变器进行控制；第二控制模块，所述第二控制模块与所述第四加法器的输出端相连，并连接到所述第二直流源，以通过所述第二直流源的功率给定值对所述第二直流源进行控制。
7.所述交流功率给定值的计算公式如下：p
ac_ref = p
ac_ref_last + {sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * min{k
max
, |p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m}} / m其中，p
ac_ref
为所述交流功率给定值，p
ac_ref_last
为所述锁存器中锁存的上一控制周期的交流功率给定值，p
ref
为所述调节器的输出，k
max
为所述双向限幅器的幅值，m为所述放大器的增益，sign( )为取符号运算，min{ }为取最小值运算；所述第二直流源的功率给定值的计算公式如下：p
dc2_ref = p
ref
ꢀ–ꢀ
p
ac_ref
其中，p
dc2_ref
为所述第二直流源的功率给定值。
8.所述第一获取模块通过与所述第一直流源进行通信以获取所述第一直流源的功率给定值。
9.所述第二获取模块通过与所述第一直流源进行通信以获取所述第一直流源的功率反馈值，或者，所述第二获取模块通过传感器获取所述第一直流源的功率反馈值。
10.所述调节器为比例调节器或比例积分调节器。
11.所述第一直流源为光伏面板，所述第二直流源为储能电池。
12.一种并网发电系统，包括上述并网发电系统的并网功率波动抑制装置。
13.一种基于上述并网发电系统的并网功率波动抑制装置的并网功率波动抑制方法，包括以下步骤：获取所述第一直流源的功率给定值和所述第一直流源的功率反馈值；根据所述第一直流源的功率给定值和所述第一直流源的功率反馈值计算得到交流功率给定值和所述第二直流源的功率给定值；通过所述交流功率给定值对所述逆变器进行控制，并通过所述第二直流源的功率给定值对所述第二直流源进行控制。
14.本发明的有益效果：本发明通过功率分配单元获取第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值，并根据第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值计算得到交流功率给定值和第二直流源的功率给定值，以及通过交流功率给定值对逆变器进行控制和通过第二直流源的功率给定值对第二直流源进行控制，由此，能够有效地对并网发电系统的并网功率波动进行抑制，减小对电网的冲击，提高并网发电系统的性能，并且控制方式简单，对算力的要求低，实现成本低，实用性好。
附图说明
15.图1为本发明一个实施例的并网发电系统的方框示意图；图2为本发明实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制装置的方框示意图；图3为本发明一个实施例的功率分配单元的结构示意图；图4为本发明实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制方法的流程图；
图5为本发明实施例涉及的第一种工作波形示意图；图6为本发明实施例涉及的第二种工作波形示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
17.如图1所示，本发明一个实施例的并网发电系统包括第一直流源1、逆变器2和电网3，逆变器2的直流侧与第一直流源1相连，逆变器2的交流侧与电网3相连。其中，第一直流源1为发电装置，该发电装置所输出的直流电可通过逆变器2变换为交流电后接入电网3，该发电装置的发电功率易波动，因此有必要进行并网功率波动抑制。在本发明的一个具体实施例中，第一直流源1可为光伏面板，即本发明一个具体实施例涉及的是并网光伏发电系统的并网功率波动抑制。
18.如图2所示，本发明实施例的并网功率波动抑制装置包括第二直流源100和功率分配单元200。其中，第二直流源100与逆变器2的直流侧相连；功率分配单元200分别与第二直流源100和逆变器2相连，功率分配单元200用于获取第一直流源1的功率给定值和第一直流源1的功率反馈值，并根据第一直流源1的功率给定值和第一直流源1的功率反馈值计算得到交流功率给定值和第二直流源100的功率给定值，以及通过交流功率给定值对逆变器2进行控制和通过第二直流源100的功率给定值对第二直流源100进行控制。
19.其中，第一直流源1的功率给定值为并网发电系统中的控制器在进行发电控制时，在对于第一直流源1的控制指令中给定的第一直流源1的功率，第一直流源1的功率反馈值为第一直流源1实际的发电功率。本发明实施例的功率分配单元200，可将对于第一直流源1的控制指令分解为两个部分，一部分包含交流功率给定值，也即并网功率给定值，用于控制逆变器2，给定并网功率，另一部分包含第二直流源100的功率给定值，用于控制第二直流源100，给定参与功率调节的第二直流源100的功率，从而实现并网功率波动抑制。
20.在本发明的一个实施例中，第二直流源100可为储能电池。
21.在本发明的一个实施例中，如图3所示，功率分配单元200包括第一获取模块201、第二获取模块202、第一加法器203、调节器204、锁存器205、第二加法器206、放大器207、双向限幅器208、第三加法器209、第四加法器210、第一控制模块211和第二控制模块212。其中，第一获取模块201用于获取第一直流源1的功率给定值p
dc1_ref
；第二获取模块202用于获取第一直流源1的功率反馈值p
dc1_fb
；第一加法器203的正输入端与第一获取模块201相连，第一加法器203的负输入端与第二获取模块202相连；调节器204的输入端与第一加法器203的输出端相连；第二加法器206的正输入端与调节器204的输出端相连，第二加法器206的负输入端与锁存器205的输出端相连；放大器207的输入端与第二加法器206的输出端相连；双向限幅器208的输入端与放大器207的输出端相连；第三加法器209的一个正输入端与双向限幅器208的输出端相连，第三加法器209的另一个正输入端与锁存器205的输出端相连，第三加法器209的输出端输出交流功率给定值p
ac_ref
；锁存器205的输入端与第三加法器209的输出端相连以对交流功率给定值进行锁存；第四加法器210的正输入端与调节器204的输出
端相连，第四加法器210的负输入端与第三加法器209的输出端相连，第四加法器210的输出端输出第二直流源100的功率给定值p
dc2_ref
；第一控制模块211与第三加法器209的输出端相连，并连接到逆变器2，以通过交流功率给定值对逆变器2进行控制；第二控制模块212与第四加法器210的输出端相连，并连接到第二直流源100，以通过第二直流源100的功率给定值对第二直流源100进行控制。
22.在本发明的一个实施例中，并网功率波动抑制装置可以以预设的周期实施上述的控制过程，例如，控制周期为50ms时，功率分配单元200可在每个控制周期即50ms内计算一次交流功率给定值和第二直流源100的功率给定值，并对逆变器2进行一次控制和对第二直流源100进行一次控制。在当前的控制周期，锁存器205输出至第二加法器206的负输入端、第三加法器209的另一个正输入端的是上一控制周期的交流功率给定值p
ac_ref_last
。
23.在本发明的一个实施例中，第一获取模块201可通过与第一直流源1进行通信以获取第一直流源1的功率给定值p
dc1_ref
，第二获取模块202可通过与第一直流源1进行通信以获取第一直流源1的功率反馈值p
dc1_fb
。在本发明的其他实施例中，第二获取模块202还可通过传感器获取第一直流源1的功率反馈值p
dc1_fb
，例如可通过在第一直流源1的输出端设置电压传感器和电流传感器以得到第一直流源1的功率反馈值p
dc1_fb
。
24.在本发明的一个实施例中，调节器204可为比例调节器或比例积分调节器等，调节器204所实现的功能是使第一直流源1的实际输出功率可以跟踪其给定功率，输出为p
ref
，相当于调节后的第一直流源1的实际输出功率。
25.基于功率分配单元200的上述结构，交流功率给定值的计算公式如下：p
ac_ref = p
ac_ref_last + {sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * min{k
max
, |p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m}} / m其中，p
ac_ref
为交流功率给定值，p
ac_ref_last
为锁存器205中锁存的上一控制周期的交流功率给定值，p
ref
为调节器204的输出，k
max
为双向限幅器208的幅值，m为放大器207的增益，sign( )为取符号运算，min{ }为取最小值运算。
26.第二直流源100的功率给定值的计算公式如下：p
dc2_ref = p
ref
ꢀ–ꢀ
p
ac_ref
其中，p
dc2_ref
为第二直流源100的功率给定值。
27.如果|p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m≤k
max
，说明当前控制周期相对于上一控制周期并网功率变化在预设范围之内，并网功率波动较小，无需进行抑制，则交流功率给定值p
ac_ref = p
ref
，且第二直流源100的功率给定值p
dc2_ref = 0，此时第二直流源100不参与功率调节；如果|p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m＞k
max
，说明当前控制周期相对于上一控制周期并网功率变化在预设范围之外，并网功率波动较大，需要进行抑制，则交流功率给定值p
ac_ref = p
ac_ref_last + sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * k
max / m，且第二直流源100的功率给定值p
dc2_ref = p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
ꢀ‑ꢀ
sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * k
max / m，此时第二直流源100参与功率调节。
28.由于并网功率波动抑制的控制结果均与放大器207的增益m和双向限幅器208的幅值k
max
相关，因此可通过调节放大器207的增益m和双向限幅器208的幅值k
max
以调节并网功率的变化率，即本发明实施例的抑制深度可调节，能够提高系统配置的灵活性。比如，在相同的m下，k
max
变大，并网功率可接受的变化率也就越大，第二直流源100参与功率调节的频次会减小，并且在第二直流源100参与功率调节时，其调节的幅度会减小，功率分配单元200
给出的并网功率给定值会出现更大的变化率，即抑制深度变小；反之，k
max
变小，第二直流源100参与功率调节的频次会增加，并且在第二直流源100参与功率调节时，其调节的幅度会增大，功率分配单元200给出的并网功率给定值会出现更小的变化率，即抑制深度变大。又比如，在相同的k
max
下，m变小，并网功率可接受的变化率也就越大，第二直流源100参与功率调节的频次会减小，并且在第二直流源100参与功率调节时，其调节的幅度会减小，功率分配单元200给出的并网功率给定值会出现更大的变化率，即抑制深度变小；反之，m变大，抑制深度变大。
29.根据本发明实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制装置，通过功率分配单元获取第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值，并根据第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值计算得到交流功率给定值和第二直流源的功率给定值，以及通过交流功率给定值对逆变器进行控制和通过第二直流源的功率给定值对第二直流源进行控制，由此，能够有效地对并网发电系统的并网功率波动进行抑制，减小对电网的冲击，提高并网发电系统的性能，并且控制方式简单，对算力的要求低，实现成本低，实用性好。
30.基于上述实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制装置，本发明还提出一种并网发电系统。
31.本发明实施例的并网发电系统，包括本发明上述任一实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制装置，其具体的实施方式可参照上述并网功率波动抑制装置的实施例，在此不再赘述。
32.根据本发明实施例的并网发电系统，能够有效地对并网功率波动进行抑制，减小对电网的冲击，提高性能，并且控制方式简单，对算力的要求低，实现成本低，实用性好。
33.基于上述实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制装置，本发明还提出一种并网发电系统的并网功率波动抑制方法。
34.如图4所示，本发明实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制方法包括以下步骤：s1，获取第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值。
35.s2，根据第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值计算得到交流功率给定值和第二直流源的功率给定值。
36.在本发明的一个实施例中，交流功率给定值的计算公式如下：p
ac_ref = p
ac_ref_last + {sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * min{k
max
, |p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m}} / m其中，p
ac_ref
为交流功率给定值，p
ac_ref_last
为锁存器中锁存的上一控制周期的交流功率给定值，p
ref
为调节器的输出，k
max
为双向限幅器的幅值，m为放大器的增益，sign( )为取符号运算，min{ }为取最小值运算。
37.第二直流源的功率给定值的计算公式如下：p
dc2_ref = p
ref
ꢀ–ꢀ
p
ac_ref
其中，p
dc2_ref
为第二直流源的功率给定值。
38.s3，通过交流功率给定值对逆变器进行控制，并通过第二直流源的功率给定值对第二直流源进行控制。
39.如果|p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m≤k
max
，说明当前控制周期相对于上一控制周期并网功
率变化在预设范围之内，并网功率波动较小，无需进行抑制，则交流功率给定值p
ac_ref = p
ref
，且第二直流源的功率给定值p
dc2_ref = 0，此时第二直流源不参与功率调节；如果|p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
|*m＞k
max
，说明当前控制周期相对于上一控制周期并网功率变化在预设范围之外，并网功率波动较大，需要进行抑制，则交流功率给定值p
ac_ref = p
ac_ref_last + sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * k
max / m，且第二直流源的功率给定值p
dc2_ref = p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
ꢀ‑ꢀ
sign(p
ref
ꢀ‑ꢀ
p
ac_ref_last
) * k
max / m，此时第二直流源参与功率调节。
40.由于并网功率波动抑制的控制结果均与放大器的增益m和双向限幅器的幅值k
max
相关，因此可通过调节放大器的增益m和双向限幅器的幅值k
max
以调节并网功率的变化率，即本发明实施例的抑制深度可调节，能够提高系统配置的灵活性。比如，在相同的m下，k
max
变大，并网功率可接受的变化率也就越大，第二直流源参与功率调节的频次会减小，并且在第二直流源参与功率调节时，其调节的幅度会减小，并网功率给定值会出现更大的变化率，即抑制深度变小；反之，k
max
变小，第二直流源参与功率调节的频次会增加，并且在第二直流源参与功率调节时，其调节的幅度会增大，并网功率给定值会出现更小的变化率，即抑制深度变大。又比如，在相同的k
max
下，m变小，并网功率可接受的变化率也就越大，第二直流源参与功率调节的频次会减小，并且在第二直流源参与功率调节时，其调节的幅度会减小，并网功率给定值会出现更大的变化率，即抑制深度变小；反之，m变大，抑制深度变大。
41.根据本发明实施例的并网发电系统的并网功率波动抑制方法，通过获取第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值，并根据第一直流源的功率给定值和第一直流源的功率反馈值计算得到交流功率给定值和第二直流源的功率给定值，以及通过交流功率给定值对逆变器进行控制和通过第二直流源的功率给定值对第二直流源进行控制，由此，能够有效地对并网发电系统的并网功率波动进行抑制，减小对电网的冲击，提高并网发电系统的性能，并且控制方式简单，对算力的要求低，实现成本低，实用性好。
42.本发明实施例的并网发电系统及其并网功率波动抑制装置和方法在实际应用时涉及的第一种工作波形如图5所示，图中横坐标为时间，单位为分钟，纵坐标为功率标幺值（基值为逆变器的额定功率），图5中的实线为功率分配单元计算得到的交流功率给定值p
ac_ref
，虚线为功率分配单元计算得到的第二直流源的功率给定值p
dc2_ref
。从图5中可以看出，本发明实施例的功率分配单元可以有效分解出分别用以控制逆变器和第二直流源的功率给定值。
43.本发明实施例的并网发电系统及其并网功率波动抑制装置和方法在实际应用时涉及的第二种工作波形如图6所示，图中横坐标为时间，单位为分钟，纵坐标为功率标幺值（基值为逆变器的额定功率），图6中虚线为本发明实施例的方案实施前的并网功率曲线，实线为本发明实施例的方案实施后的并网功率曲线。从图6中可以看出，本发明实施例可对并网功率波动起到明显的抑制作用。
44.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
46.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
47.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
48.此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
49.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。