一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方法
【专利说明】一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方法 所属技术领域
[0001] 本发明涉一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方法。
【背景技术】
[0002] 微电网（Micro-Grid)也译为微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储 能系统和控制装置构成的系统单元，能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与 外部电网并网运行，也可以孤立运行。
[0003] 随着光伏发电技术的不断改善和并网规模不断扩大，光伏发电正逐步摆脱依靠政 府补贴和示范工程模式向商业化发展。同时由于新能源发电对电网的渗透率的不断增加， 其对电网的影响越来越不可忽略，电网的维护成本也越来越大，因此其应积极参与电网协 调建设和调度运行，对电网实现有力支持和补充。功率的波动性程度直接影响电网原有的 潮流分布，当风力发电和光伏发电的渗透率处于较高水平时，波动性和随机性会给电网的 原有运行方式带来巨大的冲击。为了减少这种冲击，可以光伏电站联合发电的系统中配置 大规模储能系统联合运行。
[0004] 在智能电网和微网等大型储能系统和分布式储能系统应用中，常采用一种直流总 线的连接方式，该连接方式是储能电池模块通过一种双向逆变器接入直流总线，需要接收 能量的时候，电网通过逆变器向储能电池充电；需要向电网送电的时候，储能电池通过双向 逆变器电网输电。
[0005] 储能技术对光伏并网发电系统的实现有重要作用，可克服由于外部环境的变化， 对输出光伏阵列输出功率大小和电能的质量影响。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方法，该方法可预测光伏 发电设备的发电功率，可预测和追踪光伏发电系统和大电网连接点电流，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，保障微电网在并网时按照大电网的需 求平稳提供功率输出，并提升储能系统的安全性和使用寿命。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方 法，该方法包括如下步骤：
[0008] S1.光伏发电设备监控模块实时获取光伏发电设备的运行数据，并存储数据；
[0009] S2.根据光伏发电设备的运行数据，对未来预定时刻内光伏发电设备的输出功率 进行预测；
[0010] S3.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；
[0011] S4.实时获取大电网的参数和调度信息，预测未来时间光伏发电系统与大电网连 接点的功率需求；
[0012] S5.将光伏发电系统与大电网连接点的功率需求、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功率作为约束条件，确定最 佳运行策略，并进行并网。
[0013] 优选的，在步骤S2中采用现有技术中任意风力发电功率预测方法预测风力发电 设备的输出功率。
[0014] 优选的，光伏发电设备包括光伏组件，所述在步骤S2中，采用如下方式预测光伏 发电设备的输出功率：
[0015] S21?建立光伏组件的出力模型：ppv(t) = ninvnpv(t)G(t)spv⑶
[0016] 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/m 2)， npv(t)为光伏组件能量转换效率，ninv为逆变器转换效率；
[0017] 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：
【主权项】
1. 一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方法，该方法包括如下步骤：
51. 光伏发电设备监控模块实时获取光伏发电设备的运行数据，并存储数据；
52. 根据光伏发电设备的运行数据，对未来预定时刻内光伏发电设备的输出功率进行 预测；
53. 实时检测获取蓄电池模块的SOC，实时获取微电网内负载功率需求情况；
54. 实时获取大电网的参数和调度信息，预测未来时间光伏发电系统与大电网连接点 的功率需求；
55. 将光伏发电系统与大电网连接点的功率需求、当前蓄电池储能的SOC、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功率作为约束条件，确定最佳运 行策略，并进行并网。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中采用现有技术中任意风力发电 功率预测方法预测风力发电设备的输出功率。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，光伏发电设备包括光伏组件，所述在步骤S2 中，采用如下方式预测光伏发电设备的输出功率：
521. 建立光伏组件的出力模型：Ppv(t) = ninvnpv(t)G(t)spv ⑶ 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：
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：
式中T为周围的环境温度，Trat光伏组件运行的额定温度；
522. 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；
523. 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S5中，采用如下步骤实现光伏发电系 统和大电网并网运行： S51.在光伏并网逆变器并网运行前，设置电抗模型值L0。
551. 可以由中控模块执行设置。需要说明的是，在步骤S51之前，执行下述步骤：对模 拟-数字AD采集模块进行初始化。
552. 中控模块发送启动指令给逆变控制器，启动光伏并网逆变器运行；
553. 采集光伏并网逆变器在η时刻和n+1时刻输出的并网电流值i Jn)和i Jn+Ι)，其 中，（n，n+l)对应开关周期TpOTiQd。 S54.采集光伏并网逆变器在η时刻输出的电抗电压值队(η)，步骤S54可以由AD采集 模块执行，具体地，AD采集模块采集光伏并网逆变器在η时刻输出的电抗电压值队(η)，然 后将上述模拟信号形式的电抗电压值UJn)进行模拟-数字转换，生成数字信号形式的电 抗电压值队(η)，发送给中控模块116。 步骤S55,将并网电流值i?、ijn+l)、开关周期Tp^d和η时刻输出的电抗电压值 UJn)代入下式（1)，以得到关于并网电抗值L和等效串联电阻R的第一关系式，
556. 采集光伏并网逆变器在η+1时刻输出的电抗电压值队(11+1)，步骤S56可以由AD 采集模块执行，具体地，AD采集模块采集光伏并网逆变器在η+1时刻输出的电抗电压值 Ujn+Ι)，后将上述模拟信号形式的电抗电压值队〇!+1)进行模拟-数字转换，生成数字信号 形式的电抗电压值队(n+1 )，发送给中控模块116。
557. 采集光伏并网逆变器在η+2时刻输出的并网电流值iJn+2)，其中，（η+1，η+2)对 应开关周期Tpwiml，步骤S57可以由AD采集模块执行，具体地，AD采集模块采集光伏并网逆 变器在η+2时刻输出的并网电流值i Jn+2)，后将上述模拟信号形式的在η+2时刻输出的并 网电流值k(n+2)进行模拟-数字转换，生成数字信号形式的在η+2时刻输出的并网电流 值iJn+2)，发送给中控模块。 步骤S58,将并网电流值ijn+l)、i>+2)、开关周期Tp^d和n+2时刻输出的电抗电压 值Ujn+Ι)代入下式（2)，以得到关于并网电抗值L和等效串联电阻R的第二关系式，
S59.根据第一关系式和第二关系式计算并网电抗值L和等效串联电阻R，步骤S59可 以由中控模块执行，具体地中控模块根据步骤S55中的第一关系式4〇?，L)和步骤S58中 的第二关系式f2 (R，U构成二元一次方程组，计算得到并网电抗值L和等效串联电阻R。 S510.判断并网电抗值L是否等于电抗模型值L0,如果否，返回执行步骤S52,直至并网 电抗值L等于电抗模型值LO。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S53可以由AD采集模块执行。具体地， AD采集模块采集光伏并网逆变器在η时刻和η+1时刻输出的并网电流值i Jn)和ijn+l)， 然后将上述模拟信号形式的并网电流值i Jn)和ijn+l)进行模拟-数字转换，生成数字信 号形式的并网电流值i Jn)和ijn+l)，发送给中控模块。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S55可以由中控模块执行，具体地，中控 模块根据接收到的来自AD采集模块的数字信号形式的并网电流值ijn)、ijn+l)、开关周 期T pOTi()d和η时刻输出的电抗电压值Mn)代入式（1)，得到关于并网电抗值L和等效串联 电阻R的第一关系式fi(R，L)。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S58可以由控制器执行。具体地，控制 器根据接收到的来自AD采集模块的数字信号形式的并网电流值ijn+l)、iJn+2)开关周期 Tp^d和电抗电压值Mn+1)代入式（1)，得到关于并网电抗值L和等效串联电阻R的第二 关系式f2(R，L)。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S510可以由控制器执行。具体地，控 制器判断步骤S59中计算得到的并网电抗值L与步骤S51中预设的电抗模型值LO是否相 等，如果不相等，则返回步骤S52,继续进行执行采集并网电流和电抗电压，计算新的并网电 抗值L，直至计算得到的并网电抗值L等于电抗模型值L0,从而实现实际并网电感与控制算 法中模型电感值要尽量保持一致，保证光伏并网逆变器的稳定运行。
【专利摘要】一种可并网运行光伏发电系统的运行和监控方法，该方法包括如下步骤：S1.光伏发电设备监控模块实时获取光伏发电设备的运行数据，并存储数据；S2.根据光伏发电设备的运行数据，对未来预定时刻内光伏发电设备的输出功率进行预测；S3.实时检测获取蓄电池模块的SOC，实时获取微电网内负载功率需求情况；S4.实时获取大电网的参数和调度信息，预测未来时间光伏发电系统与大电网连接点的功率需求；S5.将光伏发电系统与大电网连接点的功率需求、当前蓄电池储能的SOC、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功率作为约束条件，确定最佳运行策略，并进行并网。
【IPC分类】H02J3-38
【公开号】CN104682439
【申请号】CN201510122516
【发明人】肖会
【申请人】成都鼎智汇科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月19日