一种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方法
【专利说明】-种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方法 所属技术领域
[0001] 本发明设一种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方法。
【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 能装置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W与 外部电网并网运行，也可W孤立运行。
[0003] W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。风能和太阳能资源是清洁的可再生能源，但存在着随机性和 波动性的问题，给电网带来一系列的影响。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。为了减少该种冲击，可W在风电机组和光伏电站联合发电的系统 中配置大规模储能装置联合运行。
[0004] 储能技术对微电网的实现有重要作用，其应用在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。传统的方法是采用 单一的蓄电池储能元件来实现系统功率的平抑，但是由于频繁的充放电对蓄电池组寿命的 影响W及单一储能元件往往不能满足系统功率快速自动平衡的需要。
[0005] 此外，现配置大规模储能装置价格比较昂贵，因此，有必要综合考虑输电工程成 本，储能装置成本，输电收益，储能装置收益，建立W综合效益最大化为目标，给定输电线路 输电能力时的储能装置优化配置的方法。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种一种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方法，该监控装置 可预测微电网中的发电设备的发电功率和微电网中的负载变化，可追踪和预测微电网和大 电网连接点功率，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 求快速且平稳提供有功功率和无功功率，并可提升储能装置的安全性和使用寿命。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方 法，该方法包括如下步骤：
[000引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；
[0009] S2.根据风力发电设备和光伏发电设备的运行数据，对未来预定时刻内的风力发 电设备和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和超级电容器的电容电压值，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，预测未来时间微电网与大电网连接点的 功率需求；
[0012]S5.储能电站与大电网连接点的功率需求、当前蓄电池储能的SOC和超级电容器 的电容电压值、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，实现微电网的优化运行。
[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：
[00巧]S21.建立光伏组件的出力模型；Ppv(t) =ninvnpv(t)G(t)Spv(i)
[0016] 式中Spv为光伏面板接收太阳光照福射的面积（m2)，G(t)光照福射数值（W/W)， npY(t)为光伏组件能量转换效率，riiw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：
[001 引
【主权项】
1. 一种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方法，该方法包括如下步骤：
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；
52. 根据风力发电设备和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 备和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和超级电容器的电容电压值，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，预测未来时间微电网与大电网连接点的功率 需求；
55. 储能电站与大电网连接点的功率需求、当前蓄电池储能的SOC和超级电容器的电 容电压值、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，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： S21?建立光伏组件的出力模型：ppv(t) =ninvnpv(t)G(t)spv (l) 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，ninv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，e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，！^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S4中，采用如下步骤实现微电网和大 电网连接点处功率需求的追踪和预测：
541. 规定微电网各处的功率正方向，功率方向以微电网流向大电网为正；
542. 根据微电网各点的实际功率和公共连接点的功率期望计算微网系统公共连接点 处的功率，计算公式为： Pcc= P i-Pload ⑷ 式中PiS为风光总发电功率预测值，p^为公共连接点向大电网的输出功率，p 为微 电网内负载的功率的预测值； S43.确定Prc。的取值范围：Pmin<PPrc。max，此时可使公共连接点的功率保持在 配网可接受的潮流范围内，Pramin和Pra _为由配网潮流计算得到的最小门槛值和最大门 滥值，当Ppo;的波动超过上述限定门滥时，需要调节微网内的储能元件的输出功率以平抑微 网公共连接点处的功率。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S5中采用如下方式实现优化运行： 自动平衡微电网系统的功率波动的目标是利用混合储能吸收风光发电设备出力中的 波动部分，使得间歇性电源并网功率平滑，具体为： Pcc= P g+Ph 其中，pg为风光发电设备当前出力，包括光伏发电模块和风电模块的当前输出功率，ph 为储能装置输出功率，P。。为微网系统公共连接点处的功率；将风光发电设备出力pg减去经 低通滤波得到的平滑分量即为储能装置输出功率ph，传递函数为：
其中，Tg为滤波时间常数； 混合储能交流侧DC/AC变换器16采用PQ控制（P为有功功率，Q为无功功率）方式输 出Ph以平抑风光发电设备的功率波动，超级电容、第一蓄电池组和第二蓄电池组通过双向 DC/DC变换器与直流母线进行功率交换，使用储能装置能量控制方法来控制超级电容电压 在限值以内； 为了控制超级电容电压在上下限值以内，即us。min〈usc;〈us。_，当超级电容电压us。到达 上限预控值us。up或下限预控值us。d_时，通过第一蓄电池组和第二蓄电池组的调节使超级 电容电压1。回复到上下限值以内； 其中，us_〈usc;_d_〈usc;〈usc;_up〈usc;Jiax，us_为超级电容电压下限值，us。为超级电容电压 值，Us。_为超级电容电压上限值。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，将通过第一蓄电池组和第二蓄电池组调节 后超级电容电压恢复值记为Us。#，将第一蓄电池组和第二蓄电池组的充放电额定功率记 为Pc*at、Pdbat，储能装置能量控制方法具体为： (1) 当KUs。d_，超级电容电压达到下限预控值，此时m= 1，充电蓄电池组不工作， 放电蓄电池组以额定功率Pdbat发出功率，直到超级电容电压恢复到设定值Us。Mf; (2) 当Us。彡Us。up，超级电容电压达到上限预控值，此时m= 3,放电蓄电池组不工作， 充电蓄电池组以额定功率P。^吸收功率，直到超级电容电压恢复到设定值Usc; Mf; (3) 当Us。d_〈UscXUs。up，超级电容电压在正常范围，单独由超级电容进行间歇性电源的 功率平抑，此时m= 2,充电蓄电池组和放电蓄电池组均不工作。
【专利摘要】一种可自动实现能量平衡的微电网系统的监控方法，该方法包括如下步骤：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；S2.根据风力发电设备和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和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和超级电容器的电容电压值，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，预测未来时间微电网与大电网连接点的功率需求；S5.储能电站与大电网连接点的功率需求、当前蓄电池储能的SOC和超级电容器的电容电压值、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，实现微电网的优化运行。
【IPC分类】H02J3-32, H02J3-38
【公开号】CN104701882
【申请号】CN201510131565
【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10日
【申请日】2015年3月25日