一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方法
【專利說明】一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)（Micro-Grid)也譯為微網(wǎng)，是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負(fù)荷、儲 能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與 外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。
[0003] 以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的微電網(wǎng)作為超高壓、遠(yuǎn)距離、大電網(wǎng)供電模式的補(bǔ)充，代 表著電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向。風(fēng)電機(jī)組的原動力為風(fēng)能，風(fēng)能由于風(fēng)的間歇性和隨機(jī)波動 性使得風(fēng)電機(jī)組的發(fā)出的功率是間歇和波動的，這些波動性的風(fēng)能接入系統(tǒng)會給電力系統(tǒng) 帶來沖擊。同時，由于風(fēng)電機(jī)組為異步機(jī)，若不加以控制，在發(fā)出有功功率的同時，需要吸收 一定的無功功率，不利用系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。當(dāng)風(fēng)電滲透率較低時，這些影響不明顯，隨著風(fēng) 電滲透率的提高，風(fēng)能對電力系統(tǒng)的影響逐漸增大，在給電力系統(tǒng)帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時也 給電網(wǎng)的運(yùn)行造成了一定的困難。
[0004] 在風(fēng)電并網(wǎng)比重較大的電力系統(tǒng)中，由于風(fēng)電場輸出功率具有不完全可控性和預(yù) 期性，會在一定程度上改變原有電力系統(tǒng)潮流分布、線路輸送功率及整個系統(tǒng)的慣量，從而 對電網(wǎng)的有功、無功功率平衡、頻率及電壓穩(wěn)定產(chǎn)生了影響。當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行時，特別是獨 立運(yùn)行的小電網(wǎng)，電網(wǎng)建設(shè)相對薄弱，電網(wǎng)有功功率調(diào)節(jié)能力較小，風(fēng)電并網(wǎng)帶來的電網(wǎng)穩(wěn) 定性問題更加明顯。為了減少這種沖擊，可以在風(fēng)電機(jī)組和光伏電站聯(lián)合發(fā)電的系統(tǒng)中配 置大規(guī)模儲能系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行。
[0005] 儲能技術(shù)對微電網(wǎng)的實現(xiàn)有重要作用，其應(yīng)用在很大程度上解決新能源發(fā)電的波 動性和隨機(jī)性問題，有效提高間歇性微源的可預(yù)測性、確定性和經(jīng)濟(jì)性。此外，儲能技術(shù)在 調(diào)頻調(diào)壓和改善系統(tǒng)有功、無功平衡水平，提高微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力方面的作用也獲得了 廣泛研宄和證明。在風(fēng)電滲透率較高的電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率及電壓變化時，要求 風(fēng)儲集群對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的實時性較強(qiáng)，必須根據(jù)電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)，充 分考慮到風(fēng)儲集群的調(diào)節(jié)能力，才能保證電力系統(tǒng)的可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明提供一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該微電網(wǎng)系統(tǒng)的 監(jiān)控方法可預(yù)測微電網(wǎng)中的發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率和微電網(wǎng)中的負(fù)載變化，可追蹤大電網(wǎng)頻 率、電壓信息，實時獲取大電網(wǎng)調(diào)度指令，實時檢測的蓄電池模塊電池容量，能制定和實施 最適宜的控制策略，保障微電網(wǎng)在并網(wǎng)時按照大電網(wǎng)的需求參與大電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)和電壓 調(diào)節(jié)，并盡量提升儲能系統(tǒng)的安全性和使用壽命。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方 法，該方法包括如下步驟包括：
[0008] S1.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實時獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè) 備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)；根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對未來預(yù)定時 刻內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率進(jìn)行預(yù)測；
[0009] S2.采集大電網(wǎng)頻率、電壓信息，同時根據(jù)大電網(wǎng)調(diào)度指令和未來預(yù)定時刻內(nèi)的風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率，形成微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求；
[0010] S3.實時檢測獲取蓄電池模塊的SOC，實時獲取微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率需求情況；
[0011] S4.根據(jù)大電網(wǎng)實時的頻率偏差及其變化率信息，確定大電網(wǎng)目前的調(diào)頻需求； 根據(jù)大電網(wǎng)實時的電壓偏差及其變化率信息，確定大電網(wǎng)目前的調(diào)壓需求；
[0012] S5.將大電網(wǎng)的調(diào)頻需求和調(diào)壓需求、當(dāng)前蓄電池儲能的SOC、當(dāng)前為電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載 功率需求、未來風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備輸出功率作為約束條件，實現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化 運(yùn)行。
[0013] 優(yōu)選的，光伏發(fā)電設(shè)備包括光伏組件，所述在步驟S1中，采用如下方式預(yù)測光伏 發(fā)電設(shè)備的輸出功率：
[0014] S21?建立光伏組件的出力模型：ppv(t) = ninvnpv(t)G(t)spv (l)
[0015] 式中Spv為光伏面板接收太陽光照輻射的面積（m2)，G(t)光照輻射數(shù)值（W/m2)， npv(t)為光伏組件能量轉(zhuǎn)換效率，ninv為逆變器轉(zhuǎn)換效率；
[0016] 其中，光伏組件的能量轉(zhuǎn)換效率與環(huán)境的溫度有關(guān)，環(huán)境溫度對光伏組件能量轉(zhuǎn) 換效率的影響為：
【主權(quán)項】
1. 一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法包括如下步驟包括：
51. 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實時獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的 運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)；根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對未來預(yù)定時刻內(nèi) 的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率進(jìn)行預(yù)測；
52. 采集大電網(wǎng)頻率、電壓信息，同時根據(jù)大電網(wǎng)調(diào)度指令和未來預(yù)定時刻內(nèi)的風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率，形成微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求；
53. 實時檢測獲取蓄電池模塊的SOC，實時獲取微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率需求情況；
54. 根據(jù)大電網(wǎng)實時的頻率偏差及其變化率信息，確定大電網(wǎng)目前的調(diào)頻需求；根據(jù) 大電網(wǎng)實時的電壓偏差及其變化率信息，確定大電網(wǎng)目前的調(diào)壓需求；
55. 將大電網(wǎng)的調(diào)頻需求和調(diào)壓需求、當(dāng)前蓄電池儲能的SOC、當(dāng)前為電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率 需求、未來風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備輸出功率作為約束條件，實現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏發(fā)電設(shè)備包括光伏組件，所述在步 驟Sl中，采用如下方式預(yù)測光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率：
521. 建立光伏組件的出力模型：Ppv(t) = ninvnpv(t)G(t)spv (ι) 式中Spv為光伏面板接收太陽光照輻射的面積（m2)，G(t)光照輻射數(shù)值（W/m2)，Ii pv(t) 為光伏組件能量轉(zhuǎn)換效率，n inv為逆變器轉(zhuǎn)換效率； 其中，光伏組件的能量轉(zhuǎn)換效率與環(huán)境的溫度有關(guān)，環(huán)境溫度對光伏組件能量轉(zhuǎn)換效 率的影響為： 式中ru為光伏組件標(biāo)準(zhǔn)溫度下測試的參考能量轉(zhuǎn)換效率，β為溫度對能量轉(zhuǎn)換效率 的影響系數(shù)，Tc(t)為t時刻光伏組件的溫度值，1^為光伏組件參考標(biāo)準(zhǔn)溫度值；光伏組件 吸收太陽輻射，會與環(huán)境溫度一起作用引起光伏組件溫度發(fā)生變化，其表達(dá)式如下： 7； (I)^r= T,n am 腦 (3) 式中T為周圍的環(huán)境溫度，Trat光伏組件運(yùn)行的額定溫度；
522. 實時檢測和收集光伏組件的周邊的日照信息和環(huán)境溫度，根據(jù)歷史日照信息和環(huán) 境溫度，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度；
523. 根據(jù)未來一段時間內(nèi)的日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度，利用上述光伏組件的出力模型計算 未來時間內(nèi)的光伏發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在S2后還有如下步驟，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)電場調(diào) 頻、調(diào)壓備用容量需求，利用風(fēng)電機(jī)組的超速控制與槳距角控制，確定各臺風(fēng)電機(jī)組的初始 有功功率、無功功率出力及初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，各臺風(fēng)電機(jī)組的初始轉(zhuǎn)速的確定與風(fēng)速有 關(guān)，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出能力與電力系統(tǒng)調(diào)頻備用需求，將風(fēng)速劃分為啟動風(fēng)速段、 低風(fēng)速段、中風(fēng)速段和高風(fēng)速段4部分。其中，啟動風(fēng)速段為切入風(fēng)速到門檻風(fēng)速，啟動風(fēng) 速段風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出能力較小，轉(zhuǎn)速變化對風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出影響不大；低風(fēng) 速段上限為利用超速控制可提供全部電力系統(tǒng)調(diào)頻備用需求的風(fēng)速；高風(fēng)速段下限為采用 最大功率點跟蹤時，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時的風(fēng)速；對應(yīng)不同風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組的初始 轉(zhuǎn)速不同，初始轉(zhuǎn)速ω與風(fēng)速關(guān)系滿足：
式（4)中，RW為風(fēng)電機(jī)組半徑，λ為風(fēng)電機(jī)組按照最大功率點跟蹤控制時得到的葉尖 速比，λ'為風(fēng)電機(jī)組按照預(yù)留d%的有功功率作為調(diào)頻備用容量需求時得到的葉尖速比， Vws為檢測到的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速，Vntws為啟動風(fēng)速段的最大風(fēng)速，Vmiiin為中風(fēng)速段的最小 風(fēng)速。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)電場調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需 求，利用風(fēng)電機(jī)組的超速控制與槳距角控制，確定各臺風(fēng)電機(jī)組的初始有功功率、無功功率 出力、初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角，以及儲能裝置的荷電狀態(tài)；其中風(fēng)電場的調(diào)頻備用容量需求 與各臺風(fēng)電機(jī)組的初始有功功率出力、初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角以及儲能裝置荷電狀態(tài)有關(guān)， 風(fēng)電場的調(diào)壓備用容量需求與各臺風(fēng)電機(jī)組的初始無功功率出力有關(guān)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟S5中采用如下方式實現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行：
551. 根據(jù)風(fēng)電機(jī)組出力預(yù)測狀況和光伏發(fā)電設(shè)備處理預(yù)測狀況，確定風(fēng)電機(jī)組、光伏 發(fā)電設(shè)備和儲能系統(tǒng)需要發(fā)出的有功功率與無功功率大小；
552. 結(jié)合風(fēng)電機(jī)組容量、勵磁電流限制及大電網(wǎng)實時電氣狀態(tài)，確定風(fēng)電機(jī)組有功功 率與無功功率出力參考值；
553. 結(jié)合儲能系統(tǒng)SOC限制及大電網(wǎng)實時電氣狀態(tài)，確定儲能系統(tǒng)的有功功率與無功 功率出力參考值；
554. 將風(fēng)電機(jī)組有功功率及無功功率出力參考值轉(zhuǎn)換為風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速、槳距角、勵磁 電流等參數(shù)輸入給風(fēng)電機(jī)組，使風(fēng)電機(jī)組參與對電力系統(tǒng)頻率及電壓的調(diào)節(jié)；
555. 將光伏發(fā)電設(shè)備和儲能系統(tǒng)的有功功率及無功功率出力參考值輸入給光伏發(fā)電 設(shè)備和儲能系統(tǒng)，使光伏發(fā)電設(shè)備和儲能裝置參與對電力系統(tǒng)頻率及電壓的調(diào)節(jié)。
【專利摘要】一種可自動實現(xiàn)頻率控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法包括如下步驟包括：S1.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實時獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)，對未來預(yù)定時刻內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率進(jìn)行預(yù)測；S2.形成微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求；S3.實時檢測獲取蓄電池模塊的SOC，實時獲取微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率需求情況；S4.確定大電網(wǎng)目前的調(diào)頻需求；根據(jù)大電網(wǎng)實時的電壓偏差及其變化率信息，確定大電網(wǎng)目前的調(diào)壓需求；S5.將大電網(wǎng)的調(diào)頻需求和調(diào)壓需求、當(dāng)前蓄電池儲能的SOC、當(dāng)前為電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率需求、未來風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備輸出功率作為約束條件，實現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。
【IPC分類】H02J3-12, H02J3-32, H02J3-38
【公開號】CN104734190
【申請?zhí)枴緾N201510151673
【發(fā)明人】肖會
【申請人】成都鼎智匯科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月1日