一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控方法
【專利說明】一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為一種可再生能源，其具有的無污染、容易獲得、分布廣等特性，使得風(fēng)力 發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到飛速發(fā)展，我國電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模也在不斷增加。由于風(fēng) 能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率很不穩(wěn)定，為了保證大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入 電網(wǎng)后的整個(gè)大電網(wǎng)能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行，最有效的方法就是用儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合風(fēng)電給電網(wǎng)輸 出功率。將儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電相結(jié)合，就可以有效地平滑風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出，減少風(fēng) 電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
[0003] 由于風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的滲透率的不斷增加，其對(duì)電網(wǎng)的影響越來越不可忽略，電 網(wǎng)的維護(hù)成本也越來越大，因此其應(yīng)積極參與電網(wǎng)協(xié)調(diào)建設(shè)和調(diào)度運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有力 支持和補(bǔ)充。功率的波動(dòng)性程度直接影響電網(wǎng)原有的潮流分布，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電滲透率處于較 高水平時(shí)，波動(dòng)性和隨機(jī)性會(huì)給電網(wǎng)的原有運(yùn)行方式帶來巨大的沖擊。
[0004] 在智能電網(wǎng)和微網(wǎng)等大型儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用中，常采用一種直流總 線的連接方式，該連接方式是儲(chǔ)能電池模塊通過一種雙向逆變器接入直流總線，需要接收 能量的時(shí)候，電網(wǎng)通過逆變器向儲(chǔ)能電池充電；需要向電網(wǎng)送電的時(shí)候，儲(chǔ)能電池通過雙向 逆變器電網(wǎng)輸電。
[0005] 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)包括并網(wǎng)運(yùn)行模式和離網(wǎng)運(yùn)行模式；并網(wǎng)運(yùn)行模式，微網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng) 運(yùn)行，通過控制變換器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，即傳統(tǒng)的電流控制，達(dá)到單位功率因數(shù) 輸出，同時(shí)間接控制變換器輸出功率；離網(wǎng)運(yùn)行模式，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，微網(wǎng)及時(shí)與大電網(wǎng)斷 開而獨(dú)立運(yùn)行；離網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí)，針對(duì)不同負(fù)載，微網(wǎng)具有良好的輸出外特性，通常包括PQ 法，PV法，V/f法等輸出外特性控制方法。風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，需要解決的關(guān)鍵問題是 安全性和經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該監(jiān)控方法可預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備的發(fā)電功率，可實(shí)時(shí)追蹤風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和大電網(wǎng)連接點(diǎn)的功率需求，實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模 塊電池容量，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，能合理配置風(fēng)力發(fā)電功率和儲(chǔ)能容量，能制定和實(shí)施最適宜的 控制策略，保障并網(wǎng)時(shí)按照大電網(wǎng)的需求平穩(wěn)提供功率輸出，并提升供電的安全性和經(jīng)濟(jì) 性。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法 包括如下步驟：
[0008] S1.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0009] S2.根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來預(yù)定時(shí)刻內(nèi)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的輸出功率 進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0010] S3.實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的S0C，實(shí)時(shí)獲取風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載功率需求情況；
[0011] S4.實(shí)時(shí)獲取大電網(wǎng)的參數(shù)和調(diào)度信息，預(yù)測(cè)未來時(shí)間風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)與大電網(wǎng)連接點(diǎn) 的功率需求；
[0012] S5.將風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)與大電網(wǎng)連接點(diǎn)的功率需求、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的S0C、當(dāng)前為電網(wǎng) 內(nèi)負(fù)載功率需求和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備作為約束條件，確定最佳運(yùn)行策略，并進(jìn)行并網(wǎng)。
[0013] 優(yōu)選的，在步驟S2中采用現(xiàn)有技術(shù)中任意風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備的輸出功率。
[0014] 優(yōu)選的，在步驟S5中，采用如下步驟實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行：
[0015]S501.在并網(wǎng)AC/DC雙向變換器并網(wǎng)運(yùn)行前，設(shè)置電抗模型值L0。
[0016] S502.中控模塊116發(fā)送啟動(dòng)指令給逆變控制器，啟動(dòng)并網(wǎng)AC/DC雙向變換器運(yùn) 行。
[0017]S503.采集并網(wǎng)AC/DC雙向變換器在n時(shí)刻和n+1時(shí)刻輸出的并網(wǎng)電流值ijn) 和i>+l)，其中，（n，n+1)對(duì)應(yīng)開關(guān)周期TpCT1C]d。
[0018]S504.采集并網(wǎng)AC/DC雙向變換器在n時(shí)刻輸出的電抗電壓值Ut(n)。
[0019] 步驟S505,將并網(wǎng)電流值it(n)、it(n+l)、開關(guān)周期TpCT1C]d和n時(shí)刻輸出的電抗電 壓值隊(duì)(n)代入下式（1)，以得到關(guān)于并網(wǎng)電抗值L和等效串聯(lián)電阻R的第一關(guān)系式，
[0020]
[0021] S506?采集并網(wǎng)AC/DC雙向變換器在n+1時(shí)刻輸出的電抗電壓值UL(n+l)。
[0022] 步驟S506可以由AD采集模塊執(zhí)行。具體地，AD采集模塊采集并網(wǎng)AC/DC雙向變 換器在n+1時(shí)刻輸出的電抗電壓值Ujn+l)，后將上述模擬信號(hào)形式的電抗電壓值Ujn+1) 進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號(hào)形式的電抗電壓值隊(duì)(n+1)，發(fā)送給中控模塊116。
[0023] S507.采集并網(wǎng)AC/DC雙向變換器在n+2時(shí)刻輸出的并網(wǎng)電流值it(n+2)，其中， (n+l，n+2)對(duì)應(yīng)開關(guān)周期 Tperiod 0
[0024] 步驟S508,將并網(wǎng)電流值(n+1)、(n+2)、開關(guān)周期TpCT1C]d和n+2時(shí)刻輸出的電抗 電壓值Ujn+1)代入下式（2)，以得到關(guān)于并網(wǎng)電抗值L和等效串聯(lián)電阻R的第二關(guān)系式，
[0025]
[0026]S509.根據(jù)第一關(guān)系式和第二關(guān)系式計(jì)算并網(wǎng)電抗值L和等效串聯(lián)電阻R。
[0027] S510.判斷并網(wǎng)電抗值L是否等于電抗模型值L0,如果否，返回執(zhí)行步驟S52,直至 并網(wǎng)電抗值L等于電抗模型值L0。
[0028] 優(yōu)選的，在步驟S5中，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，采用如下方法配置風(fēng)力發(fā)電的功率輸出和儲(chǔ) 能系統(tǒng)的能量出入：
[0029] 采用小波包分解方法將風(fēng)電波動(dòng)功率分解為低頻部分和高頻部分，把低頻部分作 為風(fēng)電并網(wǎng)的期望值，高頻部分由儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑。
[0030]優(yōu)選的，對(duì)于給定風(fēng)電輸出功率的時(shí)間信號(hào)P(t)，將其作為原始信號(hào)，則第一層小 波包分解的計(jì)算方法為：
[0031]
[0032] 其中為第一層分解的低頻系數(shù)，為第一層分解的高頻系數(shù)，hk、gk分別 為低通、高通濾波器組；
[0033] 然后由低頻系數(shù)和高頻系數(shù)進(jìn)行小波包重構(gòu)，得到需要的低頻信號(hào)和高頻信號(hào)的 重構(gòu)，其計(jì)算方法為：
[0034]
[0035] 其中0(t)為重構(gòu)后的低頻信號(hào)，i(t)為重構(gòu)后的高頻信號(hào)，☆分別為重 構(gòu)的低通和高通濾波器組；
[0036] 將低頻信號(hào)作為風(fēng)電并網(wǎng)期望值，而高頻信號(hào)則用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償，蓄電池補(bǔ) 償功率分別為：
[0037] PB (t) =Pn，！⑴ + …+Pn，n ⑴
[0038] 其中n為小波包分解層數(shù)，m為次高頻和最高頻信號(hào)的頻帶劃分界限。
[0039] 設(shè)匕為風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量，P"為風(fēng)電波動(dòng)功率，則當(dāng)丨時(shí)，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)不 工作；當(dāng)i巧:卜時(shí)，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)功率進(jìn)行平抑；設(shè)當(dāng)丨《>&4的數(shù)據(jù)點(diǎn)占總 的數(shù)據(jù)點(diǎn)的百分比為a，觀測(cè)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率數(shù)據(jù)的總持續(xù)時(shí)間為T，可得混合儲(chǔ)能系統(tǒng) 工作持續(xù)時(shí)間為aT。
[0040] 本發(fā)明的可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)連接點(diǎn)的電流變化，有效抑制并網(wǎng)時(shí)的功率波動(dòng)；（2)控制策略兼顧配 大電網(wǎng)調(diào)度要求和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行情況，滿足大電網(wǎng)的調(diào)度需求和微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)載需求的同 時(shí)，合理配置風(fēng)力發(fā)電設(shè)備輸出和儲(chǔ)能容量，兼顧了供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說明】
[0041] 圖1示出了本發(fā)明的一種可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)及其監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0042] 圖2示出了本發(fā)明的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行及監(jiān)控方法。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 圖1是示出了本發(fā)明的一種可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)10,該風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)10包括：風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備14、儲(chǔ)能系統(tǒng)13、用于將風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)10與大電網(wǎng)20連接和隔離的并網(wǎng)AC/DC雙向變 換器12、直流母線、用于連接風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14和直流母線的換流AC/DC雙向變換器15、負(fù) 載16以及監(jiān)控裝置11。
[0044] 參見圖1，該儲(chǔ)能系統(tǒng)13包括蓄電池模塊131、與上述直流母線連接的雙向DC/DC 變換器132。
[0045] 該監(jiān)控裝置11包括：風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊113,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14， 并對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的功率輸出進(jìn)行控制；儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān) 控模塊115,可實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊131的S0C和DC/DC雙向變換器132,控制儲(chǔ)能系統(tǒng)13 功率輸入和輸出；大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊112,用于實(shí)時(shí)從大電網(wǎng)20調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運(yùn)行 情況以及相關(guān)調(diào)度信息；并網(wǎng)監(jiān)控模塊116,用于控制風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)連接或隔離大電網(wǎng)，包括AD 采集模塊和逆變控制器；負(fù)載監(jiān)控模塊114,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載16 ;中控模塊 117,用于確定風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置11中的各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該 運(yùn)行策略；總線模塊111，用于該監(jiān)控裝置11的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)，所述總線通信模塊 111通過冗余雙CAN總線與其他模塊相連。
[0046] 優(yōu)選的，AD采集模塊的輸入端設(shè)置于并網(wǎng)AC/DC雙向變換器12的輸出端，所述逆 變控制