一種可自動實現(xiàn)電壓平衡的風光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法
【專利說明】一種可自動實現(xiàn)電壓平衡的風光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法 所屬技術領域
[0001] 本發(fā)明涉一種可自動實現(xiàn)電壓平衡的風光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法。
【背景技術】
[0002] 以風能、太陽能為代表的新能源發(fā)電因其無污染、可再生等優(yōu)點受到世界各國廣 泛關注，然而風電、光伏發(fā)電的不確定性和波動性給電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性造成一定影響，風速 波動會引起并網(wǎng)點電壓波動，光伏電站有功出力的隨機性與電網(wǎng)不友好的特征也使電網(wǎng)電 壓不穩(wěn)定。
[0003] 以風電和光伏發(fā)電為主的微電網(wǎng)作為超高壓、遠距離、大電網(wǎng)供電模式的補充，代 表著電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向。風電機組的原動力為風能，風能由于風的間歇性和隨機波動 性使得風電機組的發(fā)出的功率是間歇和波動的，這些波動性的風能接入系統(tǒng)會給電力系統(tǒng) 帶來沖擊。同時，由于風電機組為異步機，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。當風電滲透率較低時，這些影響不明顯，隨著風 電滲透率的提高，風能對電力系統(tǒng)的影響逐漸增大，在給電力系統(tǒng)帶來經(jīng)濟效益的同時也 給電網(wǎng)的運行造成了一定的困難。
[0004] 在風電并網(wǎng)比重較大的電力系統(tǒng)中，由于風電場輸出功率具有不完全可控性和預 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。針對風光一體發(fā)電系統(tǒng)無功電 壓問題，通過控制無功出力可以對電網(wǎng)電壓進行調(diào)整。目前，對于由變速恒頻風電機組組成 的風電場，其無功電壓控制主要由風電場的風力發(fā)電機組進行動態(tài)無功調(diào)節(jié)；對于光伏發(fā) 電系統(tǒng)，通常在光伏電站母線上安裝SVC等無功補償裝置以補償光伏系統(tǒng)的無功需求，或 利用光伏逆變器本身的無功輸出能力向電網(wǎng)輸出無功功率以維持局部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。
[0005]儲能技術很大程度上解決新能源發(fā)電的波動性和隨機性問題，有效提高間歇性微 源的可預測性、確定性和經(jīng)濟性。此外，儲能技術在調(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)定運行能力方面的作用也獲得了廣泛研究和證明。在風電滲透率較高的 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，必須根據(jù)電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)，充分考慮到風光儲集群的調(diào)節(jié)能力，才能 保證電力系統(tǒng)的可靠與經(jīng)濟運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明提供一種可自動實現(xiàn)電壓平衡的風光一體發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該監(jiān)控方 法可預測發(fā)電系統(tǒng)中的風光發(fā)電設備的發(fā)電功率和微電網(wǎng)中的負載變化，可追蹤大電網(wǎng)并 網(wǎng)點電壓信息，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，保障發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)時按照大電網(wǎng)的需求參與大電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)，保障 并網(wǎng)運行時的電壓穩(wěn)定。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可自動實現(xiàn)電壓平衡的風光一體發(fā)電系統(tǒng)的 監(jiān)控方法，該監(jiān)控方法包括如下步驟：
[0008] S1.風力發(fā)電設備和光伏發(fā)電設備監(jiān)控模塊實時獲取風力發(fā)電設備和光伏發(fā)電設 備的運行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)，實時檢測獲取蓄電池模塊的S0C，實時獲取微電網(wǎng)內(nèi)負載功率 需求情況；根據(jù)風力發(fā)電設備、光伏發(fā)電設備的運行數(shù)據(jù)和取蓄電池模塊的S0C，對未來預 定時刻內(nèi)的風力發(fā)電設備、光儲設備的輸出有功和無功進行預測；
[0009] S2.采集并網(wǎng)點電壓信息，同時根據(jù)大電網(wǎng)調(diào)度指令和未來預定時刻內(nèi)對未來預 定時刻內(nèi)的風力發(fā)電設備、光儲設備的輸出有功和無功進行預測，形成發(fā)電系統(tǒng)有功及無 功輸出需求；
[0010] S3.將發(fā)電系統(tǒng)有功及無功輸出需求、當前蓄電池儲能的S0C、當前為電網(wǎng)內(nèi)負載 功率需求、未來風力發(fā)電設備和光伏發(fā)電設備輸出有功和無功作為約束條件，實現(xiàn)發(fā)電系 統(tǒng)的優(yōu)化運行。
[0011] 優(yōu)選的，光伏發(fā)電設備包括光伏組件，所述在步驟S1中，采用如下方式預測光伏 發(fā)電設備的輸出功率：
[0012] S11.建立光伏組件的出力模型：Ppv(t) =ninvnpv(t)G(t)spv (ι)
[0013] 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)為光伏組件能量轉換效率，ηιην為逆變器轉換效率；
[0014] 其中，光伏組件的能量轉換效率與環(huán)境的溫度有關，環(huán)境溫度對光伏組件能量轉 換效率的影響為：
[0016] 式中ru為光伏組件標準溫度下測試的參考能量轉換效率，β為溫度對能量轉換 效率的影響系數(shù)，Te(t)為t時刻光伏組件的溫度值，1^為光伏組件參考標準溫度值；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，其表達式如下：
[0018] 式中T為周圍的環(huán)境溫度，Trat光伏組件運行的額定溫度；
[0019] S12.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，預測未來一段時間內(nèi)的日照強度和環(huán)境溫度；
[0020] S13.根據(jù)未來一段時間內(nèi)的日照強度和環(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)電設備的發(fā)電功率。
[0021] 優(yōu)選的，在S1后還有如下步驟，根據(jù)風速和風電場調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求，利用 風電機組的超速控制與槳距角控制，確定各臺風電機組的初始有功功率、無功功率出力及 初始轉速、初始槳距角。
[0022] 優(yōu)選的，各臺風電機組的初始轉速的確定與風速有關，根據(jù)風電機組有功功率輸 出能力與電力系統(tǒng)調(diào)頻備用需求，將風速劃分為啟動風速段、低風速段、中風速段和高風速 段4部分。其中，啟動風速段為切入風速到門檻風速，啟動風速段風電機組有功功率輸出能 力較小，轉速變化對風電機組有功功率輸出影響不大；低風速段上限為利用超速控制可提 供全部電力系統(tǒng)調(diào)頻備用需求的風速；高風速段下限為采用最大功率點跟蹤時，風電機組 轉速達到最大轉速時的風速；對應不同風速，風電機組的初始轉速不同，初始轉速ω與風 速關系滿足：
[0023]
[0024] 式⑷中，Rw為風電機組半徑，λ為風電機組按照最大功率點跟蹤控制時得到的 葉尖速比，λ'為風電機組按照預留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，為檢測到的風電機組風速，為啟動風速段的最大風速，vMd.in為中風速段的 最小風速。
[0025] 優(yōu)選的，根據(jù)風速和風電場調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需求，利用風電機組的超速控制與 槳距角控制，確定各臺風電機組的初始有功功率、無功功率出力、初始轉速、初始槳距角，以 及儲能裝置的荷電狀態(tài)；其中風電場的調(diào)頻備用容量需求與各臺風電機組的初始有功功率 出力、初始轉速、初始槳距角以及儲能裝置荷電狀態(tài)有關，風電場的調(diào)壓備用容量需求與各 臺風電機組的初始無功功率出力有關。
[0026] 風電場調(diào)頻備用容量需求由各臺風電機組的超速控制與槳距角控制共同提供。在 確定風電機組的超速控制和槳距角控制分別承擔多少風電場調(diào)頻備用容量需求后，可得到 對應于該風電場調(diào)頻備用容量需求的初始轉速和初始槳距角，并由初始轉速和初