CN102709954A - 风光储联合发电系统有功协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风光储联合发电系统有功协调控制方法，包括下列步骤：以联合发电系统调控范围内的风电场、光伏电站、储能电站为控制对象，并建立控制模型；设置联合发电系统的控制目标来源，结合各场站的当前运行状态，实时计算出风、光发电系统的调节需求和储能系统调节需求；将调节需求分配至各场站，计算各风电场、光伏电站、储能电站的调节功率和控制目标；将得到的控制目标进行校核后，最终得到控制指令，保证控制的安全性与可靠性。本发明提供的方法充分发挥风能、光能、储能资源的优势互补，有效利用储能系统对电能存储和释放，合理调整风、光等可再生能源，实现风光储联合发电系统的输出功率类似常规电源一样跟踪调度指令。

Description

风光储联合发电系统有功协调控制方法

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，更准确地说本发明涉及一种适用于风光储联合发电系统的多源有功协调控制方法。

背景技术

近年来，以风能、太阳能为代表的可再生清洁能源发电技术在全球范围内快速发展。由于风能和光能的间歇性、随机性及波动性，风、光独立运行系统很难提供连续稳定的能量输出，如果在风、光的基础上加入储能装置组成风光储联合发电系统，就可以充分利用风能和光能在时间及地域上的天然互补性，同时配合储能系统对电能的存储和释放，改善整个风光发电系统的功率输出特性，缓解风、光等可再生能源的间歇性和波动性与电力系统实时平衡之间的矛盾，降低其对电网的不利影响。为了研究解决这一问题，我国各大电网公司和发电集团都在积极探索风光储联合发电的工程应用，其中最为典型的是国家电网公司在张家口着手建设的我国第一个国家级大型风光储输示范工程。研究风、光、储多源协调控制方法，使不稳定的能源变成稳定的具有较高品质的电力产品，意义非常重大。

根据检索，目前国内外在储能系统与风电等可再生能源的协调控制方法研究主要集中在控制储能的充、放电过程以平滑风、光输出功率，一般不考虑对风电或光伏发电的调整。目前尚没有有效的风、光、储多源协调控制方法，控制风光储联合发电系统的输出功率跟踪调度控制指令。

发明内容

本发明的目在于提供一种风光储联合发电系统的有功协调控制方法，充分发挥风能、光能、储能资源的优势互补，有效利用储能系统对电能存储和释放，合理调整风、光等可再生能源，实现风光储联合发电系统的输出功率类似常规电源一样跟踪调度指令。

为了达到上述目的，本发明采取以下的技术方案来实现：

风光储联合发电系统有功协调控制方法，包括下列步骤：

（1）以联合发电系统调控范围内的风电场、光伏电站、储能电站为控制对象，建立控制对象的控制模型；

（2）将步骤（1）所述的控制对象按照类型划分为两个控制组：风光控制组、储控制组；

（3）设置风光储联合发电系统控制目标来源，根据联合发电系统的实时联合控制目标，结合步骤（1）所述各控制对象的实际运行状态，分别计算步骤（2）所述两个控制组的调节需求；

（4）将步骤（3）计算的两个控制组的调节需求分配至其下属各可受控的控制对象，计算各风电场、光伏电站、储能电站的调节功率和控制目标；

（5）对步骤（4）计算得到的风电场、光伏电站和储能电站的控制目标进行校核后，得到最终下发的控制指令，下发到各场站监控系统，由监控系统完成控制指令的执行。

前述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（1）建立的控制对象的控制模型主要包括上行信息、下行信息、人工设置参数和计算参数，所述上行信息包括远方可控信号、实际出力、遥测调节上/下限值和增/减闭锁信号；所述下行信息包括遥调指令；所述人工设置参数包括调节死区、最大调节量、指令周期、遥调方式、人工指定调节上/下限值等参数；所述计算参数设有实际控制用的调节上/下限值，正常取自遥测上/下限值和人工指定调节上/下限值的交集，若未采集遥测限值或者指定不使用遥测限值，则直接取用人工指定调节上/下限值。

前述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（2）风光控制组通过风光打捆与储能进行协调的控制策略实现联合目标跟踪。

前述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（3）两个控制组的调节需求计算方法，遵循优先利用风光资源的原则，计算风光发电总体控制目标，该目标与风、光总出力的偏差作为风光控制组的调节需求；联合发电系统的控制目标和实际联合出力的偏差作为储能控制组的调节需求。

前述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（4）将步骤（3）计算的两个控制组的调节需求分配至其下属各可受控的控制对象，采用比例分担或者优先级的分配策略，分担因子或者优先级可选用人工给定、可调容量等因素，加出力和减出力可采用不同的策略。

前述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（5）对各控制对象的控制目标进行校核后，得到最终下发的控制指令，所述校核采用适应风电场、光伏电站、储能电站的闭环控制指令的校验方法，用于确保闭环控制行为的合理性与安全性，包括以下校验:

a)调节范围校验

对于控制对象中的储能站，最大充放电功率受各电池组运行状态的影响，要求给储能电站下发的控制指令不能超出储能站的最大充放电功率；对于控制对象中的风电场和光伏电站，要求下发的控制指令不能超出要求调节上限和最低调节下限；

b)指令周期校验

对于控制对象中的风电场、光伏电站和储能电站可分别设置指令周期参数，每次下发指令后即以此参数开始倒计时，若上次指令的倒计时尚未结束，则不予下发新的控制指令；

c)调节死区校验

对于控制对象中的储能站，频繁地充放电会影响储能电池的使用寿命，功率调节死区的设置减小储能电池的动态调节频率，若要求的功率调节量小于调节死区时，控制目标将不会下发，对于控制对象中的风电场和光伏电站，也设有调节死区，用于避免频繁的调节发电设备，减少不必要的设备磨损；

d)最大调节量校验

实时闭环控制通过逐步调节实现动态逼近控制目标，最大调节量参数的设置用于避免一次下发过大的调节指令，对控制对象中的风电场、光伏电站和储能电站分别设置的最大调节量参数，若某次计算调节增量大于给定的最大调节量，则按照最大调节量进行控制指令修正再下发；

e)储能系统最大和最小荷电状态（SOC）的校验

深度充放电会缩短储能电池的循环寿命，控制时需保证储能电池的工作状态总处在允许的最小和最大荷电状态范围内，若储能系统的SOC数值超出设定的最大荷电状态参数时，不再向储能电站下发充电控制指令；反之，当储能系统的SOC数值小于最小荷电状态参数时，不再向储能电站下发放电控制指令。

本发明的有益效果是：

本发明的风光储联合发电系统有功协调控制方法，根据联合目标和风、光、储实际发电情况自动计算风光控制目标和储能控制目标，充分发挥风能、光能、储能资源的优势互补，有效利用储能系统对电能存储和释放，合理调整风、光等可再生能源，实现风光储联合发电系统的输出功率类似常规电源一样跟踪调度指令；

本发明的风光储联合发电系统有功协调控制方法，建立风电场、光伏电站、储能电站的控制模型，制定合理的控制策略，实现与各新能源场站之间安全可靠的闭环控制，实现新能源场站可控、在控。

附图说明

图1是本发明的风光储联合发电系统有功协调控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的风光储联合发电系统有功协调控制方法，根据联合目标和风、光、储实际发电情况自动计算风光控制目标和储能控制目标，充分发挥风能、光能、储能资源的优势互补，有效利用储能系统对电能存储和释放，合理调整风、光等可再生能源，实现风光储联合发电系统的输出功率类似常规电源一样跟踪调度指令，并建立风电场、光伏电站、储能电站的控制模型，制定合理的控制策略，实现与各新能源场站之间安全可靠的闭环控制，实现新能源场站可控、在控，具体实现包括下列步骤：

（1）以联合发电系统调控范围内的风电场、光伏电站、储能电站为控制对象，建立控制对象的控制模型；

（2）将步骤（1）所述的控制对象按照类型划分为两个控制组：风光控制组、储控制组；

（3）设置风光储联合发电系统控制目标来源，根据联合发电系统的实时联合控制目标，结合步骤（1）所述各控制对象的实际运行状态，分别计算步骤（2）所述两个控制组的调节需求；

（4）将步骤（3）所述两个控制组的调节需求分配至其下属各可受控的控制对象，计算各风电场、光伏电站、储能电站的调节功率和控制目标；

（5）对步骤（4）计算得到的风电场、光伏电站和储能电站的控制目标进行校核后，得到最终下发的控制指令，下发到各场站监控系统，由其完成指令执行。

步骤（1）所述控制对象的控制模型主要包括上行信息、下行信息、人工设置参数和计算参数，所述上行信息包括远方可控信号、实际出力、遥测调节上/下限值和增/减闭锁信号；所述下行信息包括遥调指令；所述人工设置参数包括调节死区、最大调节量、指令周期、遥调方式、人工指定调节上/下限值等参数；所述计算参数主要有实际控制用的调节上/下限值，正常取自遥测上/下限值和人工指定调节上/下限值的交集，若未采集遥测限值或者指定不使用遥测限值，则直接取用人工指定调节上/下限值。实际运行中，由于新能源场发电的随机性，对于风电场和光伏电站，遥测调节限值往往无法精确获得，遥测调节限值的缺失并不影响本发明的有功协调控制方法的整体控制效果。

所述步骤（3）遵循优先利用风光资源的原则，计算风、光发电总体控制目标，该目标与风、光总出力的偏差由风电场和光伏电站共同承担；利用储能系统的快速充、放电能力实时跟踪联合发电系统的整体控制偏差。通过上述两种策略的协调实现联合发电系统的风光储总出力有效跟踪联合目标。

风光发电系统控制策略为：(1)当风和光总出力大于联合发电系统目标出力时，若储能具有充电能力，优先给储能系统充电，储能不具备充电能力或充电功率不足部分才考虑弃风或弃光；(2)当风和光总出力小于联合发电系统目标出力时，控制风电场和光伏电站增加出力，若达到目标出力后风光仍具有增出力能力，且储能有充电能力，则控制风光继续上调出力，超出部分功率控制储能充电，

风光发电系统的理想控制目标为：

P_{wp_des}(t)＝P_ref(t)+P_{max_charg}(t)     (1)

其中，P_{wp_des}(t)为t时刻风光发电系统的理想控制目标，P_ref为t时刻联合发电系统目标出力，P_{max_charg}(t)为t时刻储能系统的最大允许充电功率（正常情况下为非负数值），由储能电站监控系统根据各储能单元的实际运行情况实时统计得出，

由公式(1)式得出，风光发电系统理想调节需求为：

ΔP_wp(t)＝P_{wp_des}(t)-P_wp(t)     (2)

其中，ΔP_wp(t)为t时刻风光发电系统的理想调节需求，P_wp(t)为t时刻风光总出力，

当ΔP_wp(t)＞0时，表示风光出力不足，风电场和光伏电站可增加出力，向风电场和光伏电站下发加出力的控制指令（当然，实际风光出力能否增加还要看当时的风电场和光伏电站是否具有加出力的能力）；当ΔP_wp(t)＜0时，表示当前风光出力过大，即使储能运行在最大充电功率状态联合出力仍然超出，这时风电场和光伏电站应进行减出力，向其下发减出力的控制指令。

储能系统控制策略为：利用储能的快速响应特性实时补偿风光储总出力和联合目标出力的偏差，进行快速调节确保联合出力跟踪目标的精度。

储能调节需求的计算公式为：

ΔP_b(t)＝P_ref(t)-P_wpb(t)    (3)

其中，P_ref(t)为t时刻联合目标出力，P_wpb(t)为t时刻风、光、储实际总出力。

所述步骤（4）将风光控制组和储能控制组总调节需求根据分配策略分别分配至步骤（1）所述各控制对象，所述分配策略采用比例分担。

设共有n个风电场和光伏电站，控制对象i分配到的调节功率为：

$\mathrm{\Δ}{P}_i\left(t\right)=K*\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{wp}}\left(t\right)*\frac{{\mathrm{\α}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\α}}_i}---\left(4\right)$

其中，ΔP_i(t)是t时刻控制对象i分配到的调节功率，α_i是控制对象i的分担因子，K是人工指定的比例控制因子（0＜K≤1）。

将公式（4）式计算得到的调节功率叠加到该控制对象的实际出力上，计算得到该控制对象的控制目标。

所述步骤（5）对各控制对象的控制目标进行校核后，得到最终下发的控制指令，所述校核采用适应风电场、光伏电站、储能电站的闭环控制指令的校验方法，用于确保闭环控制行为的合理性与安全性，包括以下校验:

a)调节范围校验

对于控制对象中的储能站，最大充放电功率受各电池组运行状态的影响，要求给储能电站下发的控制指令不能超出储能站的最大充放电功率；对于控制对象中的风电场和光伏电站，要求下发的控制指令不能超出要求调节上限和最低调节下限；

b)指令周期校验

对于控制对象中的风电场、光伏电站和储能电站可分别设置指令周期参数，每次下发指令后即以此参数开始倒计时，若上次指令的倒计时尚未结束，则不予下发新的控制指令。

c)调节死区校验

对于控制对象中的储能站，频繁地充放电会影响储能电池的使用寿命，功率调节死区的设置减小储能电池的动态调节频率，若要求的功率调节量小于调节死区时，控制目标将不会下发，对于控制对象中的风电场和光伏电站，也设有调节死区，用于避免频繁的调节发电设备，减少不必要的设备磨损；

d)最大调节量校验

实时闭环控制通过逐步调节实现动态逼近控制目标，最大调节量参数的设置用于避免一次下发过大的调节指令，对控制对象中的风电场、光伏电站和储能电站分别设置的最大调节量参数，若某次计算调节增量大于给定的最大调节量，则按照最大调节量进行控制指令修正再下发；

e)储能系统最大和最小荷电状态（SOC）的校验

深度充放电会缩短储能电池的循环寿命，控制时需保证储能电池的工作状态总处在允许的最小和最大荷电状态范围内，若储能系统的SOC数值超出设定的最大荷电状态参数时，不再向储能电站下发充电控制指令；反之，当储能系统的SOC数值小于最小荷电状态参数时，不再向储能电站下发放电控制指令。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种风光储联合发电系统有功协调控制方法，其特征在于,包括下列步骤：

以联合发电系统调控范围内的风电场、光伏电站、储能电站为控制对象，建立控制对象的控制模型；

将步骤（1）所述的控制对象按照类型划分为两个控制组：风光控制组、储控制组；

设置风光储联合发电系统控制目标来源，根据联合发电系统的实时联合控制目标，结合步骤（1）所述各控制对象的实际运行状态，分别计算步骤（2）所述两个控制组的调节需求；

将步骤（3）计算的两个控制组的调节需求分配至其下属各可受控的控制对象，计算控制对象中的各风电场、光伏电站、储能电站的调节功率和控制目标；

对步骤（4）计算得到的风电场、光伏电站和储能电站的控制目标进行校核后，得到最终下发的控制指令，下发到各场站监控系统，由监控系统完成控制指令的执行。

2.根据权利要求1所述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（1）建立控制对象的控制模型，主要包括上行信息、下行信息、人工设置参数和计算参数，所述上行信息包括远方可控信号、实际出力、遥测调节上/下限值和增/减闭锁信号；所述下行信息包括遥调指令；所述人工设置参数包括调节死区、最大调节量、指令周期、遥调方式、人工指定调节上/下限值等参数；所述计算参数设有实际控制用的调节上/下限值，正常取自遥测上/下限值和人工指定调节上/下限值的交集，若未采集遥测限值或者指定不使用遥测限值，则直接取用人工指定调节上/下限值。

3.根据权利要求1所述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（2）的风光控制组通过风光打捆与储能进行协调的控制策略实现联合目标跟踪。

4.根据权利要求1所述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（3）两个控制组的调节需求计算方法，遵循优先利用风光资源的原则，计算风光发电总体控制目标，该目标与风、光总出力的偏差作为风光控制组的调节需求；联合发电系统的控制目标和实际联合出力的偏差作为储能控制组的调节需求。

5.根据权利要求1所述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（4）两个控制组的调节需求分配至其下属各可受控的控制对象，采用比例分担或者优先级的分配策略，分担因子或者优先级可选用人工给定、可调容量等因素，加出力和减出力可采用不同的策略。

6.根据权利要求1所述的风光储联合发电系统的有功协调控制方法，其特征在于：所述步骤（5）对各控制对象的控制目标进行校核后，得到最终下发的控制指令，所述校核采用适应风电场、光伏电站、储能电站的闭环控制指令的校验方法，用于确保闭环控制行为的合理性与安全性，具体包括以下校验:

a)调节范围校验

对于控制对象中的储能站，最大充放电功率受各电池组运行状态的影响，要求给储能电站下发的控制指令不能超出储能站的最大充放电功率；对于控制对象中的风电场和光伏电站，要求下发的控制指令不能超出要求调节上限和最低调节下限； 

b)指令周期校验

对于控制对象中的风电场、光伏电站和储能电站可分别设置指令周期参数，每次下发指令后即以此参数开始倒计时，若上次指令的倒计时尚未结束，则不予下发新的控制指令；

c)调节死区校验

对于控制对象中的储能站，频繁地充放电会影响储能电池的使用寿命，功率调节死区的设置减小储能电池的动态调节频率，若要求的功率调节量小于调节死区时，控制目标将不会下发，对于控制对象中的风电场和光伏电站，也设有调节死区，用于避免频繁的调节发电设备，减少不必要的设备磨损； 

d)最大调节量校验

实时闭环控制通过逐步调节实现动态逼近控制目标，最大调节量参数的设置用于避免一次下发过大的调节指令，对控制对象中的风电场、光伏电站和储能电站分别设置的最大调节量参数，若某次计算调节增量大于给定的最大调节量，则按照最大调节量进行控制指令修正再下发；

e)储能系统最大和最小荷电状态（SOC）的校验

深度充放电会缩短储能电池的循环寿命，控制时需保证储能电池的工作状态总处在允许的最小和最大荷电状态范围内，若储能系统的SOC数值超出设定的最大荷电状态参数时，不再向储能电站下发充电控制指令；反之，当储能系统的SOC数值小于最小荷电状态参数时，不再向储能电站下发放电控制指令。

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