CN105680449B - 一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法，所述具有天气预测的光伏发电微电网包括DC/AC逆变器、光伏阵列及双向DC/AC变换器、断路器、负荷及交流母线、储能电池、协调控制器、连接协调控制器与变换器和断路器的控制网络、电力调度中心以及天气预测模块。本发明以确保对用户供电充足为前提，通过综合运用天气判别与预测、电源调度、储能装置调度，让光伏发电微电网在天气判别与预测的条件下提前做好调节准备，提高系统应对不同情况切换模式的速度，减少系统误操作率。从而实现了保障电能质量与供电可靠性，让用户的负荷稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法。
背景技术
微电网是一种由分布式发电、储能和负荷共同组成的小型低压系统。微电网内部电源以清洁能源为主，主要由电力电子设备实现电能的变换。微电网克服分布式电源随机性和间歇性的缺点，合理有效地利用分布式电源。提高能源利用率，优化能源结构，减小环境污染；解决偏远农村地区的供电难题，减小大电网输送容量，避免线路拥塞，降低线损，减少输配电线路投资；提高供电的安全性和可靠性，增强电网应对灾变的能力，当大电网发生失步、低压、振荡等异常情况时，微电网能够迅速从并网点断开转为孤网运行，保证其内部负荷的供电不受影响，提高对内部负荷供电的可靠性。
当前，微电网的研究与发展尚未成熟，在技术和政策领域均有众多问题需要解决。其中包括电能质量问题，如：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变等；还有协调控制策略和对主网保护的影响等问题。现有的对微电网的电压进行稳定控制的协调控制主要是以直流为控制电流，通过直流母线对负荷进行配电，而目前绝大多数的家用电器都是以交流为主，这样的配电方式不仅会使逆变器等电力电子器件增多增加成本和调控难度，而且电力电子器件产生的谐波会让电器设备使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
由于天气的时变性会对发电量造成不同的影响，虽然目前已经提出几种解决办法，但现有的协调控制易产生谐波污染，也会产生孤岛效应。这不仅影响了电能质量，而且对用电设备带来破坏，甚至危害电力维修人员的生命安全，加之许多解决方法都放弃了保障对用户供电充足，让用户的用电受到极大的时间限制，极大程度上干扰了用户的用电体验，给微电网的推广造成很大的麻烦。
发明内容
为了确保对用户供电充足，减少谐波污染，消除微电网孤岛效应，克服已有光伏发电微电网运行时稳定性较差的不足。本发明提供一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法，通过综合运用天气判别与预测、电源调度、储能装置调度，让光伏发电微电网在天气判别与预测的条件下提前做好调节准备，提高系统应对不同情况切换模式的速度，减少系统误操作率。从而保障了电能质量与供电可靠性，让用户的负荷稳定运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法，所述具有天气预测的光伏发电微电网包括DC/AC逆变器、光伏阵列及双向DC/AC变换器、断路器、负荷及交流母线、储能电池、协调控制器、连接协调控制器与变换器和断路器的控制网络、电力调度中心以及天气预测模块。
将天气预测出的天气分为两大类，即阳光充足和阳光不足。
阳光充足只有晴天而且时间段还要处于白天，而这个时段的阳光强度可能是改变的，把它分为以下三个时段：
X1时段：为阳光逐渐变强(基本是在早上)，及发电量不断增大；
X2时段：为阳光强度基本不变(基本是在中午)，及发电量达到最大值；
X3时段：为阳光逐渐变若(基本是在下午)，及发电量不断减少。
而阳光不足包括阴天，雨天，雪天，大雾天气以及晴天的黑夜这段时间等等。
本发明以确保对用户供电充足为前提，即不限制用户用电，满足用户用电需求。本发明基于对发电量与用电量进行实时比较，然后进行实时调节，保证供电稳定。把发电量与用电量的比较分为3类，A类为发电大于用电；B类为发电等于用电；C类为发电小于用电。而这3类包含以下5种运行模式：
A1.闭合KF2，光伏发电向负荷供电，并通过对光伏组件列阵与逆变器的调节来调控输出功率大小，从而控制交流母线的电压，保证电压平衡稳定。
A2.闭合KF2，KF3，这时双向DC/AC处于整流状态。光伏发电向负荷供电，并并把除了向负荷供电外多余发的电存储到储能电池中。
B1.闭合KF2，光伏发电仅向负荷供电。
C1.闭合KF2，KF4，这时双向DC/AC处于逆变状态。光伏发电和蓄电池共同向负荷供电。
C2.闭合KF1，KF3，这时双向DC/AC处于整流状态。光伏发电给蓄电池充电，而电网给负荷供电。
因为微电网发电的接入会使配电网的配电变压器或者电缆线路等设备在发电不足时闲置，这些设备就成了备用设备，导致配电网成本增加，电网企业效益下降；而且给电网送电会对电网造成谐波污染；当电网故障时，系统不及时断开并网开关，还会产生孤岛效应，损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量。A1模式不给配电网送电，减少了电网企业成本，提高效益，减小谐波对电网的污染，消除孤岛效应。C2模式把配电网和储能、发电系统分开，减少了逆变器等电力电子产生的谐波污染，保证配电网的电能质量。
当发电量大于用电量，而且储能充足，则系统在A1模式下运行；当发电量大于用电量，但储能不足，则运行A2模式。当发电等于用电，运行B1模式。当发电小于用电，储能充足，运行于C1模式；当发电量小于用电且储能不足。则运行于C2模式。
本发明的协调控制是基于发电量与用电量的比较来进行实时调控的，结合储能电池的情况与天气情况一起对系统的运行进行控制，保证用户用电稳定，安全，与节约。
本系统通过控制网络对发电量，用电量，储能情况的采集传入电力调度中心与天气预测的结果进行综合协调，算出运行模式，并通过协调控制器对系统进行调控。
本发明的主要特点是：在确保对用户供电充足的条件下，采用可再生能源光伏来发电，通过对光伏发电，配电网，储能电池，双向逆变器，负荷和天气的采集与调控。当用电量不变，通过对天气的判别与预测的分析，可以提前做好调节准备；当用电量改变，通过发电量与用电量的比较来进行实时调控，以保障用户用电的稳定，而且对光伏发的电在最大程度上进行利用，节约而且环保。从而解决了分布式电源间歇性、不可控性、不稳定性等问题，而且解决了用户在光伏发电不足，储能不足情况下供电不足的问题，保证了用户的用电体验。
附图说明
图1是光伏发电微电网的结构示意图；
图2是对天气进行分类判别划分时段的流程图；
图3是光伏发电微电网与天气结合的综合协调控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图2所示，首先对系统进行初始化，然后对此时的天气进行判别并进行预测，若此时天气为晴天且时段为白天，则阳光充足，有较大的发电量。早晨的发电量会逐渐增大；而到了中午，发电量到达最大而且基本不变；到了下午，发电量就会逐渐减小，从而对应着三个时段，X1时段，X2时段，X3时段。若此时的天气为阴天，雨天，雪天，雾天等等，阳光则为不足，那发电量基本为0。
参照图1，图2和图3，可以把发电量与用电量的比较分为3类，A类为发电大于用电；B类为发电等于用电；C类为发电小于用电。而这3类包含以下5种运行模式：
A1.闭合KF2，光伏发电向负荷供电，并通过对光伏组件列阵与逆变器的调节来调控输出功率大小，从而控制交流母线的电压，保证电压平衡稳定。
A2.闭合KF2，KF3，这时双向DC/AC处于整流状态。光伏发电向负荷供电，并把除了向负荷供电外多余发的电存储到储能电池中。
B1.闭合KF2，光伏发电仅向负荷供电。
C1.闭合KF2，KF4，这时双向DC/AC处于逆变状态。光伏发电和蓄电池共同向负荷供电。
C2.闭合KF1，KF3，这时双向DC/AC处于整流状态。光伏发电给蓄电池充电，而电网给负荷供电。
本实施例的光伏发电微电网系统协调控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1：开始，进行整个系统的初始化工作。
步骤2：判断阳光是否充足，如果充足，转步骤3。否则，转步骤24。
步骤3：判断发电量是否等于用电量，如果不等于转步骤4。否则，转步骤13。
步骤4：判断发电量是否大于用电量，如果大于转步骤5。否则，转步骤16。
步骤5：判断储能是否充足，如果充足转步骤6。否则，转步骤10。
步骤6：系统进行A1模式运行。
步骤7：系统在运行同时，判断是否处于X1时段，若是，转步骤6。否则，转步骤8。
步骤8：系统在运行同时，判断是否处于X2时段，若是，转步骤6。否则，转步骤9。
步骤9：系统处于X3时段，转步骤3。
步骤10：系统进行A2模式运行。
步骤11：系统在运行同时，判断是否处于X1时段，若是，转步骤5。否则，转步骤12。
步骤12：系统在运行同时，判断是否处于X2时段，若是，转步骤5。否则，转步骤9。
步骤13：系统进行B1模式运行。
步骤14：系统在运行同时，判断是否处于X1时段，若是，转步骤3。否则，转步骤15。
步骤15：系统在运行同时，判断是否处于X2时段，若是，转步骤13。否则，转步骤9。
步骤16：判断储能是否充足，如果充足转步骤17。否则，转步骤21。
步骤17：系统进行C1模式运行。
步骤18：系统在运行同时，判断是否处于X1时段，若是，转步骤3。否则，转步骤19。
步骤19：系统在运行同时，判断是否处于X2时段，若是，转步骤16。否则，转步骤20。
步骤20：系统处于X3时段，转步骤2。
步骤21：系统进行C2模式运行。
步骤22：系统在运行同时，判断是否处于X1时段，若是，转步骤16。否则，转步骤23。
步骤23：系统在运行同时，判断是否处于X2时段，若是，转步骤16。否则，转步骤20。
步骤24：判断储能是否充足，如果充足转步骤25。否则，转步骤27。
步骤25：系统进行C1模式运行。
步骤26：系统在运行同时，判断储能是否充足，若是，转步骤25。否则，转步骤27。
步骤27：系统进行C2模式运行。转步骤2。
Claims (3)
1.一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法，其特征在于：
所述具有天气预测的光伏发电微电网包括DC/AC逆变器、光伏阵列及双向DC/AC变换器、断路器、负荷及交流母线、储能电池、协调控制器、连接协调控制器与变换器和断路器的控制网络、电力调度中心以及天气预测模块；
将天气分为两大类，即阳光充足和阳光不足，阳光不足包括阴天，雨天，雪天，大雾天气以及晴天的黑夜这段时间；阳光充足只有晴天而且时间段还要处于白天，而这个时段的阳光强度可能是改变的，把它分为以下三个时段：
X1时段：阳光逐渐变强，则发电量不断增大；
X2时段：阳光强度基本不变，则发电量基本不变且达到最大值；
X3时段：阳光逐渐变弱，则发电量不断减少；
以确保对用户供电充足为前提，即不限制用户用电，满足用户用电需求，基于对发电量与用电量进行实时比较，然后进行实时调节，保证供电稳定，把发电量与用电量的比较分为3类，A类为发电大于用电；B类为发电等于用电；C类为发电小于用电；而这3类包含以下5种运行模式：
A1.闭合KF2，光伏发电向负荷供电，并通过对光伏组件列阵与逆变器的调节来调控输出功率大小，从而控制交流母线的电压，保证电压平衡稳定；
A2.闭合KF2，KF3，这时双向DC/AC处于整流状态，光伏发电向负荷供电，并把除了向负荷供电外多余发的电存储到储能电池中；
B1.闭合KF2，光伏发电仅向负荷供电；
C1.闭合KF2，KF4，这时双向DC/AC处于逆变状态，光伏发电和蓄电池共同向负荷供电；
C2.闭合KF1，KF3，这时双向DC/AC处于整流状态，光伏发电给蓄电池充电，而电网给负荷供电；
因为微电网发电的接入会使配电网的配电变压器或者电缆线路设备在发电不足时闲置，这些设备就成了备用设备，导致配电网成本增加，电网企业效益下降；而且给电网送电会对电网造成谐波污染；当电网故障时，系统不及时断开并网开关，还会产生孤岛效应，损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量；A1模式不给配电网送电，减少了电网企业成本，提高效益，减小谐波对电网的污染，消除孤岛效应；C2模式把配电网和储能、发电系统分开，减少了逆变器产生的谐波污染，保证配电网的电能质量；
当发电量大于用电量，而且储能充足，则系统在A1模式下运行；当发电量大于用电量，但储能不足，则运行A2模式，当发电等于用电，运行B1模式，当发电小于用电，储能充足，运行于C1模式；当发电量小于用电且储能不足，则运行于C2模式；
首先对系统进行初始化，然后对此时的天气进行判别并进行预测，若此时天气为晴天且时段为白天，则阳光充足，若发电量大于用电量，储能充足，进入A1模式运行，在运行过程中检测系统处于哪个时段，若处于X1、X2时段，则接下来继续运行A1模式，若处于X3时段，阳光强度会逐渐减弱，则需要对发电量与用电量的大小进行重新判断；
若此时天气为晴天且时段为白天，则阳光充足，若发电量大于用电量，但储能不充足，进入A2模式运行，在运行过程中检测系统处于哪个时段，若处于X1、X2时段，则接下来判断储能是否充足，若储能充足，转到A1模式运行，若不充足，则继续运行A2模式，若处于X3时段，阳光强度会逐渐减弱，则需要对发电量与用电量的大小进行重新判断；
若此时天气为晴天且时段为白天，则阳光充足，若发电量等于用电量，进入B1模式运行，在运行过程中检测系统处于哪个时段，若处于X1、X3时段，则接下来的阳光强度都会逐渐变化，这时需要对发电量与用电量的大小重新进行判别，若处于X2时段，阳光强度基本不会变化，则系统继续运行B1模式；
若此时天气为晴天且时段为白天，则阳光充足，若储能充足，但发电量小于用电量，进入C1模式运行，在运行过程中检测系统处于哪个时段，若处于X1时段，则发电量会逐渐增大，则需要对发电量与用电量的大小进行重新判断，若处于X2时段，阳光强度基本不会变化，那就需要对储能是否充足进行判别，若还是充足，则继续运行C1模式，否则运行C2模式，若处于X3时段，阳光还会逐渐减弱直至阳光不足，这时就需要对阳光是否充足进行判别；
若此时天气为晴天且时段为白天，则阳光充足，若发电量小于用电量，且储能不足，进入C2模式运行，在运行过程中检测系统处于哪个时段，若处于X1、X2时段，则接下来判断储能是否充足，若储能充足，转到C1模式运行，若不充足，则继续运行C2模式，若处于X3时段，阳光还会逐渐减弱直至阳光不足，这时就需要对阳光是否充足进行判别；
若此时天气为晴天但时段不是白天或者天气不是晴天，则阳光不足，若储能充足，进入C1模式运行，在运行过程中检测系统的储能是否还是充足，若充足则继续运行C1模式，否则运行C2模式；
若此时天气为晴天但时段不是白天或者天气不是晴天，则阳光不足，若储能不足，进入C2模式运行，在运行过程中通过天气预测模块实时判别并预测天气是否变为晴天，且进入白天，若是，则重新进行阳光是否充足的判别，并做好切换到其他模式的准备，否则继续运行C2模式。
2.如权利要求1所述的一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法，其特征在于：各个变换器采用数字控制器进行控制，该数字控制器带有通信功能，协调控制器不仅可以反馈微网运行的信息，而且也能进行运算比较，执行电力调度中心的命令。
3.如权利要求1或2所述的一种具有天气预测的光伏发电微电网的综合协调控制方法，其特征在于：天气预测模块传递天气实时情况与预测情况给电力调度中心，由电力调度中心对天气信息进行处理，转换为发电量变化的信息传送给协调控制器，然后与收集到的微网信息进行分析计算，在协调控制器中，通过控制网络将运算结果送给各变换器的数字控制器，由数字控制器控制变换器与断路器实现综合协调控制算法。
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