CN107507101A - 一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，其爬坡率控制系统中的主要组成模块包括：云阴影评估模块，用于云团运动矢量的识别，当云团被识别朝向光伏电厂方向移动时，触发爬坡率预判模块；爬坡率预判模块，用于预测输出功率的爬坡率；以及爬坡率控制模块，根据爬坡率预判模块预测的爬坡率数据，决定进行输出功率的控制时间，并按照预设定的爬坡率持续输出控制功率；本发明的基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，在辐照的上升和跌落的情况下实现无储能光伏发电爬坡率的控制，同时对增加光伏发电接入、减少弃光现象起到重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种爬坡率控制方法，尤其是涉及一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法。
背景技术
由于光伏发电输出功率具有随机性，波动性的特点，大规模的光伏系统接入对电网的平稳运行特别是暂态稳定带来了极大的挑战。暂时功率不平衡现象，时间尺度在次分钟级。这种不平衡会造成电网频率波动，危害电网安全运行，对电网的调频能力提出了极高的要求。特别是光伏系统主要由电力电子器件组成，不包含任何机械转动部件，所以没有系统惯性。随着光伏渗透率的增长，系统频率调节能力持续下降，大功率缺失情况下，易诱发全网频率问题。目前主要的解决办法包括：增加火电调频容量，利用大规模储能或利用风光，水光，等多能互补形式来平滑光伏发电的波动性。但是上述方法都需要巨额的前期投入，极大的增加了电力系统的运行成本，限制了电网调频能力的建设。因此，若能从光伏供给侧加强自身自律，限制光伏系统的出力从而限制其爬坡率(ramp-rate)，电网的安全运行将得到一定保障。
在一些国家和地区的法规和标准中已经开始对光伏发电的爬坡率进行限制。比如波多黎各电网公司要求所有接入电网的可再生能源的爬坡率每分钟不能超过额定功率的10％，德国和夏威夷地区也有类似的规定。在这些国家和地区的光伏电站，只要满足这些规定就可以全额上网，不受电网公司指标限制。这种方法使得光伏电站的预期收益更加确定，为电站融资提供了保障，促进了光伏产业的发展。
实现光伏发电爬坡率控制常用的方法是使用储能设备。在爬坡率上升过快时进行充电，储存多余的能量；在爬坡率快速跌落时进行放电，从而使有功功率缓慢下落。然而由于光伏发电功率可在极短时间内波动超过80％。所以储能系统基本上需要按照1:1的容量设计。考虑现阶段储能设备高昂的造价和维护成本，为所有光伏电站配备等容量储能仍然难以实现。虽然在无储能的条件下，通过主动控制光伏系统降功率运行也可以实现在辐照度迅速上升时的爬坡率控制，但是这一解决方案的重大缺陷是，光伏发电厂无法预判什么时候会发生辐照急速跌落，因此系统始终运行在欠发状态，造成极大浪费，而且设计裕量有限，在光照发生超过设计裕量的大幅跌落时此方法依然无法有效进行爬坡率控制。
发明内容
本发明目的是：提供一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，在辐照的上升和跌落的情况下实现无储能光伏发电爬坡率的控制，同时对增加光伏发电接入、减少弃光现象起到重要作用。
本发明的技术方案是：一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制系统，包括：
云阴影评估模块，用于云团运动矢量的识别，当云团被识别朝向光伏电厂方向移动时，触发爬坡率预判模块；
爬坡率预判模块，用于预测输出功率的爬坡率；
以及爬坡率控制模块，根据爬坡率预判模块预测的爬坡率数据，决定进行输出功率的控制时间，并按照预设定的爬坡率持续输出控制功率。
一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1)首先通过云阴影评估模块计算出云团的运动矢量，辨别云团的运动是否会影响到目标光伏电厂；
步骤2)若该云团被判定为会对光伏电厂造成影响，则将预测到的云团到达时间Δt以及在该云团影响下的预测输出功率Pref一起输出给爬坡率预判模块；
步骤3)在爬坡率预判模块中，将预测输出功率Pref与当前光伏输出功率Ppv代入下式(1)中计算爬坡率R(t)：
其中Ppv为当前光伏电站的输出功率；Pref为在云阴影下的预测输出功率；Ts为控制系统的采样周期；
若计算得到的爬坡率R(t)值小于设定值Rs，那么光伏电站将继续维持正常工作状态，光伏电池将工作于最大功率点，输出PMPPT；
若计算得到的爬坡率R(t)值大于设定值Rs，爬坡率控制模块被激活，通过下式(2)得到控制时间tC，
即从tC时刻起，系统将会进行爬坡率控制，按照预设定的爬坡率Rs持续输出控制功率Pc1，Pc2…。
作为优选的技术方案，通过逆变器在辐照跌落之前进行主动降功率控制。
作为优选的技术方案，Rs＝10％。
本发明的优点是：
1.本发明基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，在辐照的上升和跌落的情况下实现无储能光伏发电爬坡率的控制，同时对增加光伏发电接入、减少弃光现象起到重要作用。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明爬坡率控制方法的流程示意图；
图2为从tc时刻起爬坡率持续输出控制功率示意图；
图3为某1MW光伏电站的一天输出功率曲线示意图；
图4为某1MW光伏电站的一天对应爬坡率曲线示意图；
图5为某1MW光伏电站的经过爬坡率控制方法后的一天功率输出曲线示意图；
图6为某1MW光伏电站的经过爬坡率控制方法后的一天对应爬坡率曲线示意图。
具体实施方式
实施例：本发明的基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制系统，包括：
云阴影评估模块，用于云团运动矢量的识别，当云团被识别朝向光伏电厂方向移动时，触发爬坡率预判模块；
爬坡率预判模块，用于预测输出功率的爬坡率R(t)，若云团阴影已被识别将在时间Δt后影响电站，则预测的输出功率爬坡率R(t)为：
其中Ppv为当前光伏电站的输出功率；Pref为在云阴影下的预测输出功率；Ts为控制系统的采样周期；
以及爬坡率控制模块，根据爬坡率预判模块预测的爬坡率数据，决定进行输出功率的控制时间，并按照预设定的爬坡率持续输出控制功率，如图2所示，其中功率控制的操作时间tc可有下式确定：
本发明的基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，具体包括如下步骤，参照图1所示：
步骤1)首先通过云阴影评估模块计算出云团的运动矢量，辨别云团的运动是否会影响到目标光伏电厂；
步骤2)若该云团被判定为会对光伏电厂造成影响，则将预测到的云团到达时间Δt以及在该云团影响下的预测输出功率Pref一起输出给爬坡率预判模块；
步骤3)在爬坡率预判模块中，将预测输出功率Pref与当前光伏输出功率Ppv代入下式(1)中计算爬坡率R(t)：
若计算得到的爬坡率R(t)值小于设定值Rs，那么光伏电站将继续维持正常工作状态，光伏电池将工作于最大功率点，输出PMPPT；
若计算得到的爬坡率R(t)值大于设定值Rs，爬坡率控制模块被激活，通过下式(2)得到控制时间tC，
即从tC时刻起，系统将会进行爬坡率控制，按照预设定的爬坡率Rs＝10％持续输出控制功率Pc1，Pc2…，如图2所示。
本发明通过逆变器在辐照跌落之前进行主动降功率控制，以保证爬坡率不超出规定值Rs。
图3与图4显示了某1MW光伏电站的一天输出功率曲线与对应爬坡率，可见该站全天的功率输出多次发生剧烈波动，对应的爬坡率值远超规定的每分钟10％。
图5与图6为模拟了运用本发明提出的爬坡率控制方法后的功率输出曲线与爬坡率，可见通过本发明的主动功率控制，爬坡率被控制在了规定值以内。这一电站原本全天的发电量是6479.3kWh，应用本控制方法后发电减少了414.58kWh，损失率仅为6.4％。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.一种基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1)首先通过云阴影评估模块计算出云团的运动矢量，辨别云团的运动是否会影响到目标光伏电厂；
步骤2)若该云团被判定为会对光伏电厂造成影响，则将预测到的云团到达时间Δt以及在该云团影响下的预测输出功率Pref一起输出给爬坡率预判模块；
步骤3)在爬坡率预判模块中，将预测输出功率Pref与当前光伏输出功率Ppv代入下式(1)中计算爬坡率R(t)：
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其中Ppv为当前光伏电站的输出功率；Pref为在云阴影下的预测输出功率；Ts为控制系统的采样周期；
若计算得到的爬坡率R(t)值小于设定值Rs，那么光伏电站将继续维持正常工作状态，光伏电池将工作于最大功率点，输出PMPPT；
若计算得到的爬坡率R(t)值大于设定值Rs，爬坡率控制模块被激活，通过下式(2)得到控制时间tC，
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即从tC时刻起，系统将会进行爬坡率控制，按照预设定的爬坡率Rs持续输出控制功率Pc1，Pc2…。
2.根据权利要求1所述的基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，其特征在于，通过逆变器在辐照跌落之前进行主动降功率控制。
3.根据权利要求1所述的基于光伏功率预测无需储能系统的爬坡率控制方法，其特征在于，Rs＝10％。
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