CN107565609A - 一种分布式光伏发电有功调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电应用领域，公开了一种分布式光伏发电有功调度方法和系统，以最小化电流谐波、防止器件停机受潮、均衡器件疲劳同时提高逆变器使用寿命保证系统的鲁棒性。本发明方法包括分布式光伏发电并网接口设备将电网调度系统发送的功率指令进行解析得到电网所需的功率设定值，当功率设定值小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值采用循环轮机算法控制逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；且对逆变器的控制同时满足使各逆变器的累计运行时间的方差最小、有功调度约束条件以及光功率约束条件。

Description

一种分布式光伏发电有功调度方法和系统

技术领域

本发明涉及光伏发电应用领域，尤其涉及一种分布式光伏发电有功调度方法和系统。

背景技术

分布式光伏发电具有资源丰富、清洁无污染、电能传输距离短等特点，是解决环境污染、线路损耗等问题的一个有效途径，充分开发利用分布式光伏发电，对能源结构的调整具有重大意义。但大量分布式光伏接入配电网，对配电网的协调运行控制、电能质量等产生不利影响，同时分布式光伏发电的装机容量小、接入分散，并大多安装在用户侧，在单个电站投资成本较低的情况下，因此需要提供一种低成本的集约化的调度运行控制解决方案。

目前，为对分布式光伏建设进行集约化的调控，通常采用有功比例分配控制技术对分布式光伏发电有功功率进行控制，即由分布式光伏发电并网接口依据光伏逆变器容量按比例向每台逆变器下发有功功率指令，但有功比例分配控制技术使得逆变器长期运行导致内部器件过度疲劳，同时各个逆变器运行在非接近全功率状态，电流的谐波输出较大，从而导致器件过热，造成额外的损失且影响器件的使用寿命。

因此，现需提供一种能最小化电流谐波、防止器件停机受潮、均衡器件疲劳同时提高逆变器使用寿命保证系统的鲁棒性的分布式光伏发电有功调度方法和系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种分布式光伏发电有功调度方法和系统，该方法和系统能最小化电流谐波、防止器件停机受潮、均衡器件疲劳同时提高逆变器使用寿命保证系统的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明提供了一种分布式光伏发电有功调度方法，包括：

分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令，然后将所述功率指令进行解析得到电网在某一时间段内所需的功率设定值Pset；并将所述功率设定值Pset与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当功率设定值Pset小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值Pset采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；并同时满足下述约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值，i≥2；

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率；

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积；

各逆变器在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。

为实现上述目的，本发明提供一种分布式光伏发电有功调度系统，包括：

分布式光伏发电并网接口设备，用于接收电网调度系统发送过来的功率指令，然后将所述功率指令进行解析得到电网在某一时间段内所需的功率设定值Pset；并将所述功率设定值Pset与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当功率设定值Pset小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值Pset采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；并同时满足下述约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值，i≥2；

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率；

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积；

所述逆变器，用于在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种分布式光伏发电有功调度方法和系统，通过分布式光伏发电并网接口设备将电网调度系统发送的功率指令进行解析得到电网所需的功率设定值，并将电网所需的功率设定值与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当电网所需的功率设定值小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息，且对逆变器的控制同时满足使各逆变器的累计运行时间的方差最小、有功调度约束条件以及光功率约束条件；该方法和系统使一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息，从而可以最小化电流谐波、防止器件停机受潮、均衡器件疲劳同时提高逆变器使用寿命保证系统的鲁棒性。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的循环轮机算法控制示意图；

图2是本发明优选实施例的分布式光伏发电系统有功调度流程图；

图3是本发明优选实施例的分布式光伏发电系统结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

参见图1，本实施例提供一种分布式光伏发电有功调度方法，包括：

分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令，然后将所述功率指令进行解析得到电网在某一时间段内所需的功率设定值Pset；并将所述功率设定值Pset与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当功率设定值Pset小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值Pset采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；并同时满足下述约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值，i≥2；

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率；

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积；

各逆变器在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。

参见图2，具体地，以某地区某个分布式光伏发电系统为例，该系统总容量即该分布式光伏发电系统的最大有功功率输出为4MW，系统内单台逆变器容量为500KW，逆变器编号分别为a、b、c、d、e、f、g、h，逆变器分别连接光伏板组件A、B、C、D、E、F、G、H,系统内所有逆变器经分布式光伏发电并网接口设备并入电网。首先，分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令，具体地，功率指令包括以下两种情况。

情况一：功率指令中包含的信息为某一时间段内需要的功率，例如：分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令并将其解析后得到电网在5小时内所需的功率设定值Pset为3.5MW，分布式光伏发电并网接口设备将电网所需的3.5MW功率与该分布式光伏发电系统的最大有功功率输出4MW进行比较，由于3.5MW<4MW，且该系统内单台逆变器容量为500KW，在该系统为电网提供所需的3.5MW功率时，满足该组逆变器中输出功率最小的两台逆变器分别进行停机休息，例如：a、b、c、d、e、f、g、h每台逆变器输出500KW功率，即该组逆变器中输出功率最小的逆变器可以为其中任意两台逆变器，且无论哪一台逆变器处于停机休息时，该组逆变器的总输出功率都为3.5MW，能够保证达到电网所需的功率要求。故在该分布式光伏发电系统中，分布式光伏发电并网接口设备经过上述比较与判断之后，根据电网所需的功率为3.5MW采用循环轮机算法控制逆变器机组运行。如果电网所需功率不符合在上述判断，则由分布式光伏发电并网接口设备向电网调度系统反馈错误指令。

值得说明的是，在对逆变器机组进行具体的控制时，分布式光伏发电并网接口设备会根据该组逆变器的历史运行数据确定轮机机制，例如，在前一小时的时候，分布式光伏发电并网接口设备控制停机休息的逆变器为h，则在第二小时的时候，分布式光伏发电并网接口设备会根据之前的运行情况将停机休息的逆变器调整为g，在第三小时的时候根据之前所有的运行情况进行重新调整，以此类推，完成循环轮机机制。

可选地，如果分布式光伏发电系统内逆变器的容量不同时，分布式光伏发电并网接口设备会根据每台逆变器的容量按照一定的比例向每台逆变器下发功率指令实现对逆变器的具体控制，保证在满足电网所需的功率下，分布式光伏发电并网接口设备的控制逆变器机组中至少有一个逆变器处于停机休息，其余逆变器都工作在接近全功率状态下，且尽可能的使每一个逆变器都有处于接近全功率工作和停机休息的两种状态的情况。减少了该系统中电流的谐波含量，同时均衡分配了各逆变器的工作与停机时间，避免了某个逆变器因长期工作而过度老化，另一部分逆变器长期不工作而受潮的问题，提升了逆变器机组的使用寿命。其中，逆变器循环工作表如下表1所示。

表1 逆变器循环工作表1

可选地,假设电网调度系统发送过来的功率指令发生了改变，例如，分布式光伏发电并网接口设备将功率指令进行解析后得到电网在4小时内所需的功率设定值Pset为2.5MW，分布式光伏发电并网接口设备基于上述同样的判断思想控制该组逆变器运行，逆变器循环工作表如下表2所示。

表2 逆变器循环工作表2

需要说明的是，分布式光伏发电并网接口设备在控制逆变器机组运行时，同时应该满足以下约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值，i≥2。

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率。

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积。

在该分布式光伏发电系统中，各逆变器在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。

情况二：功率指令中包含的信息为某第一时间段内需要的功率和某第二时间段内需要的功率，例如：分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令并将其解析后得到电网在3小时内所需的功率设定值Pset为3MW，从第4小时开始计算的3小时内所需的功率设定值Pset为3.5MW，分布式光伏发电并网接口设备基于上述同样的判断思想控制该组逆变器运行，且对逆变器的控制同时满足使各逆变器的累计运行时间的方差最小、有功调度约束条件以及光功率约束条件，其中，逆变器循环工作表如下表3所示。需要说明的是，当分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令并将其解析后得到的电网所需功率其中任一个如果不符合上述判断思想，则由分布式光伏发电并网接口设备向电网调度系统反馈错误指令。

表3 逆变器循环工作表3

值得说明的是，分布式光伏发电系统的有功功率输出量受天气和太阳光照强度的影响，本实施例中，分布式光伏发电系统实时检测天气和太阳光照强度信息，并先预测该系统的有功功率输出量，当该系统的有功功率输出量受天气和太阳光照强度变化影响大而无法达到电网所需的功率设定值时，该系统及时将信息反馈给电网调度系统，由电网调度系统修改功率指令。进一步保证了系统的稳定性与鲁棒性。

实施例2

参见图3，与上述方法实施例相对应的，本实施例公开一种分布式光伏发电有功调度系统，包括：

分布式光伏发电并网接口设备，用于接收电网调度系统发送过来的功率指令，然后将所述功率指令进行解析得到电网在某一时间段内所需的功率设定值Pset；并将所述功率设定值Pset与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当功率设定值Pset小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值Pset采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；并同时满足下述约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值，i≥2；

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率；

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积；

所述逆变器，用于在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。

上述各器件的具体处理过程可参照上述方法实施例，不再赘述。

如上所述，本发明提供一种分布式光伏发电有功调度方法和系统，通过分布式光伏发电并网接口设备将电网调度系统发送的功率指令进行解析得到电网所需的功率设定值，并将电网所需的功率设定值与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当电网所需的功率设定值小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息，且对逆变器的控制同时满足使各逆变器的累计运行时间的方差最小、有功调度约束条件以及光功率约束条件；该方法和系统使一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息，从而可以最小化电流谐波、防止器件停机受潮、均衡器件疲劳同时提高逆变器使用寿命保证系统的鲁棒性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种分布式光伏发电有功调度方法，其特征在于，包括：

分布式光伏发电并网接口设备接收电网调度系统发送过来的功率指令，然后将所述功率指令进行解析得到电网在某一时间段内所需的功率设定值Pset；并将所述功率设定值Pset与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当功率设定值Pset小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值Pset采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；并同时满足下述约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

<mrow> <mi>M</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值；

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

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式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率；

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积；

各逆变器在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。

2.一种分布式光伏发电有功调度系统，其特征在于，包括：

分布式光伏发电并网接口设备，用于接收电网调度系统发送过来的功率指令，然后将所述功率指令进行解析得到电网在某一时间段内所需的功率设定值Pset；并将所述功率设定值Pset与分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值进行比较，当功率设定值Pset小于分布式光伏发电系统的最大有功功率输出值且满足输出功率最小的两台逆变器分时进行停机休息时，分布式光伏发电并网接口设备根据功率设定值Pset采用循环轮机算法控制逆变器机组运行，以确保整个运行过程中，逆变器机组中一部分逆变器工作在接近全功率状态时，至少一台逆变器停机休息；并同时满足下述约束条件：

一、分布式光伏发电并网接口设备以使各逆变器的累计运行时间的方差最小为目的平均分配各逆变器的运行时间，目标函数为：

<mrow> <mi>M</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

式中，T_i为第i台逆变器的累计停机时间；为所有逆变器累计停机时间的平均值，i≥2；

二、以满足有功调度约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

<mrow> <mi>s</mi> <mo>.</mo> <mi>t</mi> <mo>.</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>P</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

式中，Pset(t)为t时刻根据电网调度系统发送的功率指令得到的有功限额，P_i(t)为t时刻逆变器i的有功功率；

三、以满足光功率约束条件对逆变器的控制进行优化，约束公式为：

P_i(t)＜P_Ri(t)；

式中，P_Ri(t)为t时刻第i台逆变器对应的光功率输入与系统效率的积；

所述逆变器，用于在分布式光伏发电并网接口设备的控制下调节各自发电功率以保证分布式光伏发电系统的有功功率输出量在电网要求的范围内变化。