CN107634542A - 一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法及控制器，首先根据t时刻与t时刻之前的并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；再根据参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；而新能源发电功率值P_PV(t)与储能系统功率输出值P_ess(t)的和即为新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)。本发明通过调节滑动窗口l，即可得到预期的并网功率输出值，无需预测环节，避免了功率预测不准确的风险。

Description

一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法及控制器

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，特别涉及一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法及控制器。

背景技术

近年来，随着新能源发电产业(光伏、风电)的兴起，新能源的高渗透率对电网带来的影响越来越大，当光照或风况变化较大时会引起新能源发电系统的输出功率剧烈变化，对电网造成冲击，影响电网的稳定性及供电质量；为了减小新能源高渗透率对电网造成的影响，储能系统被广泛应用。

现有技术一般通过对环境变化的历史情况及发电曲线进行分析，给出储能系统的配比功率及容量，基于电网对新能源发电的变化率要求采用一定的算法对储能系统进行即时调度，从而实现平滑新能源发电输出的目的，减小新能源发电对电网造成的冲击，提高并网电能质量。图1所示为现有技术中一种光伏发电系统并网功率的平滑控制方法，其通过光伏发电预测系统获取光伏发电预测数据序列Ppvp[N]，结合光伏发电功率单元采集得到的光伏发电实时功率Ppvr(k)，由功率平滑系统预先计算出平滑的并网功率Pgrid2；再将该平滑的并网功率Pgrid2与光伏发电的实时功率Ppvr(k)的差值作为储能系统功率输出给定值，控制储能系统实时充放电，从而在储能发电功率单元的辅助下，实现光伏发电系统的平稳发电输出。

图1所示的现有方案，采用光伏瞬时功率对光伏发电预测数据进行平滑处理，得到平滑后的数据用于平滑控制；但是该方案存在功率预测不准确的风险。

发明内容

本发明提供一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法及控制器，以解决现有技术存在功率预测不准确的风险的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，包括：

根据并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；

根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)。

优选的，所述根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，所采用的公式为：

P_ess(t)＝P_ref(t)-P_PV(t)。

优选的，所述根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，包括：

采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标。

优选的，所述根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，包括：

采用公式计算得到t时刻的第一输出值P_ess1(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

采用公式P_ess2(t)＝f_soc×(S(t)-S^*)计算得到t时刻的第二输出值P_ess2(t)，以使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值；

采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标，P_PV(t-1)为t-1时刻采样得到的新能源发电功率值，f_soc为影响因子，S^*为储能系统的剩余电量目标值、S(t)为储能系统在t时刻的剩余电量采样值，或者，S^*为储能系统的电池电压目标值、S(t)为储能系统在t时刻的电池电压采样值。

优选的，所述根据t时刻与t时刻之前的并网功率采样值及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)，所采用的公式为：

一种新能源发电系统的控制器，包括：

并网功率平滑处理单元，用于根据并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；

储能功率输出计算单元，用于根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)。

优选的，所述储能功率输出计算单元用于根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)时，所采用的公式为：

P_ess(t)＝P_ref(t)-P_PV(t)。

优选的，所述储能功率输出计算单元包括：

功率限制管道，用于采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标。

优选的，所述储能功率输出计算单元包括：

功率限制管道，用于采用公式计算得到t时刻的第一输出值P_ess1(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

SOC控制模块，用于采用公式P_ess2(t)＝f_soc×(S(t)-S^*)计算得到t时刻的第二输出值P_ess2(t)，以使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值；

储能系统出力控制模块，用于采用公式

计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标，P_PV(t-1)为t-1时刻采样得到的新能源发电功率值，f_soc为影响因子，S^*为储能系统的剩余电量目标值、S(t)为储能系统在t时刻的剩余电量采样值，或者，S^*为储能系统的电池电压目标值、S(t)为储能系统在t时刻的电池电压采样值。

优选的，所述并网功率平滑处理单元根据设定的滑动窗口l，采用滑动平

本发明提供的新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，首先根据t时刻与t时刻之前的并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；再根据参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；而新能源发电功率值P_PV(t)与储能系统功率输出值P_ess(t)的和即为新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)。本发明通过调节滑动窗口l，即可得到预期的并网功率输出值，无需预测环节，避免了功率预测不准确的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的光伏发电系统并网功率的平滑控制方案的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的新能源发电系统的并网功率平滑控制方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的新能源发电系统的控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，以解决现有技术存在功率预测不准确的风险的问题。

具体的，该新能源发电系统，可以是光伏发电系统，也可以是风力发电系统，其并网功率平滑控制方法，参见图2，包括：

S101、根据并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；

所采用的公式为：滑动窗口l为预先设定的，其值可以根据具体应用环境而定，l的取值不同，需要用到的并网功率采样值也不同，分别为P(t-l)、P(t-l+1)…P(t)。

值得说明的是，当该新能源发电系统为光伏发电系统时，该并网功率采样值，即光伏实时功率，可以是通过直接采集电压互感器和电流互感器读取、从电表通信读取、从光伏逆变器通信读取等任一方式获取，且系统中的光伏逆变器可以是集中式或组串式逆变器，此处均不在具体限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

S102、根据参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

较为简单的，即采用公式P_ess(t)＝P_ref(t)-P_PV(t)进行计算，得到的P_ess(t)为负值时，说明新能源发电功率过多，需要储能系统充电；得到的P_ess(t)为正值时，说明新能源发电功率不足，需要储能系统放电；使新能源发电功率值P_PV(t)及储能系统功率输出值P_ess(t)的和，即新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)为预期的功率输出。

本实施例提供的该新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，以上述过程，替代现有技术中功率预测的方法，通过调节滑动窗口l，即可得到预期的并网功率输出值，无需预测环节，避免了功率预测不准确的风险。

本发明另一实施例还提供了另外一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，在上述实施例及图2的基础之上，优选的，其步骤S102包括：

采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，以将新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

其中，P^*为新能源发电系统的额定功率，k_r为新能源发电系统的斜率控制指标。

本实施例在上述实施例的基础之上，将系统的并网功率输出变化限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内，确保新能源出力变化率在控制范围内；当新能源发电功率值P_PV(t)在该管道内时，储能系统不动作；当新能源发电功率值P_PV(t)高过管道上限时，说明新能源发电功率过多，需要储能系统充电；当新能源发电功率值P_PV(t)低过管道下限时，说明新能源发电功率不足，需要储能系统放电；也即，通过采用管道限制的方法对储能系统的充放电功率提供判断依据，最大限度的减小储能系统的动作频率，延长储能系统的寿命。

更为优选的，步骤S102，包括：

采用公式计算得到t时刻的第一输出值P_ess1(t)，以将新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

采用公式P_ess2(t)＝f_soc×(S(t)-S^*)计算得到t时刻的第二输出值P_ess2(t)，以使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值；

采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

其中，P^*为新能源发电系统的额定功率，k_r为新能源发电系统的斜率控制指标，P_PV(t-1)为t-1时刻采样得到的新能源发电功率值，f_soc为影响因子，S^*为储能系统的剩余电量目标值、S(t)为储能系统在t时刻的剩余电量采样值，或者，S^*为储能系统的电池电压目标值、S(t)为储能系统在t时刻的电池电压采样值。

需要注意的是，为了保证系统并网功率满足斜率控制指标k_r的要求，在管道内影响因子f_soc起作用时，需要对储能系统功率输出值P_ess(t)进行限幅处理，即需要控制-P^*×k_r≤P_ess(t)+(P_pv(t)-P_pv(t-1))≤P^*×k_r，而此时P_ess(t)＝P_ess2(t)，也即要求P_ess2(t)的取值范围为：-P^*×k_r-(P_pv(t)-P_pv(t-1))≤P_ess2(t)≤P^*×k_r-(P_pv(t)-P_pv(t-1))，如上面公式中所示。

实际应用中，优选采用剩余电量采样值进行计算，若储能系统未配置电池管理系统或者剩余电量采样值不准确时，也可以用电池电压采样值来替代剩余电量采样值配合影响因子对储能响应功率进行调整，实现维持储能电压在合理水平的目的。

本实施例在上述实施例的基础之上，采用SOC(State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量)影响因子进行系统功率修正，在不影响新能源出力变化率的前提下，使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值，提高储能系统的可调度性能，保障储能系统SOC在一定水平。

本发明另一实施例还提供了一种新能源发电系统的控制器，参见图3，包括：

并网功率平滑处理单元100，用于根据并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；

储能功率输出计算单元200，用于根据参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)。

并网功率平滑处理单元100根据设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)，所采用的公式为：

优选的，储能功率输出计算单元200用于根据参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)时，所采用的公式为：

P_ess(t)＝P_ref(t)-P_PV(t)。

优选的，储能功率输出计算单元200包括：

功率限制管道，用于采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，以将新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

其中，P^*为新能源发电系统的额定功率，k_r为新能源发电系统的斜率控制指标。

优选的，如图3所示，储能功率输出计算单元200包括：

功率限制管道201，用于采用公式计算得到t时刻的第一输出值P_ess1(t)，以将新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

SOC控制模块202，用于采用公式P_ess2(t)＝f_soc×(S(t)-S^*)计算得到t时刻的第二输出值P_ess2(t)，以使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值；

储能系统出力控制模块203，用于采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

其中，P^*为新能源发电系统的额定功率，k_r为新能源发电系统的斜率控制指标，P_PV(t-1)为t-1时刻采样得到的新能源发电功率值，f_soc为影响因子，S^*为储能系统的剩余电量目标值、S(t)为储能系统在t时刻的剩余电量采样值，或者，S^*为储能系统的电池电压目标值、S(t)为储能系统在t时刻的电池电压采样值。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，其特征在于，包括：

根据并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；

根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)。

2.根据权利要求1所述的新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，其特征在于，所述根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，所采用的公式为：

P_ess(t)＝P_ref(t)-P_PV(t)。

3.根据权利要求1所述的新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，其特征在于，所述根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，包括：

采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标。

4.根据权利要求1所述的新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，其特征在于，所述根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，包括：

采用公式计算得到t时刻的第一输出值P_ess1(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

采用公式P_ess2(t)＝f_soc×(S(t)-S^*)计算得到t时刻的第二输出值P_ess2(t)，以使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值；

采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标，P_PV(t-1)为t-1时刻采样得到的新能源发电功率值，f_soc为影响因子，S^*为储能系统的剩余电量目标值、S(t)为储能系统在t时刻的剩余电量采样值，或者，S^*为储能系统的电池电压目标值、S(t)为储能系统在t时刻的电池电压采样值。

5.根据权利要求1所述的新能源发电系统的并网功率平滑控制方法，其特征在于，所述根据t时刻与t时刻之前的并网功率采样值及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)，所采用的公式为：

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>l</mi> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>t</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>l</mi> </mrow> </munderover> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

6.一种新能源发电系统的控制器，其特征在于，包括：

并网功率平滑处理单元，用于根据并网功率采样值以及设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)；

储能功率输出计算单元，用于根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)。

7.根据权利要求6所述的新能源发电系统的控制器，其特征在于，所述储能功率输出计算单元用于根据所述参考功率给定值P_ref(t)及t时刻采样得到的新能源发电功率值P_PV(t)，计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)时，所采用的公式为：

P_ess(t)＝P_ref(t)-P_PV(t)。

8.根据权利要求6所述的新能源发电系统的控制器，其特征在于，所述储能功率输出计算单元包括：

功率限制管道，用于采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标。

9.根据权利要求6所述的新能源发电系统的控制器，其特征在于，所述储能功率输出计算单元包括：

功率限制管道，用于采用公式计算得到t时刻的第一输出值P_ess1(t)，以将所述新能源发电系统在t时刻的并网功率输出值P_grid(t)限制在预设的管道[P_ref(t)-P^*×k_r,P_ref(t)+P^*×k_r]内；

SOC控制模块，用于采用公式P_ess2(t)＝f_soc×(S(t)-S^*)计算得到t时刻的第二输出值P_ess2(t)，以使储能系统的剩余电量或电池电压趋于目标值；

储能系统出力控制模块，用于采用公式计算得到t时刻的储能系统功率输出值P_ess(t)；

其中，P^*为所述新能源发电系统的额定功率，k_r为所述新能源发电系统的斜率控制指标，P_PV(t-1)为t-1时刻采样得到的新能源发电功率值，f_soc为影响因子，S^*为储能系统的剩余电量目标值、S(t)为储能系统在t时刻的剩余电量采样值，或者，S^*为储能系统的电池电压目标值、S(t)为储能系统在t时刻的电池电压采样值。

10.根据权利要求6所述的新能源发电系统的控制器，其特征在于，所述并网功率平滑处理单元根据设定的滑动窗口l，采用滑动平均算法，计算得到t时刻的参考功率给定值P_ref(t)，所采用的公式为：

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