CN115189351A - 一种光伏-蓄电池系统运行控制方法及系统 - Google Patents

一种光伏-蓄电池系统运行控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏‑蓄电池系统运行控制方法及系统，包括：实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。本发明无需光伏、负荷预测数据，该专利可以根据光伏运行数据、用户负荷数据、蓄电池运行数据，实时动态调整光伏发电功率、蓄电池充/放功率。

Description

一种光伏-蓄电池系统运行控制方法及系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏-蓄电池系统运行控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
以新能源为主体的新型电力系统正逐步建立，屋顶、车棚等位置均成了分布式光伏发电的布置场所，园区成为分布式光伏发电站的主要应用场景。
分布式光伏并网存在接入许可，分布式光伏系统以380V电压等级并网时，涉网设备费用几乎可以忽略不计；当光伏装机容量较大时(如2～3MW左右的装机容量)，许多园区已无法通过380V电压等级并网(原有变压器容量及数量无法消纳光伏容量)，而需通过10KV上网；此时，需要根据相关规范及要求安装相关涉网设备，2～3MW左右的光伏装机容量与5～6MW左右的装机容量需要的涉网设备是一样的，但后者该费用可以均摊到更大的光伏容量上，使其单位功率的光伏电站成本更低，相对的，前者成本更高，甚至投资收益已无法满足项目建设的要求。
因此，考虑到经济性，2～3MW左右的分布式光伏系统在包含必要的储能的前提下，需要在并网点设置逆功率保护设备，一旦出现逆功率上网，光伏系统须立即关闭，当用电大于光伏发电时，光伏系统重启发电。这种频繁启停的运行方式避免了逆功率上网的情况发生，但是降低了光伏系统的发电时长，对设备寿命也造成不利影响。
目前已有能源管理设备可以通过实时监测光伏、负荷数据，实现光伏最大发电功率随负荷波动，并避免逆功率上网情况的发生，但该设备未考虑光伏系统中蓄电池设备的运行。
另外，虽然能够通过优化调度控制光伏系统的运行，但是，光伏-蓄电池的优化调度需要光伏和负荷的预测结果，而光伏和负荷的预测精度是随着运行数据的积累而逐步提高的，在项目运行初期难以投入运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种光伏-蓄电池系统运行控制方法及系统，基于“余电不上网”的运行原则，在缺乏预测数据的情况下，基于用户负荷数据，实现光伏、蓄电池的高效运行，避免光伏系统频繁启停。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，包括：
实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；
以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；
系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。
作为进一步地方案，所述蓄电池充电功率采用阶梯式变化，具体为：
q6＝μ3*(Q-q)+4*
其中，q6为蓄电池充电功率，μ3为充电过程蓄电池容量影响因子，μ4为充电过程功率差值影响因子，Q为蓄电池额定容量，q为蓄电池当前容量，c为充电时蓄电池功率差系数；
c为阶梯变化的值，c的取值具体为：
当
Figure BDA0003751152870000031
时，
Figure BDA0003751152870000032
当
Figure BDA0003751152870000033
时，
Figure BDA0003751152870000034
当
Figure BDA0003751152870000035
时，
Figure BDA0003751152870000036
当
Figure BDA0003751152870000037
时，
Figure BDA0003751152870000038
当
Figure BDA0003751152870000039
时，c＝(N-a)；
其中，a为安全裕量，q1为光伏总发电功率，q2为用户负荷功率，q3为蓄电池实时功率监测值。
作为进一步地方案，所述蓄电池放电功率采用阶梯式变化，具体为：
q5＝μ1*q+μ2*d
其中，μ1为放电过程蓄电池容量影响因子，μ2为放电过程功率差值影响因子，q为蓄电池当前容量，d为放电时蓄电池功率差系数；
d为阶梯变化的值，d的取值具体为：
当
Figure BDA00037511528700000310
时，
Figure BDA00037511528700000311
当
Figure BDA00037511528700000312
时，
Figure BDA00037511528700000313
当
Figure BDA00037511528700000314
时，
Figure BDA00037511528700000315
当
Figure BDA00037511528700000316
时，
Figure BDA00037511528700000317
当
Figure BDA0003751152870000041
时，d＝(N-a)；
其中，a为安全裕量，q1为光伏总发电功率，q2为用户负荷功率，q3为蓄电池实时功率监测值。
作为进一步地方案，当实时功率差小于安全裕量a时，蓄电池以最大功率进行充电。
作为进一步地方案，所述方法还包括：
当触发光伏逆功率保护后，停止蓄电池放电或充电状态；获取当前用电负荷C1和正常运行光伏数量H1；
判断当前用电负荷C1是否满足C1≥a，若是，对光伏系统进行重启，设定单个光伏功率上限为：(C1-a)/H1；
待光伏系统达到预期功率后，光伏系统和蓄电池进入正常运行状态。
作为进一步地方案，所述方法还包括：
当存在大功率设备停机时，假设关停设备电负荷为R，若R≥a，停止蓄电池放电或充电状态；获取当前用电负荷C2和正常运行光伏数量H2；
设定单个光伏功率上限为：(C2-a)/H2，待光伏系统达到预期功率后，光伏系统和蓄电池进入正常运行状态。
作为进一步地方案，通过光伏总发电功率为蓄电池充电，降低后的光伏发电功率作为光伏发电功率上限，所述光伏发电功率上限随用电负荷波动。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种光伏-蓄电池系统运行控制系统，包括：
数据获取模块，用于实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；
蓄电池充放电控制模块，用于在系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的光伏-蓄电池系统运行控制方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的光伏-蓄电池系统运行控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明无需光伏、负荷预测数据，该专利可以根据光伏运行数据、用户负荷数据、蓄电池运行数据，实时动态调整光伏发电功率、蓄电池充/放功率。
(2)本发明蓄电池充放电功率采用阶梯式变化，避免蓄电池功率频繁变化。蓄电池充电功率与蓄电池剩余容量、实时功率差等两个因变量建立函数关系，实现充电功率动态调整；放电功率与蓄电池剩余电量、实时功率差等两个因变量建立函数关系，实现放电功率动态调整。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中的光伏-蓄电池系统运行控制方法流程图；
图2为本发明实施例中的逆功率保护过程示意图；
图3为本发明实施例中的关停设备控制过程示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，根据光伏电站设备运行数据、蓄电池运行数据、用电负荷数据，实时动态调整光伏电站发电功率和蓄电池充/放电功率，在避免出现逆功率上网的前提下，充分利用蓄电池容量，释放光伏系统发电能力，实现光伏电站高效、连续稳定运行。
参照图1，本实施例方法具体包括如下过程：
(1)实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；其中，蓄电池实时功率为实时放电功率或实时充电功率。
(2)以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；具体为：实时功率差＝用户负荷功率q2+蓄电池实时功率q3-光伏总发电功率q1。
(3)系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。
本实施例中，当实时功率差大于M时，蓄电池放电；实时功率差越大，蓄电池放电功率越大；蓄电池保留一定电量作为储备。
当蓄电池余量到达k％，并且处于放电状态时，若此时蓄电池放电功率为Y，蓄电池放电功率由Y减为0。(k％视为安全容量，不允许再放电)；放电过程最大功率不超过额定功率。
放电过程中，光伏取消最大出力功率约束。
本实施例中，蓄电池放电功率采用阶梯式变化，建立放电功率与蓄电池可用电量、实时功率差的函数关系，实时动态调整蓄电池放电功率，减少对光伏发电功率的限制。
蓄电池放电功率具体为：
q5＝μ1*q+μ2*d
其中，q5为蓄电池放电功率，q5≤蓄电池额定功率q额定；μ1为放电过程蓄电池容量影响因子，μ1＝f(q)；影响因子是与蓄电池当前容量有关的函数。
μ2为放电过程功率差值影响因子，μ2为恒定值；q为蓄电池当前容量，d为放电时蓄电池功率差系数；此时不对光伏发电能力进行限制，光伏总发电功率上限值为无穷大。
d为阶梯变化的值，d的取值具体为：
当
Figure BDA0003751152870000071
时，
Figure BDA0003751152870000072
当
Figure BDA0003751152870000081
时，
Figure BDA0003751152870000082
当
Figure BDA0003751152870000083
时，
Figure BDA0003751152870000084
当
Figure BDA0003751152870000085
时，
Figure BDA0003751152870000086
当
Figure BDA0003751152870000087
时，d＝(N-a)；
其中，a为安全裕量，q1为光伏总发电功率，q2为用户负荷功率，q3为蓄电池实时功率监测值。
将计算出来的蓄电池功率设定下发给蓄电池设备。
实时功率差小于N时，蓄电池充电；实时功率差越小，蓄电池的蓄电功率越大；蓄电池最大充电量为额定充电容量。
在上述充电过程中，若蓄电池容量到达额定值的e％，此时蓄电池充电功率为X。光伏功率逐渐降低，变化值为X，降低后的功率作为光伏功率上限，避免光伏发电无处用，发电上网现象的出现。光伏功率达到设置值后，蓄电池充电功率降低为0，维持不充不放状态，直至收到新的放电指令。蓄电池维持不充不放状态后，光伏发电功率上限值随用电负荷波动，上限值＝(用电负荷-安全裕量a)。
当实时功率差小于a时，蓄电池以最大功率进行充电。充电过程最大功率不超过额定功率。
当M>实时功率差>N时，蓄电池不充不放。
本实施例中，蓄电池充电功率采用阶梯式变化，建立充电功率与蓄电池可用容量、实时功率差的函数关系，实时动态调整蓄电池充电功率，减少对光伏发电功率的限制。
蓄电池充电功率具体为：
q6＝μ3*(Q-q)+μ4*c
其中，q6为蓄电池充电功率，q6≤蓄电池额定功率q额定；μ3为充电过程蓄电池容量影响因子，μ3＝k(q)，影响因子是与蓄电池当前容量有关的函数。μ4为充电过程功率差值影响因子，μ4为恒定值；Q为蓄电池额定容量，q为蓄电池当前容量，c为充电时蓄电池功率差系数；
c为阶梯变化的值，c的取值具体为：
当
Figure BDA0003751152870000091
时，
Figure BDA0003751152870000092
当
Figure BDA0003751152870000093
时，
Figure BDA0003751152870000094
当
Figure BDA0003751152870000095
时，
Figure BDA0003751152870000096
当
Figure BDA0003751152870000097
时，
Figure BDA0003751152870000098
当
Figure BDA0003751152870000099
时，c＝(N-a)；
其中，a为安全裕量，q1为光伏总发电功率，q2为用户负荷功率，q3为蓄电池实时功率监测值。
此时光伏总发电功率上限值q4＝用户负荷功率q2+蓄电池实时功率q3-安全裕量a。
结合图2，当不可控工况导致逆功率启动，所有光伏切除后，蓄电池应关闭充/放电过程，根据实时用电负荷，由管控平台给光伏发送带有寻址功能的启动指令，选择启动光伏电站。启动过程中，不应发生逆功率，具体启动过程如下：
当触发光伏逆功率保护后，停止蓄电池放电或充电状态；获取当前用电负荷C1和正常运行光伏数量H1；
判断当前用电负荷C1是否满足C1≥a，若是，对光伏系统进行重启，设定单个光伏功率上限为：(C1-a)/H1；通过设置最大功率数，可以限制单个光伏的实时功率。
t时间后，待光伏系统达到预期功率后，光伏系统和蓄电池进入正常运行状态。
结合图3，当关停设备电负荷为R时，若R>＝a，管控平台执行“大功率设备关停”指令。管控平台停止蓄电池充/放过程，统计用电负荷C2，统计光伏运行数量H2，单个光伏发电功率上限值为(C2-a)/H2，t时间后，光伏、蓄电池设备进入正常运行状态。
上述负荷变化在管控平台输入后，光伏电站执行动作一段时间后，管控平台执行关停设备的指令。
光伏的控制器为逆变器，一个光伏系统通常由多个逆变器组成，一个逆变器通常可管理多片光伏板。管控平台对光伏发电站进行功率调整量为G时，统计当前光伏板运行数量H3，每个光伏板变化量为G/H3。即当光伏系统发生功率降低的变化时，每个逆变器均发生变化，而不是某一个逆变器发生变化。
另外，单个设备的功率不能急剧变化，功率应以一定的变化率进行变化。即单台光伏发电功率变化率不得大于f kw/s(f为安全运行的设定值)，单台蓄电池功率变化率不得大于gkw/s(g为安全运行的设定值)。
本实施例采用阶梯式功率变化，减少功率频繁调整。建立功率与蓄电池容量、实时功率差的函数，实现快速蓄电池的充/放，提高蓄电池的充放次数。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种光伏-蓄电池系统运行控制系统，其包括：
数据获取模块，用于实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；
蓄电池充放电控制模块，用于在系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了说明，此处不再详述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的光伏-蓄电池系统运行控制方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例四
在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的光伏-蓄电池系统运行控制方法。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，包括：
实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；
以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；
系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。
2.如权利要求1所述的一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，所述蓄电池充电功率采用阶梯式变化，具体为：
q6＝μ3*(Q-q)+μ4*c
其中，q6为蓄电池充电功率，μ3为充电过程蓄电池容量影响因子，μ4为充电过程功率差值影响因子，Q为蓄电池额定容量，q为蓄电池当前容量，c为充电时蓄电池功率差系数；
c为阶梯变化的值，c的取值具体为：
当
Figure FDA0003751152860000011
时，
Figure FDA0003751152860000012
当
Figure FDA0003751152860000013
时，
Figure FDA0003751152860000014
当
Figure FDA0003751152860000015
时，
Figure FDA0003751152860000016
当
Figure FDA0003751152860000017
时，
Figure FDA0003751152860000018
当
Figure FDA0003751152860000019
时，c＝(N-a)；
其中，a为安全裕量，q1为光伏总发电功率，q2为用户负荷功率，q3为蓄电池实时功率监测值。
3.如权利要求1所述的一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，所述蓄电池放电功率采用阶梯式变化，具体为：
q5＝μ1*q+μ2*d
其中，μ1为放电过程蓄电池容量影响因子，μ2为放电过程功率差值影响因子，q为蓄电池当前容量，d为放电时蓄电池功率差系数；
d为阶梯变化的值，d的取值具体为：
当
Figure FDA0003751152860000021
时，
Figure FDA0003751152860000022
当
Figure FDA0003751152860000023
时，
Figure FDA0003751152860000024
当
Figure FDA0003751152860000025
时，
Figure FDA0003751152860000026
当
Figure FDA0003751152860000027
时，
Figure FDA0003751152860000028
当
Figure FDA0003751152860000029
时，d＝(N-a)；
其中，a为安全裕量，q1为光伏总发电功率，q2为用户负荷功率，q3为蓄电池实时功率监测值。
4.如权利要求1所述的一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，当实时功率差小于安全裕量a时，蓄电池以最大功率进行充电。
5.如权利要求1所述的一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，还包括：
当触发光伏逆功率保护后，停止蓄电池放电或充电状态；获取当前用电负荷C1和正常运行光伏数量H1；
判断当前用电负荷C1是否满足C1≥a，若是，对光伏系统进行重启，设定单个光伏功率上限为：(C1-a)/H1；
待光伏系统达到预期功率后，光伏系统和蓄电池进入正常运行状态。
6.如权利要求1所述的一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，还包括：
当存在大功率设备停机时，假设关停设备电负荷为R，若R≥a，停止蓄电池放电或充电状态；获取当前用电负荷C2和正常运行光伏数量H2；
设定单个光伏功率上限为：(C2-a)/H2，待光伏系统达到预期功率后，光伏系统和蓄电池进入正常运行状态。
7.如权利要求1所述的一种光伏-蓄电池系统运行控制方法，其特征在于，通过光伏总发电功率为蓄电池充电，降低后的光伏发电功率作为光伏发电功率上限，所述光伏发电功率上限随用电负荷波动。
8.一种光伏-蓄电池系统运行控制系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于实时监测用户负荷功率、蓄电池实时功率和光伏总发电功率数据；以用户负荷功率和蓄电池实时功率的总和与光伏总发电功率之差作为实时功率差；
蓄电池充放电控制模块，用于在系统正常运行时，当实时功率差大于或等于设定值M时，控制蓄电池放电；当实时功率差小于或等于设定值N时，控制蓄电池充电；当实时功率差处于设定值M和N之间时，蓄电池不充电也不放电。
9.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的光伏-蓄电池系统运行控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的光伏-蓄电池系统运行控制方法。
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