一种新能源发电站惯量响应系统及方法
技术领域
本申请涉及太阳能发电站技术领域,尤其是涉及一种新能源发电站惯量响应系统及方法。
背景技术
新能源是指传统能源之外的各种能源形式,指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。通过新能源发电,可以大大减小发电过程中消耗的资源,更加节能。而新能源发电会存在惯量响应问题,新能源发电站的惯量响应指的是发电设备在负荷变化时,由于设备的惯性作用,无法立即调整发电功率,造成一定的响应延迟。
相关技术中,根据发电设备的输出电压的频率变化,对发电设备功率进行调整,实现惯量响应。但实际上太阳能发电输出电压频率受到多方面影响,仅仅根据输出电压的频率进行响应,会导致功率调整不准确、不及时,而发电设备的功率调整度不及时会影响实际的供电情况,存在改进之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源发电站惯量响应系统及方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
第一方面,本申请提供的一种新能源发电站惯量响应系统,采用如下的技术方案:
包括采集模块、分析模块、调节模块以及报警模块;
所述采集模块用于采集发电站周围环境情况、用电量使用情况以及干扰情况并输出采集数据;
所述分析模块与所述采集模块信号连接,用于接收所述采集数据并分析发电设备功率调整程度,输出分析数据;
所述调节模块与所述分析模块信号连接,用于接收分析数据并调整发电设备功率,输出功率数据;
所述报警模块与所述分析模块、所述调节模块均信号连接,用于接收所述分析数据和所述功率数据,若无法调整发电设备功率达到分析功率时进行报警;
所述分析模块包括环境分析子模块、用电分析子模块以及干扰分析子模块,所述环境分析子模块与所述采集模块信号连接,用于接收所述采集数据并分析环境对于发电站功率影响,分析预测发电设备功率调整程度后输出环境分析数据;所述用电分析子模块与所述采集模块信号连接,用于接收所述采集数据并分析用电量造成的功率变化后输出用电分析数据;所述干扰分析子模块与所述采集模块信号连接,用于接收所述采集数据并分析干扰导致的功率变化后输出干扰分析数据。
通过采用上述技术方案,发电站在负载发生变化时,需要对发电设备的功率进行调整,但是由于受到环境、干扰多方面影响,功率会受到一些影响,当影响时再调整发电设备功率,会导致惯量响应较慢,对用户用电造成干扰。多方面考虑功率影响,提高了新能源发电站惯量响应的快速性。
优选的,所述采集模块包括气象子模块、干扰子模块以及用电量子模块,所述气象子模块用于采集发电站周围天气情况并输出气象数据;所述干扰子模块与所述气象子模块信号连接,用于接收所述气象数据并采集干扰信号大小,分析气象对于干扰信号的影响后输出干扰数据;所述用电量子模块用于搜索采集历史用电量并记录用户增减情况后输出用电量数据。
通过采用上述技术方案,发电设备受到多方面影响,气象的不同会导致太阳能发电站的光电转换效率不同,而外部干扰则会影响发电设备的性能,导致发电的效果。发电站的负载则是和用电量息息相关,对各方面进行检测,分析响应频率,提高了新能源发电站惯量响应的多样性。
优选的,所述气象子模块包括温度传感器、湿度传感器以及亮度传感器,所述温度传感器用于检测发电站周围温度并输出温度数据;所述湿度传感器用于检测发电站周围湿度并输出湿度数据;所述亮度传感器用于检测发电站周围光亮并输出亮度数据。
通过采用上述技术方案,发电设备会受到周围温湿度的影响,而太阳能发电站主要依靠光亮转换成电能,因此光照强度对太阳能的影响很重要。得到温度、湿度以及光亮度的相关数据,可以更好的分析发电设备受到气象的影响情况,提高了新能源发电站惯量响应的精确性。
优选的,所述干扰子模块包括电磁检测仪、振动检测仪以及分贝仪,所述电磁检测仪用于检测发电站周围电磁波信号大小并输出电磁波数据;所述振动检测仪用于检测太阳能接收板的振动频率并输出振动数据;所述分贝仪用于检测发电站周围的噪声大小并输出噪声数据。
通过上述技术方案,发电设备在运行过程中会受到一定的干扰,其中电磁波、太阳能板振动以及发电站周围噪音都会对发电设备造成干扰,导致发电设备性能下降,从而影响发电设备的发电效果,最终影响供电。通过干扰情况分析,提高了新能源发电站惯量响应的抗干扰性。
优选的,所述环境分析子模块包括温度单元、湿度单元、亮度单元以及分析单元,所述温度单元与所述温度传感器信号连接,用于接收所述温度数据,并根据温度与光电转换效率的负相关曲线,分析光电转换效率后输出温度分析数据;所述湿度单元与所述湿度传感器信号连接,用于接收所述湿度数据,根据湿度与性能的负相关曲线,分析光电转换效率后输出湿度分析数据;所述亮度单元与所述亮度传感器信号连接,用于接收所述亮度数据,并根据光照强度与光电转换效率的正相关曲线,分析光电转换效率后输出亮度分析数据;所述分析单元与所述温度单元、所述湿度单元以及所述亮度单元均信号连接,用于接收所述温度分析数据、所述湿度分析数据以及所述亮度分析数据后,综合光电转换效率,根据光电转换效率与发电设备功率的正相关系数,得到所述环境分析数据。
通过采用上述技术方案,温度升高会导致电池板的发电效率下降,从而延缓了太阳能发电的响应速度。湿度和光照强度同样会影响太阳能发电的情况。根据温湿度情况以及光照情况,得到太阳能发电情况,在响应时可以响应更准确的功率,减少了响应次数,提高了新能源发电站惯量响应的便捷性。
优选的,所述用电分析子模块包括基础用电单元和预测用电单元,所述基础用电单元与所述用电量子模块信号连接,用于接收所述用电量数据,根据当下时间获取历史用电量数据并输出基础用电量数据;所述预测用电单元与所述基础用电单元、所述气象子模块均信号连接,用于接收所述基础用电量数据和所述气象数据,根据天气变化预测用户家电使用情况并输出所述用电分析数据。
通过采用上述技术方案,发电站的负载主要来自用户的用电情况,而不同季节、不同时间的用电量是不同的,根据历史用电数据,结合实际气象导致的用电情况,获取发电站负载,有利于提前做好准备,降低发电站惯量的响应时间,提高了新能源发电站惯量响应的快速性。
优选的,所述干扰分析子模块包括电磁波单元、振动单元、噪音单元以及干扰单元,所述电磁波单元与电磁检测仪信号连接,用于接收电磁波数据,并根据电磁波信号与发电设备性能的负相关系数,分析设备性能后输出电磁波分析数据;所述振动单元与振动检测仪信号连接,用于接收振动数据,并根据振动和发电设备性能的负相关系数,分析设备性能后输出振动分析数据;所述噪音单元与分贝仪信号连接,用于接收噪音数据,并根据噪音和设备性能的负相关曲线,分析设备性能后输出噪音分析数据;所述干扰单元与所述电磁波单元、所述振动单元以及所述噪音单元均信号连接,用于接收电磁波分析数据、振动分析数据以及噪音分析数据,综合设备性能情况后,根据设备性能与光电转化效率的反比系数,得到所述干扰分析数据。
通过采用上述技术方案,电磁波增加会对发电设备造成一定的干扰,噪音也会对控制系统和信号传输造成一定的干扰,干扰会导致设备性能下降,导致发电站惯量响应的速度变慢。检测干扰情况,有利于后续提前对响应做准备,提高了新能源发电站惯量响应的智能性。
优选的,所述分析模块还包括综合子模块,所述综合子模块与所述环境分析子模块、所述用电分析子模块以及所述干扰分析子模块均信号连接,用于接收所述环境分析数据、所述用电分析数据以及所述干扰分析数据,根据用电量预测做好功率转换准备,再根据温湿度变化曲线以及光照变化曲线提前预测功率变化后,进一步预测发电设备功率,最后叠加干扰情况,得到功率调整范围并输出所述分析数据。
通过采用上述技术方案,将气象影响、干扰影响以及用电量情况进行综合分析,可以预测实际的负载变化,提前做好功率调整的准备,可以有效减少发电站惯量响应的时间,提高了新能源发电站惯量响应的快速性。
优选的,所述调节模块包括逆变器、调节器以及储能单元,所述逆变器与所述分析模块信号连接,用于接收所述分析数据,并根据功率范围调整在合适档位;所述调节器与所述分析模块信号连接,用于接收所述分析数据,进行功率调节并输出所述功率数据;所述储能单元与所述逆变器以及所述调节器信号连接,用于接收所述功率数据,在功率不能达标时启动。
通过采用上述技术方案,对于太阳能发电设备的功率调整常常通过调整光伏阵列角度、控制逆变器输出以及使用储能单元实现,将逆变器调整在合适档位,根据实际情况再进行光伏阵列角度的调整,会减少逆变器响应时间,从而降低发电站惯量响应时间,提高了新能源发电站惯量响应的快速性。
第二方面,本申请提供的一种新能源发电站惯量响应方法,采用如下的技术方案:
获取发电站周围环境情况,得到环境数据,环境数据包括温度数据、湿度数据以及光照数据;
根据所述环境数据,获取干扰情况,得到干扰数据,干扰数据包括电磁波信号、振动频率以及噪音;
基于所述环境数据,获取历史用电量,并根据环境情况预测用电量,得到用电量数据;
根据所述用电量数据,调整逆变器,并根据环境数据以及干扰数据调整发电设备功率,得到功率数据;
基于所述功率数据,当无法调整功率到需要的功率数值时,报警模块进行报警。
通过采用上述技术方案,根据对环境以及用电量的预测,提前预知发电设备应该调整的功率,提前做好调整准备,可以降低发电站惯量响应的时间。并且在无法达到需求功率时及时报警,减少对用户用电的干扰,提高了新能源发电站惯量响应的实用性。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.发电站在负载发生变化时,需要对发电设备的功率进行调整,但是由于受到环境、干扰多方面影响,功率会受到一些影响,当影响时再调整发电设备功率,会导致惯量响应较慢,对用户用电造成干扰。多方面考虑功率影响,提高了新能源发电站惯量响应的快速性。
2.发电设备受到多方面影响,气象的不同会导致太阳能发电站的光电转换效率不同,而外部干扰则会影响发电设备的性能,导致发电的效果。发电站的负载则是和用电量息息相关,对各方面进行检测,分析响应频率,提高了新能源发电站惯量响应的多样性。
3.发电站的负载主要来自用户的用电情况,而不同季节、不同时间的用电量是不同的,根据历史用电数据,结合实际气象导致的用电情况,获取发电站负载,有利于提前做好准备,降低发电站惯量的响应时间,提高了新能源发电站惯量响应的快速性。
附图说明
图1是本发明一种新能源发电站惯量响应系统的采集模块、分析模块、调节模块以及报警模块的连接示意图;
图2是本发明一种新能源发电站惯量响应系统的各模块的具体结构示意图;
图3是本发明一种新能源发电站惯量响应方法的具体步骤示意图。
附图标记说明:1、采集模块;11、气象子模块;111、温度传感器;112、湿度传感器;113、亮度传感器;12、干扰子模块;121、电磁检测仪;122、振动检测仪;123、分贝仪;13、用电量子模块;2、分析模块;21、环境分析子模块;211、温度单元;212、湿度单元;213、亮度单元;214、分析单元;22、用电分析子模块;221、基础用电单元;222、预测用电单元;23、干扰分析子模块;231、电磁波单元;232、振动单元;233、噪音单元;234、干扰单元;24、综合子模块;3、调节模块;31、逆变器;32、调节器;33、储能单元;4、报警模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图1-3对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例
本发明公开了一种新能源发电站惯量响应系统,参照图1,包括采集模块1、分析模块2、调节模块3以及报警模块4。
采集模块1用于采集发电站周围环境情况、用电量使用情况以及干扰情况并输出采集数据。
分析模块2与采集模块1信号连接,用于接收采集数据并分析发电设备功率调整程度,输出分析数据。
调节模块3与分析模块2信号连接,用于接收分析数据并调整发电设备功率,输出功率数据。
报警模块4与分析模块2、调节模块3均信号连接,用于接收分析数据和功率数据,若无法调整发电设备功率达到分析功率时进行报警。
分析模块2包括环境分析子模块21、用电分析子模块22以及干扰分析子模块23,环境分析子模块21与采集模块1信号连接,用于接收采集数据并分析环境对于发电站功率影响,分析预测发电设备功率调整程度后输出环境分析数据。用电分析子模块22与采集模块1信号连接,用于接收采集数据并分析用电量造成的功率变化后输出用电分析数据。干扰分析子模块23与采集模块1信号连接,用于接收采集数据并分析干扰导致的功率变化后输出干扰分析数据。
实际运用中,发电站需要根据负载变化及时调整发电设备功率,减少对用户用电的干扰。发电站的负载受到用户用电量的影响。同时也会受到周围环境以及干扰的影响。通过多方面考虑发电站的功率调整情况,一方面可以提前准备功率调整,减少发电站惯量响应时间,另一方面可以更准确的调整发电设备的功率,减少了因为调整不准确而多次调整的情况。并且在功率无法满足用电需求时,及时进行报警,减少用户用电的不良体验感。例如,按照负载功率调整成5千瓦特,即发电设备可以提供5度/小时的电量,达到用户需求。但发电设备受到干扰,性能下降,功率为5千瓦特的情况下,应该提供5度/小时的电量,实际只能供给4度/小时的电量,此时功率应该设置为6千瓦特,因为性能下降,所以理论上应该提供6度/小时的电量,实际上只提供了5度/小时的电量,达到了用户需求。
参照图2,采集模块1包括气象子模块11、干扰子模块12以及用电量子模块13,气象子模块11用于采集发电站周围天气情况并输出气象数据。干扰子模块12与气象子模块11信号连接,用于接收气象数据并采集干扰信号大小,分析气象对于干扰信号的影响后输出干扰数据。用电量子模块13用于搜索采集历史用电量并记录用户增减情况后输出用电量数据。
实际运用中,发电设备受到多方面干扰,尤其是太阳能发电,由于太阳能板需要接收光照,所以太阳能板需要处于外界环境中。而外界环境,无论是气象还是一些干扰信号,都会持续变化,对发电设备造成不同程度的影响。当然,用电量也会对发电设备造成一定的影响,用电量直接关系到用电负载。通过检测气象数据、干扰信号以及用电情况,有利于后续对于发电设备需要调整的功率分析,也从更多方面考虑发电站的功率调整,为发电站惯量响应分析提供了有利的数据。
参照图2,气象子模块11包括温度传感器111、湿度传感器112以及亮度传感器113,温度传感器111用于检测发电站周围温度并输出温度数据。湿度传感器112用于检测发电站周围湿度并输出湿度数据。亮度传感器113用于检测发电站周围光亮并输出亮度数据。
实际运用中,气象是持续变化的,并不会一成不变,即便一天内一直是晴天,发电设备周围的温度、湿度以及光照也都会发生变化。温度、湿度以及光照都会对发电设备的效率产生影响,尤其是光照,对于太阳能发电来说,具有光照才能实现光电转换。为了得到周围环境对于发电设备的影响,就需要获取准确的数据,得到的结果才会更准确。例如,温度为25摄氏度时,对发电设备的影响为功率下降1千瓦特,温度为35摄氏度时,对发电设备的影响为功率下降5千瓦特。要想得知当下发电设备受到的影响程度,就需要得知当下的温度情况。
参照图2,干扰子模块12包括电磁检测仪121、振动检测仪122以及分贝仪123,电磁检测仪121用于检测发电站周围电磁波信号大小并输出电磁波数据。振动检测仪122用于检测太阳能接收板的振动频率并输出振动数据。分贝仪123用于检测发电站周围的噪声大小并输出噪声数据。
实际运用中,发电设备的周围环境会对发电设备造成影响,不仅仅是气象变化,发电设备周围还存在一些干扰信号。电磁波信号、噪音以及发电设备的振动,都会造成设备性能下降,从而影响发电效率。假设有一个太阳能发电站,其控制系统使用传感器监测电流、电压和其他参数,并根据实时数据进行调节。如果周围环境中的噪音明显增加,例如来自机械设备或交通工具的噪声,这些噪音可能会干扰传感器的准确读数,从而影响控制系统的响应。所以对干扰信号的检测有利于分析发电设备的实际效率,提高数据的准确性。
参照图2,环境分析子模块21包括温度单元211、湿度单元212、亮度单元213以及分析单元214,温度单元211与温度传感器111信号连接,用于接收温度数据,并根据温度与光电转换效率的负相关曲线,分析光电转换效率后输出温度分析数据。湿度单元212与湿度传感器112信号连接,用于接收湿度数据,根据湿度与性能的负相关曲线,分析光电转换效率后输出湿度分析数据。亮度单元213与亮度传感器113信号连接,用于接收亮度数据,并根据光照强度与光电转换效率的正相关曲线,分析光电转换效率后输出亮度分析数据。分析单元214与温度单元211、湿度单元212以及亮度单元213均信号连接,用于接收温度分析数据、湿度分析数据以及亮度分析数据后,综合光电转换效率,根据光电转换效率与发电设备功率的正相关系数,得到环境分析数据。
实际运用中,湿度的升高会增加大气中的水蒸气含量,从而影响太阳能电池板上的光吸收和传输过程。当湿度升高时,水蒸气会吸收太阳光的部分波长,降低光的传输效率,进而降低太阳能电池板的发电效率。同样的,温度和光照强度一样会导致太阳能发电的光电转换效率,造成实际功率下的效率与预想功率下的效率产生偏差,导致发电站惯量响应的不准确。例如,光照强度为5万勒克斯,发电设备的功率也为5千瓦,发电设备可以提供的电量应该为5度/小时。但是受到环境影响,光电转换效率下降,在光照强度为5万勒克斯的情况下,发电设备可以提供的电量只有4度/小时,此时就需要调整发电设备的功率。
参照图2,用电分析子模块22包括基础用电单元221和预测用电单元222,基础用电单元221采用搜索引擎,与用电量子模块13信号连接,用于接收用电量数据,根据当下时间查找比对历史用电量数据并输出基础用电量数据。预测用电单元222采用微芯片,与基础用电单元221、气象子模块11均信号连接,用于接收基础用电量数据和气象数据,根据天气变化预测用户家电使用情况并输出用电分析数据。
实际运用中,用电情况直接关系到用电站的负载,而负载又决定了发电设备的功率。因为电量突然增加,会导致发电设备由于惯性原因,无法及时响应,造成发电站惯量响应的速度较慢。对电量进行预测后,可以提前做好准备,减少发电设备响应的时间,提高用户的用电体验感。而用电量的变化是在历史用电量的基础上进行的,并不是没有规律可循的。例如,A发电站接入100用户,3月需要用电1000千瓦特,7月需要用电2000千瓦特。B发电站接入500用户,B发电站在7月用电会远不止2000千瓦特,需要根据B发电站的历史用电数据进行预测。
参照图,2,干扰分析子模块23包括电磁波单元231、振动单元232、噪音单元233以及干扰单元234,电磁波单元231与电磁检测仪121信号连接,用于接收电磁波数据,并根据电磁波信号与发电设备性能的负相关系数,分析设备性能后输出电磁波分析数据。振动单元232与振动检测仪122信号连接,用于接收振动数据,并根据振动和发电设备性能的负相关系数,分析设备性能后输出振动分析数据。噪音单元233与分贝仪123信号连接,用于接收噪音数据,并根据噪音和设备性能的负相关曲线,分析设备性能后输出噪音分析数据。干扰单元234与电磁波单元231、振动单元232以及噪音单元233均信号连接,用于接收电磁波分析数据、振动分析数据以及噪音分析数据,综合设备性能情况后,根据设备性能与光电转化效率的反比系数,得到干扰分析数据。
实际运用中,发电站设备周围会存在干扰,干扰也会导致发电设备性能下降,从而影响发电设备的供电效果,导致发电设备需要调整发电设备功率。根据干扰信号的变化,分析预测发电设备的性能变化,提前调整发电设备功率,减少惯量响应的情况,从而减少惯量响应导致的总体延长时间。振动频率增加会使太阳能发电站的惯量响应变慢,因为较高的频率需要更长的时间来完成响应。因此根据太阳能板的振动频率提前做好功率调整准备,可以有效减少惯量响应时间。例如,当负载突然增加时,发电机需要提供更多的功率以满足需求。如果振动频率增加,例如由于负载快速变化引起的频率增加,发电机就需要更大的功率。
参照图2,分析模块2还包括综合子模块24,综合子模块24与环境分析子模块21、用电分析子模块22以及干扰分析子模块23均信号连接,用于接收环境分析数据、用电分析数据以及干扰分析数据,根据用电量预测做好功率转换准备,再根据温湿度变化曲线以及光照变化曲线提前预测功率变化后,进一步预测发电设备功率,最后叠加干扰情况,得到功率调整范围并输出分析数据。
实际运用中,因为用电量对发电站的影响最为重要,决定了发电站的负载情况,从而决定了是否功率调整的情况。首先根据用电量进行初步的预测,接着根据温湿度以及光照变化曲线,预测周围气象对发电设备造成的影响。因为一天中的温湿度在持续变化,光照也在持续变化。最后叠加干扰情况进行综合分析,得到发电设备调整的功率范围。准确的功率数据有助于发电站提前做好准备,及时做出响应,降低发电站惯量响应的时间。例如,预测7点时功率应该调整为5千瓦特,6点时功率为4千瓦特,若到7点突然调节,会导致响应时间慢。从6点开始缓慢增加发电设备功率,到7点功率调节在5千瓦特,若功率在7点应该调节为5.1千瓦特,则可以更快速的调节成功。
参照图1,调节模块3包括逆变器31、调节器32以及储能单元33,逆变器31与分析模块2信号连接,用于接收分析数据,并根据功率范围调整在合适档位。调节器32与分析模块2信号连接,用于接收分析数据,进行功率调节并输出功率数据。储能单元33与逆变器31以及调节器32信号连接,用于接收功率数据,在功率不能达标时启动。
实际运用中,太阳能发电设备功率调节可以通过控制逆变器31输出、调整光伏阵列角度以及使用储能单元33实现。根据预测范围将逆变器31输出调节在大致范围,然后调整光伏阵列角度实现小范围功率调整。储能单元33在必要时候可以救急,因此在可以通过其他方式实现功率调整的情况下不启用储能单元33。但是夜间没有光照,无法进行太阳能发电,此时最大功率也无法实现供电需求时,需要启用储能单元33。根据预测调整好逆变器31档位,可以减少逆变器31启动的时间,从而降低发电站惯量响应的时间。
参照图3,一种新能源发电站惯量响应方法,通过应用如上的一种新能源发电站惯量响应系统,具体包括如下步骤:
步骤S1,获取发电站周围环境情况,得到环境数据,环境数据包括温度数据、湿度数据以及光照数据;
步骤S2,根据环境数据,获取干扰情况,得到干扰数据,干扰数据包括电磁波信号、振动频率以及噪音;
步骤S3,基于环境数据,获取历史用电量,并根据环境情况预测用电量,得到用电量数据;
步骤S4,根据用电量数据,调整逆变器31,并根据环境数据以及干扰数据调整发电设备功率,得到功率数据;
步骤S5,基于功率数据,当无法调整功率到需要的功率数值时,报警模块4进行报警。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。