CN117639106B - 一种光伏水电储能集群微电网的调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，当储能集群储存的电能即将饱和，降低光伏电力集群和水力发电集群的发电功率，控制发电量，防止交换电路功率过大造成电路损坏。当储存的电能即将被全部消耗，避免电能被全部消耗后无法对负荷集群供电，主电网输入电能为负荷集群供电的同时，主电网输入电能到储能集群储存；同时考虑发电总功率与负荷集群的耗电总功率之间的差值对电能进行控制，在发电总功率大于负荷集群的耗电总功率时、发电总功率小于负荷集群的耗电总功率时，使用不同的调控方式传输电能，保持负荷集群、储能集群和主电网之间的平衡。

Description

一种光伏水电储能集群微电网的调控方法
技术领域
本发明涉及电力系统储能领域，具体涉及一种光伏水电储能集群微电网的调控方法。
背景技术
微电网为用电系统，包括由分布式发电装置、能量转换装置和相关负荷组成的。微电网既可以与外部主网运行，也可以独立运行。而微网中的发电装置一般为新能源发电装置，例如光伏发电、风能发电或水力发电；光伏发电、风能发电或水力发电都受气候、温度等不确定因素和条件的影响，因为其发电特征具有随机性、波动性和间歇性，所以就决定了其规模化发展必然会对电网调度和系统安全运行带来显著影响。
在中国申请号为201710674360.3，公告日为2020.8.11的专利文献公开了一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，包括：1 )配置储能功率；2 )计算得到储能电池容量；3 )根据实际的储能电池选型原则选择储能电池；4 )微网系统运行过程中，根据各分布式电源出力值以及储能电池SOC和SOH的状况确立储能系统充放电状态及充放电数值；5 )需要进行并离网切换时，采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。
该控制方法，未考虑发电总功率与负荷集群的耗电总功率之间的差值对电能进行控制，无法保持负荷集群、储能集群和主电网之间的平衡。
发明内容
本发明提供一种光伏水电储能集群微网的调控方法，考虑发电总功率与负荷集群的耗电总功率之间的差值对电能进行控制，在发电总功率大于负荷集群的耗电总功率时、发电总功率小于负荷集群的耗电总功率时，使用不同的调控方式传输电能，保持负荷集群、储能集群和主电网之间的平衡；
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，包括以下步骤：
S1、微电网与主电网连接，微电网包括光伏电力集群、水力发电集群、负荷集群和储能集群。
S2、预设储能集群的储能容量之和C、储能上临界值C+、储能下临界值C-和储能平衡值Cb。
S3、通过PS = P源- P负荷，计算过剩功率PS；P源，为光伏电力集群与水力发电集群的发电总功率；P负荷，为负荷集群的耗电总功率。
S4、获取储能集群的当前储能值C0；获取微电网与主电网之间交换电路的最大传输功率Pmax。
S5、判断PS的数值，若PS＞0，则进行S6；若PS＜0，则进行S8。
S6、若C0＞C+，则调节光伏电力集群的发电效率，微电网最大传输功率Pmax向主电网传输电能。
若Cb＞C0＞C-，则储能集群以过剩功率PS储存电能。
若C-＞C0，则储能集群以过剩功率PS储存电能，主电网以最大传输功率Pmax向微电网传输电能。
若C+＞C0＞Cb，则进行S7。
S7、若Pmax＞PS，则微电网以过剩功率PS向主电网输送电能；Pmax＜PS，则微电网以最大传输功率Pmax向主电网输送电能，储能集群以（Pmax-PS）的功率储存电能；然后重复进行S5。
S8、若C0＞C+，则微电网以Pmax的功率向主电网输送电能，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。
若C+＞C0＞Cb，则储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。
若C-＞C0，则储能集群以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能，主电网以Pmax的功率向微电网传输电能。
若Cb＞C0＞C-，则进行S9。
S9、若Pmax + PS＞0，则主电网以Pmax的功率向微电网传输电能；若Pmax + PS＜0，则主电网以Pmax的功率向微电网传输电能，储能集群以[(- PS)-Pmax]的功率向负荷集群传输电能；然后重复进行S5。
以上方法，预设储能上临界值C+、储能下临界值C-用于表示储能的两个警示数值；若当前的储能值C0大于储能上临界值C+，则表示储存的电能即将饱和，此时需要释放电能；若当前的储能值C0小于储能上临界值C-，则表示储存的电能即将被全部消耗，此时需要补充电能。预设储能平衡值Cb，表示储能的最佳数值，若当前的储能值C0为Cb，则此时既有充足的储能空间储存过剩的电能，又有足够的电能用于为负荷集群供电。
过剩功率PS反映微电网的状态，当PS＞0时，光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率大于负荷集群的耗电总功率，微电网产生新的电能；当PS＜0时，光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率小于负荷集群的耗电总功率，需要消耗储能集群储存的电能。
在进行判断时，当PS＞0，判断当前储能值C0的数值，若C0＞C+，当前储能值达到警示数值，储存的电能即将饱和，由于光伏电力集群的响应时间快，光伏电力集群的发电功率能随时调节，此时通过降低光伏电力集群的发电功率，控制发电量，防止交换电路功率过大造成电路损坏。
若Cb＞C0＞C-，储能集群内储存的电能不足，储能集群以过剩功率PS储存电能，将过剩功率PS产生的电能储存；为储能集群补充电能。
若C-＞C0，当前储能值达到警示数值，储能集群内储存的电能即将被全部消耗，储能集群以过剩功率PS储存电能，主电网向微电网传输电能，主电网输入的电能输入到储能集群和负荷集群。
若C+＞C0＞Cb，储能集群内储存的电能过剩，需要将过剩的电能输送到主电网，此时进行进一步判断，当Pmax＞PS，能将全部过剩电量输入到主电网中，减少储能集群中的电能；当Pmax＜PS，此时交换电路功率最大值Pmax的限制，不能将全部过剩电能输入到主电网中，因此，将超出交换电路功率最大值Pmax负载部分的过剩电能储存在储能集群，将剩余的过剩电能输入到主电网中，避免造成微电网与主电网交换电路功率过大。
在进行判断时，当PS＜0，判断当前储能值C0的数值，若C0＞C+，当前储能值达到警示数值，储能值太多，会降低储能集群的可调性，此时需要将部分的储存电能输送到主电网，同时，由于光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率小于负荷集群的耗电总功率，避免储能集群内的电能被全部消耗后无法对负荷集群供电，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。储能集群以-PS的功率为负荷集群提供电能。
若C+＞C0＞Cb，储能集群内储存的电能超过储能平衡值，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。
若C-＞C0，当前储能值达到警示数值，储能集群内储存的电能即将被全部消耗，由于光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率小于负荷集群的耗电总功率，避免储能集群内的电能被全部消耗后无法对负荷集群供电，储能集群以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。主电网向储能集群和负荷集群提供电能。
若Cb＞C0＞C-，此时进行进一步判断，由于负荷集群提供其超出发电总功率的部分功率所需电能，因此PS为负值，当Pmax + PS＞0，即Pmax ＞PS，主电网向微电网传输电能，一部分输入到储能集群储存，一部分电能对负荷集群供电。当Pmax + PS＜0，即Pmax ＜PS，主电网向微电网传输电能，主电网输入的全部电能对负荷集群供电；同时储能集群对负荷集群供电。
进一步的，储能集群包括一个以上的储能装置，预设k个储能装置的储能容量为{C1，C2… Ck}，储能集群中储能容量之和C的计算方法为。这样计算方法简单。
进一步的，S2中，储能上临界值C+、储能下临界值C-的计算方法，包括以下步骤：
S2.1、预设不同周期的水力发电集群的发电效率数据和不同周期的负荷功率消耗数据，将发电效率数据大于负荷功率消耗数据的周期设为过剩周期T。
S2.2、通过C+ =(Pmax- P最大水电)T+C，计算储能上临界值C+；P最大水电，为光伏电力集群与水力发电集群的最大发电功率。
S2.3、通过C- =(P最大负荷- P最小水电-Pmax)T，计算储能下临界值C-；P最大负荷，为负荷集群的最大耗电总功率；P最小水电，为光伏电力集群与水力发电集群的最小发电功率。
以上方法， 水力发电集群的发电量随季节呈周期变化，同时负荷功率的消耗随季节呈周期变化，临界值通过水力发电集群的发电量决定，设置将水力发电集群的发电量大于负荷功率的消耗量的周期设为过剩周期T，保证了储存电能与负荷消耗之间的平衡。
进一步的，S2中，储能平衡值Cb的计算方法，包括以下步骤：
S2.4、通过λ= Q源 / (Q源+Q负荷)，计算平衡系数λ；Q源，为光伏电力集群和水力发电集群在当前季节的平均发电量；Q负荷，为负荷集群在当前季节的平均消耗电能。
S2.5、通过，计算储能平衡值Cb。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，包括以下步骤：
S1、微电网与主电网连接，微电网包括光伏电力集群、水力发电集群、负荷集群和储能集群。
S2、预设储能集群的储能容量之和C、储能上临界值C+、储能下临界值C-和储能平衡值Cb。
S3、通过PS = P源- P负荷，计算过剩功率PS；P源，为光伏电力集群与水力发电集群的发电总功率；P负荷，为负荷集群的耗电总功率。
S4、获取储能集群的当前储能值C0；获取微电网与主电网之间交换电路的最大传输功率Pmax。本实施例中，通过储存检测器获取当前储能值。
S5、判断PS的数值，若PS＞0，则进行S6；若PS＜0，则进行S8。
S6、若C0＞C+，则调节光伏电力集群的发电效率，微电网最大传输功率Pmax向主电网传输电能。在本实施例中，采用最大功率点追踪（MPPT）调节光伏电力集群的输出功率。
若Cb＞C0＞C-，则储能集群以过剩功率PS储存电能。
若C-＞C0，则储能集群以过剩功率PS储存电能，主电网以最大传输功率Pmax向微电网传输电能。
若C+＞C0＞Cb，则进行S7。
S7、若Pmax＞PS，则微电网以过剩功率PS向主电网输送电能；Pmax＜PS，则微电网以最大传输功率Pmax向主电网输送电能，储能集群以（Pmax-PS）的功率储存电能；然后重复进行S5。
S8、若C0＞C+，则微电网以Pmax的功率向主电网输送电能，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。在本实施例中，储能集群以-PS的功率为负荷集群提供电能。
若C+＞C0＞Cb，则储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。
若C-＞C0，则储能集群以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能，主电网以Pmax的功率向微电网传输电能。
若Cb＞C0＞C-，则进行S9。
S9、若Pmax + PS＞0，则主电网以Pmax的功率向微电网传输电能；若Pmax + PS＜0，则主电网以Pmax的功率向微电网传输电能，储能集群以[(- PS)-Pmax]的功率向负荷集群传输电能；然后重复进行S5。
以上方法，预设储能上临界值C+、储能下临界值C-用于表示储能的两个警示数值；若当前的储能值C0大于储能上临界值C+，则表示储存的电能即将饱和，此时需要释放电能；若当前的储能值C0小于储能上临界值C-，则表示储存的电能即将被全部消耗，此时需要补充电能。预设储能平衡值Cb，表示储能的最佳数值，若当前的储能值C0为Cb，则此时既有充足的储能空间储存过剩的电能，又有足够的电能用于为负荷集群供电。
过剩功率PS反映微电网的状态，当PS＞0时，光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率大于负荷集群的耗电总功率，微电网产生新的电能；当PS＜0时，光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率小于负荷集群的耗电总功率，需要消耗储能集群储存的电能。
当储存的电能即将饱和，降低光伏电力集群和水力发电集群的发电功率，控制发电量，防止交换电路功率过大造成电路损坏。当储存的电能即将被全部消耗，避免电能被全部消耗后无法对负荷集群供电，主电网输入电能为负荷集群供电的同时，主电网输入电能到储能集群储存。
上述方法中，储能集群包括一个以上的储能装置，预设k个储能装置的储能容量为{C1，C2… Ck}，S2中，储能集群中储能容量之和C的计算方法为。这样计算方法简单。
S2中，储能上临界值C+和储能下临界值C-的计算方法为S2.1-S2.3。
S2.1、预设不同周期的水力发电集群的发电效率数据和不同周期的负荷功率消耗数据，将发电效率数据大于负荷功率消耗数据的周期设为过剩周期T。在本实施例中，预设一年内不同季节的力发电集群的发电效率数据和负荷功率消耗数据。
S2.2、通过C+ =(Pmax- P最大水电)T+C，计算储能上临界值C+；P最大水电，为光伏电力集群与水力发电集群的最大发电功率。
S2.3、通过C- =(P最大负荷- P最小水电-Pmax)T，计算储能下临界值C-；P最大负荷，为负荷集群的最大耗电总功率；P最小水电，为光伏电力集群与水力发电集群的最小发电功率。
水力发电集群的发电量随季节呈周期变化，同时负荷功率的消耗随季节呈周期变化，临界值通过水力发电集群的发电量决定，设置将水力发电集群的发电量大于负荷功率的消耗量的周期设为过剩周期T，保证了储存电能与负荷消耗之间的平衡。
S2中，储能平衡值Cb的计算方法为S2.4- S2.5.
S2.4、通过λ= Q源 / (Q源+Q负荷)，计算平衡系数λ；Q源，为光伏电力集群和水力发电集群在当前季节的平均发电量；Q负荷，为负荷集群在当前季节的平均消耗电能。
S2.5、通过，计算储能平衡值Cb。
在本发明中，由于光伏电力集群的响应时间快，光伏电力集群的发电功率能随时调节，在需要主动降低发电效率时，对光伏电力集群的发电效率进行调节；而水力发电集群的发电量随季节呈周期变化， 在计算临界值时，通过确定过剩周期T，确定在满足负荷集群用电的同时实现对储存集群储存电能，实现储存电能与负荷消耗之间的平衡。
本发明的工作原理，在进行判断时，当PS＞0，判断当前储能值C0的数值，若C0＞C+，当前储能值达到警示数值，储存的电能即将饱和，由于光伏电力集群的响应时间快，光伏电力集群的发电功率能随时调节，此时通过降低光伏电力集群的发电功率，控制发电量，防止交换电路功率过大造成电路损坏。
若Cb＞C0＞C-，储能集群内储存的电能不足，储能集群以过剩功率PS储存电能，将过剩功率PS产生的电能储存；为储能集群补充电能。
若C-＞C0，当前储能值达到警示数值，储能集群内储存的电能即将被全部消耗，储能集群以过剩功率PS储存电能，主电网向微电网传输电能，主电网输入的电能输入到储能集群和负荷集群。
若C+＞C0＞Cb，储能集群内储存的电能过剩，需要将过剩的电能输送到主电网，此时进行进一步判断，当Pmax＞PS，能将全部过剩电量输入到主电网中，减少储能集群中的电能；当Pmax＜PS，此时交换电路功率最大值Pmax的限制，不能将全部过剩电能输入到主电网中，因此，将超出交换电路功率最大值Pmax负载部分的过剩电能储存在储能集群，将剩余的过剩电能输入到主电网中，避免造成造成微电网与主电网交换电路功率过大。
在进行判断时，当PS＜0，判断当前储能值C0的数值，若C0＞C+，当前储能值达到警示数值，储能值太多，会降低储能集群的可调性，此时需要将部分的储存电能输送到主电网，同时，由于光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率小于负荷集群的耗电总功率，避免储能集群内的电能被全部消耗后无法对负荷集群供电，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。
若C+＞C0＞Cb，储能集群内储存的电能超过储能平衡值，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。
若C-＞C0，当前储能值达到警示数值，储能集群内储存的电能即将被全部消耗，由于光伏电力集群和水力发电集群的发电总功率小于负荷集群的耗电总功率，避免储能集群内的电能被全部消耗后无法对负荷集群供电，储能集群以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能。主电网向储能集群和负荷集群提供电能。
若Cb＞C0＞C-，此时进行进一步判断，由于负荷集群提供其超出发电总功率的部分功率所需电能，因此PS为负值，当Pmax + PS＞0，即Pmax ＞PS，主电网向微电网传输电能，一部分输入到储能集群储存，一部分电能对负荷集群供电。当Pmax + PS＜0，即Pmax ＜PS，主电网向微电网传输电能，主电网输入的全部电能对负荷集群供电；同时储能集群对负荷集群供电。

Claims (4)

1.一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、微电网与主电网连接，微电网包括光伏电力集群、水力发电集群、负荷集群和储能集群；
S2、预设储能集群的储能容量之和C、储能上临界值C+、储能下临界值C-和储能平衡值Cb；
S3、通过PS = P源- P负荷，计算过剩功率PS；P源，为光伏电力集群与水力发电集群的发电总功率；P负荷，为负荷集群的耗电总功率；
S4、获取储能集群的当前储能值C0；获取微电网与主电网之间交换电路的最大传输功率Pmax；
S5、判断PS的数值，若PS＞0，则进行S6；若PS＜0，则进行S8；
S6、若C0＞C+，则调节光伏电力集群的发电效率，微电网以最大传输功率Pmax向主电网传输电能；
若Cb＞C0＞C-，则储能集群以过剩功率PS储存电能；
若C-＞C0，则储能集群以过剩功率PS储存电能，主电网以最大传输功率Pmax向微电网传输电能；
若C+＞C0＞Cb，则进行S7；
S7、若Pmax＞PS，则微电网以过剩功率PS向主电网输送电能；Pmax＜PS，则微电网以最大传输功率Pmax向主电网输送电能，储能集群以（Pmax-PS）的功率储存电能；然后重复进行S5；
S8、若C0＞C+，则微电网以Pmax的功率向主电网输送电能，储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能；
若C+＞C0＞Cb，则储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能；
若C-＞C0，则储能集以负荷集群超出发电总功率的功率为负荷集群提供电能，主电网以最大传输功率Pmax的功率向微电网传输电能；
若Cb＞C0＞C-，则进行S9；
S9、若Pmax + PS＞0，则主电网以Pmax的功率向负荷集群和储能集群传输电能；若Pmax+ PS＜0，则主电网以Pmax的功率向负荷集群传输电能，储能集群以[(- PS)-Pmax]的功率向负荷集群传输电能；然后重复进行S5。
2.根据权利要求1所述的一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，其特征在于：储能集群包括一个以上的储能装置，预设k个储能装置的储能容量为{C1，C2 … Ck}，储能集群中储能容量之和C的计算方法为。
3.根据权利要求1所述的一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，其特征在于：S2中，储能上临界值C+、储能下临界值C-的计算方法，包括以下步骤：
S2.1、预设不同周期的水力发电集群的发电效率数据和不同周期的负荷功率消耗数据，将发电效率数据大于负荷功率消耗数据的周期设为过剩周期T；
S2.2、通过C+ =(Pmax- P最大水电) T+C，计算储能上临界值C+；P最大水电，为光伏电力集群与水力发电集群的最大发电功率；
S2.3、通过C- =(P最大负荷- P最小水电-Pmax) T，计算储能下临界值C-；P最大负荷，为负荷集群的最大耗电总功率；P最小水电，为光伏电力集群与水力发电集群的最小发电功率。
4.根据权利要求1所述的一种光伏水电储能集群微电网的调控方法，其特征在于：S2中，储能平衡值Cb的计算方法，包括以下步骤：
S2.4、通过λ= Q源 / (Q源+Q负荷)，计算平衡系数λ；Q源，为光伏电力集群和水力发电集群在当前季节的平均发电量；Q负荷，为负荷集群在当前季节的平均消耗电能；
S2.5、通过，计算储能平衡值Cb。
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