一種提升大規模光儲聯合系統發電量的控制方法及系統與流程

2023-05-21 09:57:16

本發明屬於大規模儲能技術、新能源發電技術領域，具體涉及一種提升大規模光儲聯合系統發電量的控制方法及系統。

背景技術：

隨著全球經濟的不斷發展，對能源的消耗不斷增加。煤炭、石油、天然氣等化石能源的不斷減少，隨之面臨的枯竭。新能源的開發利用受到了廣泛關注和支持。太陽能以其清潔、無汙染、可再生等優點得到了快速度的發展。但是光伏發電效果受光照強度和溫度等環境影響較大，輸出功率具有隨機性和波動性，在跟蹤計劃發電方面具有較差的能力。儲能系統的出現，推動了光伏發電的發展。儲能系統能夠配合光伏機組實現平滑輸出、削峰填谷、跟蹤計劃出力等功能，增加了發電的可控性，降低了發電系統波動性，提高了光伏發電併網能力。

例如，隨著光伏發電的進一步增長，青海電網調峰容量不足問題已進一步突出，調峰限制將成為光伏消納的制約因素。青海省光伏發電集群的送出和消納問題已成為亟待解決的問題。自2012年，青海省出現較嚴重的棄光現象，光伏發電利用小時平均約為1300小時(設計發電小時數為1700小時)。2014年1月至2014年9月，累計棄光電量已達9660萬kWh。光伏發電集群的送出和消納問題已成為青海電網亟待解決的問題。大規模的儲能系統為電網提供了靈活可靠的調度資源，其可改善光伏發電的間歇性和不確定性特性，提高電網調峰調頻能力，實現電網運行安全、穩定和經濟運行。

但是，隨著光儲聯合系統規模的不斷發展，裝機規模不斷擴大，整個光儲聯合系統的複雜性也不斷增加。太陽能發電能力本身受環境因素影響大，電網需求也具有一定的隨機性，儲能系統的加入更是增加了整個發電系統的複雜程度，對光儲發電系統的控制要求進一步提高。

目前在大規模新能源發電側，跟蹤實時變化的光伏發電調度需求的光儲聯合發電系統優化控制方面研究尚屬起步階段，相關專利非常有限，兼顧光儲聯合系統跟蹤發電計劃和提升發電量經濟性的專利更是空白。

因此需要提供一種更加穩定、高效的儲能電站控制系統和方法來滿足包括光伏電站在內的整個發電系統的需要。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種提升大規模光儲聯合發電系統發電量的協調控制方法，本發明不僅能夠較好的跟蹤發電計劃輸出功率，而且能夠通過儲能系統的充放電功率控制，提升光伏發電的經濟效益，能夠有效提高光伏電站太陽能利用率。

為了實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案：

一種提升大規模光儲聯合系統發電量的控制方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1、採集當前t時刻的所述光儲聯合系統輸出功率計劃值；

步驟2、求取光伏發電系統的輸出功率目標值；

步驟3、根據所述光伏發電系統的輸出功率目標值控制光伏電站發電功率；

步驟4、所述光儲聯合系統將基於所述光伏電站發電功率計算出光伏電站和儲能系統各自的輸出功率命令值。

優選的，所述步驟1中，所述光儲聯合系統按下式分別輸出日間和夜間的功率計劃值Pplan(t)：

在日間：0≤Pplan(t)≤Pc

在夜間：Pplan(t)＝0

式中，Pc為光儲聯合系統中光伏電站裝機容量。

優選的，所述步驟2中，按下式計算t時刻光伏輸出功率目標值Pgoal(t)：

Pgoal(t)＝max(Pplan(t),Ppv(t-Δt))+γ

式中，Ppv(t-Δt))為t-△t時刻光伏發電系統的輸出功率值，γ為功率偏離值。

優選的，所述步驟4中，包括如下步驟：

步驟4-1、構建下式所示的光儲聯合系統輸出功率與所述輸出功率計劃值的出力偏差控制效果目標函數：

Ppv(t)+Pbess(t)≤Pplan(t)；

Ppv(t)+Pbess(t)≈Pplan(t)；

式中，Ppv(t)為當前t時刻發電系統輸出功率，Pbess(t)為儲能系統輸出功率命令值，放電時值為正，充電時值為負；

步驟4-2、根據所述光儲聯合系統輸出功率計劃值Pplan(t)與當前t時刻發電系統輸出功率Ppv(t)分別確定t時刻光伏電站與儲能系統的輸出功率值。

優選的，所述步驟4-2中，確定如Pplan(t)≥Ppv(t)所示的光儲聯合系統輸出功率計劃值大於當前t時刻的光伏電站輸出功率值下，t時刻光伏電站與儲能系統的輸出功率值。

優選的，所述步驟4-2中，確定如Pplan(t)＜Ppv(t)所示的光儲聯合系統輸出功率計劃值小於當前t時刻的光伏電站輸出功率值下的，t時刻光伏電站與儲能系統的輸出功率值。

優選的，t時刻光伏電站與儲能系統的輸出功率值的確定包括如下步驟：

步驟4-2-1、如光儲聯合系統中光伏電站按照當前t時刻發電功率Ppv(t)發電，保持光伏電站輸出功率命令值不變；

步驟4-2-2、根據當前t時刻儲能系統的荷電狀態SOC(t)對儲能系統輸出功率進行功率控制。

優選的，所述步驟4-2-2的所述控制包括：

若儲能系統SOC(t)值小於等於儲能系統SOC下限值SOClow時，儲能系統輸出功率命令值為0；或

若儲能系統SOC(t)值大於SOClow包括：

如Pdislimit(t)+Ppv(t)≤Pplan(t)所示的光儲聯合電站最大輸出功率值仍小於發電計劃值時，儲能系統輸出功率命令值Pbess(t)＝Pdislimit(t)＝α*SOC(t)Pdismax；

如Pdislimit(t)+Ppv(t)≥Pplan(t)所示的光儲聯合電站最大輸出功率值大於發電計劃值時，按下式控制t時刻儲能系統輸出功率命令值Pbess(t)＝Pplan(t)-Ppv(t)，

其中，t時刻儲能系統放電功率限制值Pdislimit(t)為修正後的儲能系統放電功率最大值；α為不同儲能電池的放電調整係數；Pdismax為儲能系統最大放電功率值。

優選的，確定t時刻光伏電站與儲能系統的輸出功率值包括：

若Ppv(t)-|Pchlimit(t)|＜Pplan(t)，光伏電站輸出功率命令值不變；儲能系統輸出功率命令值如Pbess(t)＝Pplan(t)-Ppv(t)式所示；

若Ppv-|Pchlimit|≥Pplan，需要對光伏電站的減少輸出功率進行棄光，此時儲能系統輸出功率命令值如Pbess(t)＝Pchlimit(t)＝β(1-SOC(t))Pchmax所示，光伏電站輸出功率命令值為Pplan(t)-Pbess(t)；

其中，Pchlimit(t)為t時刻調整後的儲能系統充電功率限制值，β為不同儲能電池的充電調整係數，Pchmax為最大儲能系統充電功率值。

優選的，一種提升大規模光儲聯合系統發電量的控制系統，所述系統包括：

光儲聯合能量管理模塊，用於接收並存儲上級調度下發的輸出功率計劃值，通過與光伏監控模塊、儲能監控模塊通信，確定所述光伏監控模塊和所述儲能監控模塊輸出功率命令值，同時採集並將整個光儲聯合系統的所有信息傳輸至上層調度系統；

光伏監控模塊，用於採集監測光伏發電組件的功率信息，並根據所述光儲聯合能量管理模塊下發的光伏監控模塊輸出功率命令值，控制光伏電站內各光伏發電組件的功率輸出；

儲能監控模塊，用於採集監測儲能系統的功率信息，並根據所述光儲聯合能量管理模塊下發的儲能監控模塊輸出功率指令值，控制儲能系統內各儲能組件的功率輸出。

與最接近的現有技術比，本發明提供的技術方案具有以下優異效果：

現有光儲聯合發電系統控制方法，僅僅是考慮了跟蹤光伏發電計劃出力的偏差問題，未能有效提升光伏發電系統的經濟效益。本發明提出的控制方法及其系統，不僅考慮了跟蹤發電計劃出力的控制偏差，而且以提升光伏發電量為目標有效實現了儲能系統有序功率優化控制以及長時間尺度下的電池能量優化調度，最大限度提高了光儲聯合發電系統的發電量。在儲能系統允許的工作條件下，不僅能夠有效跟蹤調度下發的發電計劃出力曲線，而且通過有效控制儲能系統實時充放電功率，顯著提高了光伏電站太陽能利用率，提升了光儲聯合發電的經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明提供的一種光儲聯合發電系統輸出功率控制流程圖

圖2是本發明提供的一種提升大規模光儲聯合發電系統發電量的協調控制方法流程圖

圖3是本發明提供的一種光儲聯合發電系統輸出功率控制系統的結構圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

圖1為一種光儲聯合系統輸出功率控制流程圖。以光儲聯合系統中光伏發電系統和儲能系統接收任務控制發電為例，詳細的展示了控制流程，流程如下：

步驟1接收計劃發電任務功率Pplan(t),其中，Pplan(t)表示在t時刻，光儲聯合系統總輸出功率目標值。光儲聯合系統總的輸出功率不能超過此輸出功率目標值。

步驟2光伏電站輸出功率目標值的處理工作。預處理包括取最大值與餘量增加兩部分。

為了給光伏監控模塊一個合適的光伏發電目標值，取上一時刻t-△t的光伏電站輸出功率值與當前t時刻光儲聯合系統輸出功率計劃值Pplan(t)的最大值來作為目標值的選取基準值。同時設定一個餘量γ(γ>0)，將γ與基準值的和作為光伏電站輸出功率的目標值發送給光伏監控模塊。

步驟3光伏監控模塊接收光伏電站輸出功率目標值，控制光伏發電組件發電，並返回光伏電站發電功率信息。

步驟4通過本專利控制方法，計算光伏監控模塊與儲能監控模塊各自輸出功率命令值，並將命令值分別發送給光伏監控模塊和儲能監控模塊，控制光伏發電系統和儲能系統完成光儲聯合系統輸出功率控制工作。

圖2示出了一種提升大規模光儲聯合系統發電量的控制方法流程圖。該控制方法針對光伏發電系統、儲能系統、光儲聯合系統輸出功率計劃值之間功率信息，進行多次判斷分離分解成多種不同情況。給出了不同情況下的光伏電站和儲能系統各自輸出功率的值。具體判斷方法如下：

第一次判斷：光伏監控模塊返回的光伏發電系統輸出功率Ppv(t)與光儲聯合系統輸出功率計劃值Pplan(t)的大小。具體分兩種情景進行說明：

情景1Pplan(t)≥Ppv(t)光儲聯合系統中光伏發電系統按照當前時刻發電功率PPV(t)發電，即光伏監控模塊輸出功率命令值不變。

第二次判斷，儲能監控模塊根據當前時刻荷電狀態(SOC)狀態進行功率控制。若儲能系統SOC值達到儲能系統SOC下限值SOClow值，則控制儲能系統輸出功率為0，即Pbess(t)為0；若儲能系統SOC值大於SOClow，則儲能系統輸出功率值遵從輸出功率目標函數，最大功率輸出，具體的：

若Pdislimit(t)+Ppv(t)≥Pplan(t)：儲能系統輸出功率 Pbess(t)＝Pplan(t)-Ppv(t)

若Pdislimit(t)+Ppv(t)＜Pplan(t)：儲能系統輸出功率 Pbess(t)＝Pdislimit(t)

Pdislimit(t)＝α*SOC(t)Pdismax

情景2 Pplan(t)＜Ppv(t)

第二次判斷，判斷修正後儲能系統最大充電功率與光伏電站發電功率的和，與光儲聯合系統計劃輸出功率值的關係。

若Ppv(t)-|Pchlimit(t)|＜Pplan(t)，光伏監控模塊輸出功率命令值不變。光伏電站輸出功率超過光儲聯合系統計劃輸出功率部分給儲能系統充電，即儲能監控模塊輸出功率命令值：

Pbess(t)＝Pplan(t)-Ppv(t)

若Ppv(t)-|Pchlimit(t)|≥Pplan(t)，儲能監控模塊輸出功率命令值為：

Pbess(t)＝Pchlimit(t)

Pchlimit(t)＝β(1-SOC(t))Pchmax

光伏監控模塊輸出功率命令值為：

Ppv(t)＝Pplan(t)-Pbess(t)

圖3為光儲聯合系統控制系統示意圖。根據光儲聯合系統中光伏發電組件和儲能系統，建立對應的光伏監控模塊和儲能監控模塊。其中，上層調度中心主要負責下發光儲聯合系統輸出功率計劃值。具體的：

(1)光伏監控模塊與儲能監控模塊可進行信息交互；

(2)光儲聯合能量管理模塊能夠分別與光伏監控模塊和儲能監控模塊進行信息的交互，由光儲能量管理模塊確定光伏發電系統輸出功率，以及儲能系統充放電功率，實現對整個光儲聯合系統的協調控制與能量管理，提高光伏發電量；

(3)通過光儲聯合能量管理模塊，將整個光儲聯合系統的所有信息傳輸至上層調度中心。

(4)儲能系統輸出功率指令以及光伏發電系統輸出功率指令，都由光儲聯合能量管理系統計算。

(5)圖中兩個紅線表示，雙網連接，主備冗餘，增強系統的安全性與穩定性。

上述控制方法以及系統目前已應用於中國首座商業化光儲電站—格爾木時代新能源50MWp併網光伏電站+15MW/18MWh電池儲能聯合發電系統，運行效果好，取得顯著經濟效益和社會效益。

最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。