一种风光互补发电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种风光互补发电系统，采用全新设计架构，将光伏发电环节嵌入风力发电环节当中，能够平抑系统输出功率波动和调节微电网内负荷，有效提高发电系统的工作效率；本发明专利技术还涉及风光互补发电系统的控制方法，包括平抑功率波动和调节网内负荷的联合控制方法，将功率预测技术和低通滤波器原理相结合，利用预测技术的前瞻性，提前预测未来24小时内的系统发电功率，由于风力和太阳辐射的不确定性和波动性，风光互补系统的实际发电功率存在大量的高频分量，并且由于预测值很接近实际值，将预测值经过低通滤波器，滤去高频量，经过处理后的预测值作为系统输出功率的参考值，可有效的平抑系统发电功率波动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风光互补发电系统及控制方法，属于发电系统

技术介绍
随着世界经济的迅猛发展，我国的经济发展水平持续提高，发展速度不断加快，能源消耗量也持续加大，使得我国现在以及未来的很长一段时间内都在面临能源和环境的双重危机。如今，国家和人民都意识到发展风电，光伏发电等可再生的清洁能源是走出危机的根本之道。但是风能和太阳能都有随机性和间歇性的特点，单独使用风能或则太阳能，这些能量转化为电能后接入电网会给电网造成很大的冲击，为此，根据太阳能和风能在时间上的互补性，构建风光互补发电系统，减少系统发电功率的长期波动，但是风能和太阳能发电的短期波动仍然存在，这是我们保证新能源安全并网必须要解决的问题，同时在我国主网调度中，调峰是很重要的部分，必须要保证用户的用电质量，所以调峰一直是电网需要重视并且不断优化的问题。近年来，许多学者将储能引入风光互补系统中，对系统内能量进行可控管理。当电力系统中引入储能环节后，需求侧的管理可得到有效地实现，昼夜峰谷差也将进一步减小，从而平滑负荷曲线。尤其是在新能源技术快速发展的大背景下，储能用于风力发电、太阳能发电等新能源发电，可有效解决新能源发电自身出力的随机性、不可控等问题。当前，用于平滑风光互补系统中的功率波动，主要有两类方案：一是采用低通滤波器原理，将系统发出的功率经滤波后的值作为参考值，与实际发电功率进行比较，然后控制储能系统吸收和放出电能，使得实际输出功率值跟随参考值。另一类是利用功率预测技术，对系统的风力发电功率和光伏发电功率进行预测，并且将预测值作为系统输出功率的参考值，同样利用储能来平滑输出功率波动。采用低通滤波器原理的这类方案主要是控制原理比较简单，将输出功率直接经低通滤波器得到功率参考值，如若不考虑电池荷电状态，容易使得电池过充过放，降低其使用寿命，若考虑电池的荷电状态，根据荷电状态不断调节低通滤波的时间常数，往往方法比较复杂，且计算量比较大。而利用预测技术的特点则是根据预测值对系统能量可提前做出调整，控制效果要好的多，但是最大程度上接近实际发电功率的预测值并不一定满足电网对风光互补功率波动的要求，若直接将此值作为整定的参考值，虽可提前计划，平抑效果也有所降低。对于调峰问题，国家主要采用的就是增加发电备用容量以应对公共电网负荷高峰压力，这些备用一般由水力发电承担，需要在负荷低谷时从电网吸收能量，吸水蓄能，在负荷高峰的时候放水发电，向电网放出能量，虽然也很有效，但这些备用装置大部分时间是不工作的，有效利用率很低，严重的浪费了资源。因此如何充分利用新能源，在降低系统发电功率波动的同时对电网调峰做出贡献，缓解电网压力是我们日后需要努力的方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种将光伏发电环节嵌入风力发电环节当中，能够平抑系统输出功率波动和调节微电网内负荷的风光互补发电系统。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种风光互补发电系统，包括双馈风力发电机、背靠背变流器和升压变压器，双馈风力发电机依次串联背靠背变流器、升压变压器与外电网输入端相连，背靠背变流器包括机侧变流器、网侧变流器，以及与机侧变流器、网侧变流器相并联的电容；还包括光伏电池板和Boost升压变换器，光伏电池板经Boost升压变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括超级电容储能装置、控制模块，以及分别与控制模块相连接的第一Buck-boost双向DC/DC变换器、电压检测装置、电流检测装置、低通滤波器；其中，超级电容储能装置经第一Buck-boost双向DC/DC变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联；电压检测装置的检测端和电流检测装置的检测端分别与所述网测变流器面向升压变压器一侧的并网结点相连接。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括电池储能装置、第二Buck-boost双向DC/DC变换器、并网控制器和并网开关；其中，电池储能装置经第二Buck-boost双向DC/DC变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联；所述控制模块分别与第二Buck-boost双向DC/DC变换器、并网控制器相连接，同时，并网控制器与并网开关相连接，并网开关设置在所述电压检测装置、电流检测装置所连并网结点与所述升压变压器之间，并网开关用于控制该并网结点与升压变压器之间电路的通断。本专利技术所述一种风光互补发电系统采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所设计的风光互补发电系统，采用全新设计架构，将光伏发电环节嵌入风力发电环节当中，能够平抑系统输出功率波动和调节微电网内负荷，有效提高发电系统的工作效率。与此相应，本专利技术所要解决的技术问题是基于本专利技术所设计的风光互补发电系统，提供一种能够平抑系统输出功率波动和调节微电网内负荷，有效提高发电工作效率的风光互补发电系统控制方法。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种风光互补发电系统的控制方法，包括平滑功率波动控制方法，包括如下步骤：步骤a01.根据风光互补发电系统的发电功率历史数据获得发电功率预测值，然后进入步骤a02；步骤a02.将发电功率预测值经所述低通滤波器获得发电功率参考值，并将发电功率参考值发送至所述控制模块当中，然后进入步骤a03；步骤a03.通过所述电压检测装置、电流检测装置分别实时获得其所连并网节点位置的电压值、电流值，并实时将所获电压值、电流值发送至控制模块当中，然后进入步骤a04；步骤a04.控制模块根据实时所接收到的电压值、电流值，实时获得实际发电功率值，并针对实际发电功率值与发电功率参考值进行实时判断，实时作出相应操作，其中，若实际发电功率值大于发电功率参考值，则进入步骤a05；若实际发电功率值小于发电功率参考值，则进入步骤a06；若实际发电功率值等于发电功率参考值，则不做任何进一步操作；步骤a05.控制模块向与之相连的第一Buck-boost双向DC/DC变换器发送控制指令，控制超级电容储能装置经第一Buck-boost双向DC/DC变换器，由所述背靠背变流器中的直流环节取电进行充电操作，实现平滑功率波动控制；步骤a06.控制模块向与之相连的第一Buck-boost双向DC/DC变换器发送控制指令，控制超级电容储能装置经第一Buck-boost双向DC/DC变换器，向所述背靠背变流器中的直流环节进行放电操作，实现平滑功率波动控制。作为本专利技术的一种优选技术方案，还包括内网调节控制方法，包括如下步骤：步骤b01.根据风光互补发电系统内网的负荷功率历史数据，获得风光互补发电系统内网日前24小时内的负荷功率预测曲线，并发送至控制模块当中；同时，将日前24小时内发电功率预测值经所述低通滤波器，获得日前24小时内发电功率参考值，进而获得日前24小时内发电功率参考值曲线，并将日前24小时内发电功率参考值曲线发送至所述控制模块当中；然后进入步骤b02；步骤b02.控制模块以所获内网负荷功率预测曲线与发电功率参考值曲线之差作为被积函数，以日前24小时内，由0时开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风光互补发电系统，包括双馈风力发电机、背靠背变流器和升压变压器，双馈风力发电机依次串联背靠背变流器、升压变压器与外电网输入端相连，背靠背变流器包括机侧变流器、网侧变流器，以及与机侧变流器、网侧变流器相并联的电容；其特征在于：还包括光伏电池板和Boost升压变换器，光伏电池板经Boost升压变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联。

【技术特征摘要】
1.一种风光互补发电系统，包括双馈风力发电机、背靠背变流器和升压变压器，双馈风力发电机依次串联背靠背变流器、升压变压器与外电网输入端相连，背靠背变流器包括机侧变流器、网侧变流器，以及与机侧变流器、网侧变流器相并联的电容；其特征在于：还包括光伏电池板和Boost升压变换器，光伏电池板经Boost升压变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联。
2.根据权利要求1所述一种风光互补发电系统，其特征在于：还包括超级电容储能装置、控制模块，以及分别与控制模块相连接的第一Buck-boost双向DC/DC变换器、电压检测装置、电流检测装置、低通滤波器；其中，超级电容储能装置经第一Buck-boost双向DC/DC变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联；电压检测装置的检测端和电流检测装置的检测端分别与所述网测变流器面向升压变压器一侧的并网结点相连接。
3.根据权利要求2所述一种风光互补发电系统，其特征在于：还包括电池储能装置、第二Buck-boost双向DC/DC变换器、并网控制器和并网开关；其中，电池储能装置经第二Buck-boost双向DC/DC变换器与背靠背变流器中的直流环节相并联；所述控制模块分别与第二Buck-boost双向DC/DC变换器、并网控制器相连接，同时，并网控制器与并网开关相连接，并网开关设置在所述电压检测装置、电流检测装置所连并网结点与所述升压变压器之间，并网开关用于控制该并网结点与升压变压器之间电路的通断。
4.一种基于权利要求3所述一种风光互补发电系统的控制方法，其特征在于，包括平滑功率波动控制方法，包括如下步骤：
步骤a01.根据风光互补发电系统的发电功率历史数据获得发电功率预测值，然后进入步骤a02；
步骤a02.将发电功率预测值经所述低通滤波器获得发电功率参考值，并将发电功率参考值发送至所述控制模块当中，然后进入步骤a03；
步骤a03.通过所述电压检测装置、电流检测装置分别实时获得其所连并网节点位置的电压值、电流值，并实时将所获电压值、电流值发送至控制模块当中，然后进入步骤a04；
步骤a04.控制模块根据实时所接收到的电压值、电流值，实时获得实际发电功率值，并针对实际发电功率值与发电功率参考值进行实时判断，实时作出相应操作，其中，若实际发电功率值大于发电功率参考值，则进入步骤a05；若实际发电功率值小于发电功率参考值，则进入步骤a06；若实际发电功率值等于发电功率参考值，则不做任何进一步操作；
步骤a05.控制模块向与之相连的第一Buck-boost双向DC/DC变换器发送控制指令，控制超级电容储能装置经第一Buck-boost双向DC/DC变换器，由所述背靠背变流器中的直流环节取电进行充电操作，实现平滑功率波动控制；
步骤a06.控制模块向与之相连的第一Buck-boost双向DC/DC变换器发送控制指令，控制超级电容储能装置经第一Buck-boost双向DC/DC变换器，向所述背靠背变流器中的直流环节进行放电操作，实现平滑功率波动控制。
5.一种基于权利要求4所述一种风光互补发电系统的控制方法，其特征在于，还包括内网调节控制方法，包括如下步骤：
步骤b01.根据风光互补发电系统内网的负荷功率历史数据，获得风光互补发电系统内网日前24小时内的负荷功率预测曲线，并发送至控制模块当中；
同时，将日前24小时内发电功率预测值经所述低通滤波器，获得日前24小时内发电功率参考值，进而获得日前24小时内发电功率参考值曲线，并将日前24小时内发电功率参考值曲线发送至所述控制模块当中；然后进入步骤b02；
步骤b02.控制模块以所获内网负荷功率预测曲线与发电功率参考值曲线之差作为被积函数，以日前24小时内，由0时开始至内网负荷功率预测曲线与实际发电功率曲线最后一次相等时所对应时间点之间的时间长度为积分周期进行积分运算，并针对积分结果进行判断，若积分结果为负，则进入步骤b03，若积分结果为正，则进入步骤b08；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾菊平，潘丽平，朱建红，郭晓丽，张新松，杨慧，徐星，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32