一种微电网系统及其控制与发电量预测方法技术方案

一种微电网系统及其控制与发电量预测方法，微电网系统包括可再生能源发电系统、储能系统、用户负荷系统、柴油机组和控制系统，用户负荷系统将负荷分为可控负荷与不可控负荷进行趋势预测，统计负荷的峰谷电量，可控负荷能够在事故状态或可再生能源出力不足时切除，储能系统用于存储出力过剩的电能以及利用电网电价的峰谷差，在低谷时段进行储能，电价的高峰时段进行放电。发电量预测时光伏发电系统根据是否具备实测数据分为两种方式计算。本发明专利技术利用可再生能源能够保证海岛及偏远地区用户的可靠用电、降低用户的用电成本、减少环境污染，根据用电负荷变化投切可控负荷，维持微电网系统的自平衡。

A Microgrid System and Its Control and Generation Prediction Method

A microgrid system and its control and power generation forecasting method include renewable energy generation system, energy storage system, user load system, diesel engine group and control system. User load system divides load into controllable load and uncontrollable load for trend forecasting, counts peak and valley power of load, and controllable load can produce power in accident state or renewable energy. When the power supply is insufficient, the energy storage system is used to store excess power and to store energy in the low valley period by utilizing the peak-valley difference of power grid price, and discharge in the peak period of power price. The photovoltaic power generation system can be calculated in two ways according to whether the measured data are available or not. The invention utilizes renewable energy to ensure reliable power consumption of users in islands and remote areas, reduce power consumption cost of users, reduce environmental pollution, switch controllable loads according to the variation of power consumption load, and maintain self-balance of micro-grid system.

【技术实现步骤摘要】
一种微电网系统及其控制与发电量预测方法
本专利技术涉及电能的供应及管理，具体涉及一种微电网系统及其控制与发电量预测方法。
技术介绍
目前，随着经济技术不断的发展，带来的大气污染、土壤流失、水资源污染等问题，给广大人民群众的健康生活带来了严重的影响。以往的大电网供电模式不灵活，会出现限风限光等现象，电网体制的改革以及终端购售电的模式都给微电网的发展带来了空间。就目前国内的微电网研究水平来看，多集中于两块内容，一个是电源管理控制装置以及控制理论基础，另一方面是从微电网电源管理、分布式电源出力平衡等方面进行研究，鲜有从整个微电网甚至区域能源互联网高度对发电、输配电、用户侧整个系统进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种微电网系统及其控制与发电量预测方法，适于海岛及偏远地区的用电方式设计，或者用于工业园区微电网系统的建立。为了实现上述目的，本专利技术微电网系统采用的技术方案为：包括可再生能源发电系统、储能系统、用户负荷系统、柴油机组以及控制系统；所述的可再生能源发电系统将可再生能源转化为电能；所述的储能系统用于存储出力过剩的电能以及利用电网电价的峰谷差，在低谷时段进行储能，电价的高峰时段进行放电；所述的用户负荷系统将负荷分为可控负荷与不可控负荷进行趋势预测，统计负荷的峰谷电量，其中，可控负荷能够在事故状态或可再生能源出力不足时切除；所述的柴油机组作为备用电源来保证系统的稳定性；所述的控制系统包括依次设置的数据采集器、控制器以及能源管理系统，所述的数据采集器采集用户侧负荷及可再生能源发电系统的运行数据，控制器一方面将数据采集器采集到的运行数据发送至能源管理系统，另一方面接收能源管理系统下发给用户侧负荷及可再生能源发电系统的命令，最后通过能源管理系统完成数据分析和趋势预测。可再生能源发电系统包括光伏发电系统和风力发电系统；光伏发电系统包括屋顶分布式光伏系统及地面光伏系统；屋顶分布式光伏系统采用沿屋面铺设的方式，安装倾角θ等于铺设建筑物屋面的倾角；地面光伏系统按如下方式进行设置：首先确定光伏组件表面接收到辐照度最大时组件的安装倾角θ1，其次计算在光伏组件安装倾角θ1下的南北间安装间距s，此安装间距应保证在当地的太阳真时下，光伏组件在上午9：00至下午3:00之前不产生阴影遮挡，计算光伏组件南北间距：光伏组件的安装倾角为θ1，组件在支架上的斜面长度为L，微电网系统所在地的纬度为ψ，冬至日时的赤纬角δ为-23.45°，上午9:00对应的时角ω为45°；由几何公式推导整理得光伏组件的安装间距s：在间距s下计算光伏组件的发电量最大值对应的安装倾角θ；对两种模式的光伏系统，光伏组件均采取朝南布置，取0°，结合设计间距s确定光伏系统的安装容量P。优选的，所述的可控负荷与不可控负荷通过对项目所在地的负荷数据以及配电系统基础数据进行分析得到，在微电网系统出力不足时控制可控负荷达到自平衡；对不可控负荷按其负荷等级进行配电，并设置备用电源。根据项目所在地的可再生能源风、光，配置可再生能源发电系统的装机容量，预测光伏系统及风电系统的发电量。根据可再生能源发电系统供负荷使用后的剩余电量、用户峰值时段的用电量及电网峰谷差时段计算储能系统的容量。储能系统的总容量按如下公式进行计算：PBA＝PBA1+PBA2，式中PBA1为按可再生能源发电系统供负荷使用后剩余电量所计算的储能系统装机容量，PBA2为结合峰值时刻用电需求按峰谷差价计算的储能系统蓄电池容量；储能电池在充放电时会有损失，储能电池系统的循环效率按85％进行考虑，PBA.t＝0.8×(PPV+PWP-PL)，对全年的PBA.t进行积分，求出储能系统的装机容量PBA1；储能系统蓄电池容量的计算公式为：式中的K为可靠系数，取1.1；η为蓄电池循环效率；DOD为蓄电池放电深度，深度循环时取80％；α为蓄电池温度系数，当1<电池放电率<10时取0.008。本专利技术微电网系统的控制方法，包括以下步骤：当可再生能源发电系统的输出功率PPV+PWP大于用户侧负荷需求PL时，光伏发电系统工作在最大跟踪模式，储能系统充电，电网不向负荷侧供电；当储能电池充电完成，PPV+PWP仍大于PL时，启动保护，使可再生能源系统工作在限功率模式下；当可再生能源发电系统的输出功率PPV+PWP小于用户侧负荷需求PL时，光伏发电系统工作在最大跟踪模式，储能系统放电，如果仍无法满足负荷需求，电网向负荷侧供电。本专利技术微电网系统的发电量预测方法，光伏发电系统与风力发电系统分别预测，光伏发电系统根据是否具备实测数据分为两种方式计算；风力发电系统根据风资源评估确定风机点位，利用格林威中尺度数据，结合风力发电系统运行中的衰减，计算风力发电系统的发电量；光伏发电系统的发电量预测方式如下：a)有实测光资源数据：实测项目所在地的光资源，获得项目所在地的辐照度数据；确定光伏组件的安装倾角，计算倾斜面上的年辐射量；确定光伏发电系统的效率K值，带入公式计算年发电量；其中，HA为水平面太阳能年总辐照量，kW·h/m2；EPV为上网发电量，kW·h；P为系统安装容量，kW；Hs标准条件下的辐照度，常数1kW·h/m2；K为光伏系统的综合效率系数；b)无实测光资源数据：步骤1：根据项目所在地的经纬度、海拔、时区信息，利用NASA、Meteonorm、SolarGIS气象数据源，导入项目所在地的太阳能月度辐照数据；步骤2：将步骤1中所获得的太阳能月度辐照数据转换为小时辐照度数据，获得项目所在地的水平面辐照度数据、斜面辐照度数据、当地月平均气温和风速；步骤3：利用上述步骤所得到的光资源数据，作为光伏电站的气象数据，完成光伏电场光资源的分析、评价以及发电量的计算。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：由于电力负荷是随时间不断变化的，具有不确定性、时间性及条件性等特点，本专利技术采用负荷密度预测的方法，对微电网系统所在地区未来5～10年的负荷发展趋势进行预测。由于用户负荷的用电的峰值电价时段与可再生能源的发电时段不对应，当用户用电的峰值电价时段用电功率大于可再生能源发电系统的出力时，将由电网系统进行供电，此时的电价处于高峰时段，会使用户的用成本偏高，为降低成本，本专利技术采用削峰填谷的方式，配置储能系统，在电网电价的低谷时段，对储能系统充电，当用户用电的峰值电价时段，用电功率大于可再生能源发电系统的出力时不由系统供电，而选择由储能系统进行放电，满足用户的用电需求，利用峰谷差价来降低用电成本。本专利技术利用可再生能源能够保证海岛及偏远地区用户的可靠用电、降低用户的用电成本、减少环境污染，根据用电负荷变化投切可控负荷，保证重要负荷的供电，维持微电网系统的自平衡。附图说明图1本专利技术微电网系统的整体结构框图；图2本专利技术微电网系统的设计流程图；图3本专利技术光资源分析流程图；图4本专利技术的控制方法流程图；图中：1-可再生能源发电系统；2-储能系统；3-用户负荷系统；4-柴油机组；5-控制系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术设计的微电网系统包含可再生能源发电系统1、储能系统2、用户负荷系统3、柴油机组4及控制系统5。对微电网系统所在地的可再生能源进行分析，设计微电网系统光伏发电系统及风力发电系统的容量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电网系统，其特征在于：包括可再生能源发电系统(1)、储能系统(2)、用户负荷系统(3)、柴油机组(4)以及控制系统(5)；所述的可再生能源发电系统(1)将可再生能源转化为电能；所述的储能系统(2)用于存储出力过剩的电能以及利用电网电价的峰谷差，在低谷时段进行储能，电价的高峰时段进行放电；所述的用户负荷系统(3)将负荷分为可控负荷与不可控负荷进行趋势预测，统计负荷的峰谷电量，其中，可控负荷能够在事故状态或可再生能源出力不足时切除；所述的柴油机组(4)作为备用电源来保证系统的稳定性；所述的控制系统(5)包括依次设置的数据采集器、控制器以及能源管理系统，所述的数据采集器采集用户侧负荷及可再生能源发电系统(1)的运行数据，控制器一方面将数据采集器采集到的运行数据发送至能源管理系统，另一方面接收能源管理系统下发给用户侧负荷及可再生能源发电系统(1)的命令，最后通过能源管理系统完成数据分析和趋势预测。

【技术特征摘要】
1.一种微电网系统，其特征在于：包括可再生能源发电系统(1)、储能系统(2)、用户负荷系统(3)、柴油机组(4)以及控制系统(5)；所述的可再生能源发电系统(1)将可再生能源转化为电能；所述的储能系统(2)用于存储出力过剩的电能以及利用电网电价的峰谷差，在低谷时段进行储能，电价的高峰时段进行放电；所述的用户负荷系统(3)将负荷分为可控负荷与不可控负荷进行趋势预测，统计负荷的峰谷电量，其中，可控负荷能够在事故状态或可再生能源出力不足时切除；所述的柴油机组(4)作为备用电源来保证系统的稳定性；所述的控制系统(5)包括依次设置的数据采集器、控制器以及能源管理系统，所述的数据采集器采集用户侧负荷及可再生能源发电系统(1)的运行数据，控制器一方面将数据采集器采集到的运行数据发送至能源管理系统，另一方面接收能源管理系统下发给用户侧负荷及可再生能源发电系统(1)的命令，最后通过能源管理系统完成数据分析和趋势预测。2.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：所述的可控负荷与不可控负荷通过对项目所在地的负荷数据以及配电系统基础数据进行分析得到，在微电网系统出力不足时控制可控负荷达到自平衡；对不可控负荷按其负荷等级进行配电，并设置备用电源。3.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：可再生能源发电系统(1)包括光伏发电系统和风力发电系统；光伏发电系统包括屋顶分布式光伏系统及地面光伏系统；屋顶分布式光伏系统采用沿屋面铺设的方式，安装倾角θ等于铺设建筑物屋面的倾角；地面光伏系统按照如下方式进行设置：首先确定光伏组件表面接收到辐照度最大时组件的安装倾角θ1，其次计算在光伏组件安装倾角θ1下的南北间安装间距s，此安装间距应保证在当地的太阳真时下，光伏组件在上午9：00至下午3:00之前不产生阴影遮挡，计算光伏组件南北间距：光伏组件的安装倾角为θ1，组件在支架上的斜面长度为L，微电网系统所在地的纬度为ψ，冬至日时的赤纬角δ为-23.45°，上午9:00对应的时角ω为45°；由几何公式推导整理得光伏组件的安装间距s：在间距s下计算光伏组件的发电量最大值对应的安装倾角θ；对两种模式的光伏系统，光伏组件均采取朝南布置，取0°，结合设计间距s确定光伏系统的安装容量P。4.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：根据项目所在地的可再生能源风、光，配置可再生能源发电系统的装机容量，预测光伏系统及风电系统的发电量。5.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于：根据可再生能源发电系统(1)供负荷使用后的剩余电量、用户峰值时段的用电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎青，王万军，常超，周振平，黄新生，陈志彤，殷雪峰，郭勤文，
申请(专利权)人：西安特变电工电力设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61