一种风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法技术方案

本发明专利技术涉及一种风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法，包括：模式选择、协调优化和控制方式等内容，通过风光储发电系统的运行状态选择风光储发电系统的运行模式，建立与运行模式对应的预测模型和滚动优化模型，采用滚动优化的方法，在每一个控制时域内获得最优控制序列，并由控制部分执行最优控制序列，实现对风光储发电系统输出功率的优化调节。具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。

A method of energy coordination in the process of black start of wind power storage system

【技术实现步骤摘要】
一种风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法
本专利技术涉及电网黑启动
，是一种风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法。
技术介绍
黑启动是指整个系统因故障停电后，在不依赖外界帮助的情况下，以系统中具有自启动能力的机组带动无自启动能力的机组，逐渐恢复系统停机的机组，最终实现整个系统供电恢复。现有的风电场和光伏电站参与黑启动过程中，由于风电场和光伏电站输出功率的随机性和不确定性，以及黑启动负荷的分批投入，使储能一直处在深度充放电状态，甚至出现过充过放问题，导致风光储发电系统黑启动失败，因此风光储发电系统黑启动过程中的能量协调优化对提高局域电网恢复效率有着重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术的不足，着力解决由于风电、光伏发电的波动性和大功率负荷的分批投入使黑启动过程中储能一直处于深度充放电状态，甚至出现过充电和/或过放电导致黑启动失败的问题，同时，能够减少光伏功率预测导致的负荷功率与实际负荷功率的误差，科学合理，适用性强，效果佳的风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法。为实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法，包括：通过风光储发电系统的运行状态选择风光储发电系统的运行模式，建立与运行模式对应的预测模型和滚动优化模型，采用滚动优化的方法，在每一个控制时域内获得最优控制序列，并由控制部分执行最优控制序列，实现对风光储发电系统输出功率的优化调节，具体内容为：/n1)模式选择/n通过评估黑启动时段的风电场输出功率，光伏电站输出功率和风电厂光伏电站联合输出功率的执行概率倾度，确定风光储发电系统的光储运行模式、风储运行模式和风光储运行模式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种风光储发电系统黑启动过程中的能量协调方法，包括：通过风光储发电系统的运行状态选择风光储发电系统的运行模式，建立与运行模式对应的预测模型和滚动优化模型，采用滚动优化的方法，在每一个控制时域内获得最优控制序列，并由控制部分执行最优控制序列，实现对风光储发电系统输出功率的优化调节，具体内容为：
1)模式选择
通过评估黑启动时段的风电场输出功率，光伏电站输出功率和风电厂光伏电站联合输出功率的执行概率倾度，确定风光储发电系统的光储运行模式、风储运行模式和风光储运行模式为：



式中：PPV为光伏电站输出功率；PB为储能充放电功率；PW为风电场输出功率；Pload为负荷功率；ηPV、ηW和ηPVW分别为光储运行模式、风储运行模式和风光储运行模式的执行概率倾度；
2)协调优化
在确定风光储发电系统的运行模式后，基于模型预测控制设计协调优化层，所述协调优化层主要负责风光储黑启动过程中能量和功率的协调优化，通过控制风机、光伏单元的数量和储能的充放电功率，从而控制各个电源的输出功率，
①预测模型
光储运行模式、风储运行模式和风光储运行模式下的风光储联合发电系统的功率平衡方程为：



式中：Pload为负荷功率；PPV为光伏电站的输出功率；PW为风电场的输出功率；PB为储能的充放电功率；
通过控制风机和光伏单元的数量，控制风电场和光伏电站的输出功率，光伏电站和风电场的控制过程表示为：



式中：NPV(k)和NW(k)为k时刻光伏单元和风机的数量，ΔNPV(k)和ΔNW(k)为k时刻光伏单元和风机的数量变化值；NPV(k+1|k)和NW(k+1|k)表示在k时刻预测k+1时刻的光伏单元和风机的数量；
结合式(3)可知光伏电站和风电场输出功率的变化值为：



式中：PPV(k)为k时刻光伏电站的实测输出功率；PW(k)为k时刻风电场的实测输出功率；PPVN(k)和PWN(k)为由超短期功率预测得出的光伏单元输出功率和风机输出功率；ΔNPV(k)和ΔNW(k)为k时刻光伏单元和风机的数量变化值；PPV(k+1|k)和PW(k+1|k)表示在k时刻预测k+1时刻的光伏电站输出功率和风电场输出功率；
同时，式(2)和式(4)能够转换为离散形式的状态空间模型为：



式中，状态方程矩阵为



式中：x(k)是系统的状态变量，由储能的充放电功率PB、光伏电站的输出功率PPV和风电场的输出功率PW组成；u(k)是系统的控制变量，由光伏单元和风机的数量变化值ΔNPV(k)和ΔNW(k)；r(k)表示系统的扰动量，由负荷功率Pload组成；y(k)表示系统的输出量，即储能的充放电功率PB；A、B1、B2、C、D1、D2为系数矩阵；在光储运行模式，风储运行模式，风光储运行模式下，D1、D2始终为零矩阵；
光储运行模式下的矩阵A、B1、B2、C为：



风储运行模式下的矩阵A、B1、B2、C为：



风光储运行模式下的矩阵A、B1、B2、C为：



②滚动优化模型
考虑风光储发电系统的波动性和储能的荷电状态，在不同的运行模式下，进一步构建风光储发电系统的滚动优化模型，所述风光储发电系统的滚动优化模型的主要目标是降低储能充放电深度，防止储能过充电和/或过放电，同时减小风电和光伏输出功率的波动性，结合预测模型在每一个控制时域内，求解控制变量储能的充放电功率PB、光伏单元的数量变化值ΔNPV和风机的数量变化值ΔNW，即转换为有限时域内的静态优化问题，结合风光储发电系统的光储运行模式、风储运行模式和风光储运行模式，分别建立不同运行模式下的优化目标函数；
在光储运行模式下，在黑启动过程中，先通过控制光伏单元数量的方式缩小源荷之间的差值，以减小储能的充放电深度，防止储能出现过充电和/或过放电现象，因此，优化控制目标为控制时域内各时刻光伏电站输出功率和负荷功率的方差之和最小，目标函数JPV1为：



式中：Pload(k)为k时刻负荷功率；JPV1为光储模式下控制时域内各时刻光伏电站输出功率和负荷功率的方差之和最小值；ΔNPV(k)为k时刻光伏单元的数量变化值；PPV(k)为k时刻光伏电站的实测输出功率；PPVN(k)为k时刻由超短期功率预测得出的光伏单元输出功率；M为控制时域；
储能的荷电状态SOC为储能的当前电量和额定容量的比值，储能电量的变换过程表示为：
EB(k+1|k)＝EB(k)-ηΔTBPB(k)(11)
式中：EB(k)为k时刻的储能电量；η为储能的转换效率；ΔTB为功率到电量的转换系数；EB(k+1|k)表示在k时刻预测k+1时刻的储能电量；PB(k)为k时刻储能的充放电功率；
储能作为辅助黑启动电源，从储能自身角度，避免过充电和/或过放电是影响光储黑启动完成的重要因素，从控制角度将储能电量控制在理想值附近，有利于光储黑启动的安全、顺利进行；因此，优化控制目标为控制时域内各时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军徽，尤宏飞，侯涛，李翠萍，张世宁，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22