一种用水电和储能平抑风光功率波动的控制方法

摘要

本发明涉及一种用水电和储能平抑风光功率波动的控制方法，属于新能源发电中的控制技术领域。该方法待控制的分布式发电系统包括风电、水电、光伏发电、储能四个子系统,该方法包括：采集系统需要输入电网的功率指令值、风电出力和光伏发电出力。然后，将采集到的信息依次进行功率分配、限幅配合、功率修正处理，得到水电和储能的出力指令。最后，将得到的水电和储能的实际输出功率与风电和光伏发电的输出功率加和，即可得到整个发电系统输入到大电网的功率。本发明提出的控制方法，可以实现用低成本的水电和储能平抑新能源电源的功率波动，而且能够维持系统安全稳定运行。

主权项

一种用水电和储能平抑风光功率波动的控制方法，该方法待控制的分布式发电系统包括风电、水电、光伏发电、储能四个子系统,各子系统均通过开关和变压器与电网相连；其特征在于，该方法包括如下步骤：1)采集该分布式发电系统输入电网有功功率的指令值P_plan，风电子系统输出的有功功率值P_W，光伏发电子系统输出的有功功率值P_S，然后计算风电子系统、光伏发电子系统输出的功率总和P_WS及水电子系统和储能子系统需要补偿的功率P_comp如式(1)所示：P_WS＝P_W+P_S (1)P_comp＝P_plan‑P_WS2)功率分配：将需要补偿的功率P_comp，进行一阶低通滤波，得到的低频信号作为水电子系统出力的参考指令P_Href，和得到的高频信号作为储能子系统出力的参考指令P_Bref，如式(2)所示：$P_{\mathrm{Href}}=P_{\mathrm{comp}}\frac{1}{1+T_{s}s}$P_Bref＝P_comp‑P_Href (2)式(2)中T_s是低通滤波的时间常数，取值范围为5‑20；s是拉普拉斯算子；3)限幅配合：先将水电子系统的参考出力指令进行限幅，限幅区间为0到水电子系统的额定功率，再用水电子系统和储能子系统需要补偿的功率P_comp减去经限幅后的水电子系统的参考出力指令得到储能子系统的参考出力指令；对储能子系统的参考出力指令经过一次限幅，限幅区间为储能子系统充电的最大值到放电的最大值之间；再将水电子系统和储能子系统需要补偿的功率P_comp减去储能子系统限幅后的参考出力指令，然后送到水电子系统中进行限幅，得到限幅配合后的水电子系统和储能子系统的参考出力指令分别为P_H和P_B；4)功率修正：将经过限幅配合的水电子系统和储能子系统的出力指令P_H和P_B进行功率修正，根据储能子系统的剩余电量情况及储能子系统的参考出力指令P_B调节水电子系统和储能子系统的出力；定义t时刻储能子系统的荷电状态(SOC)为：$S\left(t\right)=\frac{Q\left(t\right)}{Q}\times 100\%---\left(3\right)$式(3)中Q(t)是储能子系统在t时刻的剩余电量，Q为储能子系统可储存的总电量。设定储能子系统的SOC上限为S_max，下限为S_min，上限警戒值为S_high，下限警戒值S_low，储能子系统最大充放电功率为P_Be；当储能子系统SOC超出上下限警戒值时进行储能子系统和水电子系统的功率修正，而当储能子系统SOC在上下限警戒值之间时不进行功率修正；功率修正包括以下两种情况:4‑1)当S_min≤S(t)≤S_low时，功率修正情况如式(4)所示：$P_{\mathrm{Border}}\left(t\right)=P_B\left(t\right)-\frac{S_{\mathrm{low}}-S\left(t\right)}{S_{\mathrm{low}}-S_{\min }}{P}_{\mathrm{Be}}$$P_{\mathrm{Horder}}\left(t\right)=P_H\left(t\right)+\frac{S_{\mathrm{low}}-S\left(t\right)}{S_{\mathrm{low}}-S_{\min }}{P}_{\mathrm{Be}}---\left(4\right)$式中P_Border(t)和P_Horder(t)分别为t时刻经过功率修正后输入实际储能子系统和水电子系统的出力指令；P_B(t)和P_H(t)分别为t时刻经过限幅配合输入到功率修正的环节中的储能子系统和水电子系统的出力指令；S(t)为t时刻储能子系统的SOC；4‑2)当S_high≤S(t)≤S_max时，功率修正情况如式(5)所示：$P_{\mathrm{Border}}\left(t\right)=P_B\left(t\right)-\frac{S_{\mathrm{high}}-S\left(t\right)}{S_{\max }-S_{\mathrm{high}}}{P}_{\mathrm{Be}}$$P_{\mathrm{Horder}}\left(t\right)=P_H\left(t\right)+\frac{S_{\mathrm{high}}-S\left(t\right)}{S_{\max }-S_{\mathrm{high}}}{P}_{\mathrm{Be}}---\left(5\right)$式(5)中的符号含义与式(4)中符号含义相同；5)将水电子系统和储能子系统的出力指令值P_Border(t)和P_Horder(t)分别输入到实际的水电子系统和储能子系统中，实际的水电子系统和储能子系统将依据输入步骤4)得到的指令值进行出力，从而得到水电子系统和储能子系统的实际输出功率；6)将每一时刻水电子系统和储能子系统的实际输出功率与风电子系统和光伏发电子系统的输出功率相加，即可达到整个系统的并网功率波动平抑后的效果。