[发明专利]一种风光储联合并网发电协调控制方法

权利要求书

1.一种风光储联合并网发电协调控制方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)建立风能转换单元数学模型

(1.1)风能转换单元空气动力学数学模型为：

其中：P_M为风能转换单元从风中捕捉的能量转化成的风电机组机械功率，ρ_air为空气密度，

R为风轮机叶轮半径，

λ为叶尖速比，

β为桨距角，

C_p为叶片的风能转换效率系数，是λ与β的函数，

V_w为风速；

(1.2)风轮机与发电机的两质块轴系数学模型方程为：

其中：H_T、H_G分别为风轮机与发电机惯性常数，

K_S为轴的刚度系数，

D_T、D_G分别为风轮机转子与发电机转子的阻尼系数，

θ_S为两质块之间相对角位移，

T_M、T_E分别为风轮机机械转矩与发电机电磁转矩，

ω_T、ω_G分别为风轮机与发电机转子转速，

ω₀为同步转速；

(1.3)同步旋转坐标系下双馈感应电机的电压方程为

磁链方程为 

其中：ω_s为坐标系旋转角速度，

u、i、ψ分别为绕组的电压、电流及磁链，

R为绕组的电阻，

L_s、L_r分别为定子绕组与转子绕组的自感，

L_m为定、转子绕组之间的互感，

下标s、r分别代表电机的定子与转子，

下标d、q分别代表电机的d、q轴绕组，

s为电机的转差率；

2)建立太阳能光伏发电单元数学模型

参考条件下，考虑太阳辐射强度与环境温度变化的光伏阵列V-I方程式为

式中：

其中：V、I分别为光伏阵列端电压和端电流，

V_oc、I_sc分别为光伏组件厂家提供的开路电压与短路电流，

V_m、I_m分别为最大功率点电压与电流，

α、β分别为参考辐射强度下，电流温度变化系数与电压温度变化系数，

R_s为组件的串联电阻，

分别为光伏阵列中组件的并联数和串联数；

3)建立储能单元数学模型

蓄电池组数学模型为 

式中：

其中：SOC为蓄电池组的荷电状态，

A、B分别为电压变化系数和容量变化系数，

K为极化电压常数，

C_p为极化反应温度补偿因数，

C_R为电阻温度补偿因数，

T_b为蓄电池温度，

C_t为极化反应常数，

Q_n为蓄电池额定容量，

V_n为电池额定电压，

E₀为蓄电池初始电势，

V为蓄电池端电压，

η为蓄电池效率，

N_B-s与N_B-p分别为蓄电池串联和并联个数；

燃料电池数学模型为

其中：V_FC为燃料电池端电压，

I_FC为燃料电池端电流，

N_cell为燃料电池串联数量，

A_cell为燃料电池电极面积，

R为表面电阻， 

i_n为内部运行电流密度，

i_o为内部额定电流密度，

m与n是连接损耗常数；

4)联合并网发电协调控制

(4.1)有功功率协调控制

风光发电单元与电网负荷需求之间的有功表达式为

P_net＝P_wind+P_PV-P_load-P_sc    (8)

其中：P_net为有功功率不平衡量，

P_wind为风能转换单元有功出力，

P_PV为太阳能发电单元有功出力，

P_load为电网调度指定的有功负荷需求，

P_sc为风光储联合系统的自用电，因占发电比例较小，可忽略；

风光发电单元有功功率过剩P_net＞0时，功率平衡方程式为

P_wind+P_PV＝P_load+P_ES-in    (9)

其中：P_ES-in为储能单元吸收有功功率，即蓄电池吸收有功功率P_battery-in；

风光发电单元功率缺额P_net＜0时，功率平衡方程式为

P_wind+P_PV+P_ES-out＝P_load    (10)

式中：P_ES-out＝P_{battery_out}+P_FC

其中：P_ES-out为储能单元发出的有功功率，

P_{battery_out}为蓄电池发出的有功功率，

P_FC为燃料电池发出的有功功率，当蓄电池荷电状态η＜25％时，启动燃料电池单元；

(4.2)无功功率协调控制

风光发电单元功率因数运行范围为0.85滞后到0.85超前，正常运行时为0.98滞后，风光发电单元与电网负荷需求之间的有功表达式为

Q_net＝Q_Wind-out+Q_PV-out-Q_load    (11)

其中：Q_net为无功功率不平衡量， 

Q_{wind_out}为风能转换单元无功出力，

Q_{PV_out}为太阳能发电单元无功出力，

Q_load为电网调度指定的无功负荷需求；

风光发电单元无功功率过剩Q_net＞0且并网点电压高于其额定电压V＞V_ref时，功率平衡方程式为

Q_Wind-out+Q_PV-out＝Q_load+Q_ES-in+Q_STATCOM-in    (12)

其中：Q_ES-in为储能单元吸收的无功功率，

Q_STATCOM-in为静止同步补偿器STATCOM吸收的无功功率；

风光发电单元功率缺额Q_net＜0时，功率平衡方程式为

Q_load＝Q_Wind-out+Q_PV-out+Q_ES-out+Q_STATCOM-out    V＜V_ref    (13)

或

Q_load+Q_STATCOM-in＝Q_Wind-out+Q_PV-out+Q_ES-out     V＞V_ref    (14)

其中：Q_ES-out为储能单元发出的无功功率，

Q_STATCOM-out为静止同步补偿器STATCOM发出的无功功率；

当风光单元运行于功率因数0.98超前时，即Q_net＜0，无功功率平衡方程式

Q_Wind-in+Q_PV-in+Q_load＝Q_ES-out+Q_STATCOM-out      V＜V_ref    (15)

或

Q_Wind-in+Q_PV-in+Q_load+Q_STATCOM-in＝Q_ES-out       V＞V_ref    (16)