[发明专利]一种风光储联合并网发电协调控制方法

摘要

本发明是一种风光储联合并网发电协调控制方法，其特点是，它包括的步骤有：建立风能转换单元数学模型，风能转换单元数学模型包括风能转换单元空气动力学数学模型、风轮机与发电机的两质块轴系数学模型方程和同步旋转坐标系下双馈感应电机的电压方程；建立太阳能光伏发电单元数学模型；建立储能单元数学模型；联合并网发电协调控制，联合并网发电协调控制包括有功功率协调控制和无功功率协调控制。本发明是在科学合理的建立分析风能转换单元、太阳能光伏发电单元以及储能单元数学模型特性的基础上，充分考虑了风光资源所具有的时空互补性，进而提高了电网对新能源吸纳能力，具有适应性强，实际应用价值高，可使再生能源得到高效利用等优点。

主权项

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)