本發(fā)明涉及新能源發(fā)電領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

與廣泛使用的常規(guī)能源(如煤、石油、天然氣、水能等)相比，新能源在自然界中可以不斷再生并有規(guī)律地得到補充或重復(fù)利用，且新能源在消耗后不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生污染物。但新能源發(fā)電也存在著隨機性、波動性等缺陷。隨著光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電的大力發(fā)展，新能源裝機容量日益增加。相應(yīng)地，新能源發(fā)電所帶來的隨機性和波動性問題也日益嚴(yán)重。

為解決新能源發(fā)電所帶來的隨機性和波動性問題，目前通用作法是對新能源發(fā)電系統(tǒng)采取限功率運行方案以消除波動，或者與小型火電并聯(lián)從而通過火電功率補償來抑制波動。

但由于限制運行功率后存在較大的發(fā)電量損失，火電調(diào)節(jié)速率過慢且存在環(huán)保問題，越來越多的方案傾向于并聯(lián)儲能來抑制波動?，F(xiàn)在通用的作法是儲能采集并網(wǎng)點的電流，并通過控制并網(wǎng)點的電流值使其穩(wěn)定，以達(dá)到抑制新能源發(fā)電波動的目的?；蛘?，采用集中控制的方式，通過通訊采集各個新能源發(fā)電設(shè)備的即時發(fā)電功率，計算總新能源發(fā)電量和波動功率，再通過給儲能設(shè)備下發(fā)補償功率，以達(dá)到抑制波動的目的。

然而，采集并控制并網(wǎng)點電流的方案中，需外接電流采樣裝置，而這部分設(shè)備需要額外購置且現(xiàn)場安裝不便，也不適合儲能多機并聯(lián)的場合。集中控制的方案中，由于電站設(shè)備較多、通訊較慢(一次通訊循環(huán)速率一般在秒級)，導(dǎo)致一次控制周期較長，對波動的抑制不及時，電站的輸出功率在分鐘級調(diào)控上比較穩(wěn)定但在秒級調(diào)控上仍存在很大的功率波動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述新能源發(fā)電功率波動較大的問題，提供一種抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)，所述新能源電站包括有儲能變流器、新能源發(fā)電設(shè)備、逆變器和升壓變壓器，且所述新能源發(fā)電設(shè)備經(jīng)由逆變器和升壓變壓器連接到電網(wǎng)、所述儲能變流器連接到所述升壓變壓器的輸入端，所述系統(tǒng)包括電壓采樣單元、第一計算單元、第二計算單元、補償控制單元以及第三計算單元，其中：所述電壓采樣單元，用于采樣逆變器輸出電壓；所述第一計算單元，用于根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓和當(dāng)前時刻的補償電壓計算逆變器當(dāng)前時刻的實際電壓；所述第二計算單元，用于根據(jù)逆變器前一時刻的實際電壓和當(dāng)前時刻的實際電壓計算逆變器輸出電流變化量；所述補償控制單元，用于在當(dāng)前時刻的下一時刻使儲能變流器向升壓變壓器的輸入端輸出一個與所述逆變器輸出電流變化量幅值相同、方向相反的補償電流；所述第三計算單元，用于根據(jù)所述補償電流計算逆變器下一時刻的補償電壓。

在本發(fā)明所述的抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)中，當(dāng)前時刻的實際電壓為逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓與當(dāng)前時刻的補償電壓的矢量差。

在本發(fā)明所述的抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)中，所述電壓采樣單元采用儲能變流器自帶的電壓采樣裝置，所述第一計算單元、第二計算單元、補償控制單元以及第三計算單元集成到儲能變流器。

在本發(fā)明所述的抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)中，所述新能源發(fā)電設(shè)備為光伏電池，所述逆變器為光伏逆變器；或者所述新能源發(fā)電設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電機，所述逆變器為風(fēng)力發(fā)電逆變器。

本發(fā)明還提供一種抑制新能源電站功率波動的方法，所述新能源電站包括有儲能變流器、新能源發(fā)電設(shè)備、逆變器和升壓變壓器，且所述新能源發(fā)電設(shè)備經(jīng)由逆變器和升壓變壓器連接到電網(wǎng)、所述儲能變流器連接到所述升壓變壓器的輸入端，所述方法包括以下步驟：

(a)采樣逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓，并根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓和當(dāng)前時刻的補償電壓計算逆變器當(dāng)前時刻的實際電壓；

(b)根據(jù)逆變器前一時刻的實際電壓和當(dāng)前時刻的實際電壓計算逆變器輸出電流變化量；

(c)在當(dāng)前時刻的下一時刻使儲能變流器向升壓變壓器的輸入端輸出一個與所述逆變器輸出電流變化量幅值相同、方向相反的補償電流，并根據(jù)所述補償電流計算逆變器下一時刻的補償電壓。

在本發(fā)明所述的抑制新能源電站功率波動的方法中，當(dāng)前時刻的實際電壓為逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓與當(dāng)前時刻的補償電壓的矢量差。

在本發(fā)明所述的抑制新能源電站功率波動的方法中，所述步驟(a)中，通過儲能變流器自帶的電壓采樣裝置采樣逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓。

在本發(fā)明所述的抑制新能源電站功率波動的方法中，所述新能源發(fā)電設(shè)備為光伏電池，所述逆變器為光伏逆變器；或者所述新能源發(fā)電設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電機，所述逆變器為風(fēng)力發(fā)電逆變器。

本發(fā)明的抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)及方法，根據(jù)逆變器輸出電壓變化來對逆變器輸出進(jìn)行補償，在保證調(diào)節(jié)速度的同時，能夠有效抑制新能源發(fā)電帶來的功率波動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)實施例的示意圖。

圖2是本發(fā)明抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)中儲能變流器實施例的示意圖。

圖3是逆變器輸出的等效矢量圖。

圖4是本發(fā)明抑制新能源電站功率波動的方法實施例的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1、2所示，是本發(fā)明抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)實施例的示意圖，本實施例的抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)主要解決秒級內(nèi)功率變化帶來的波動(分鐘級的功率波動由上位機集中控制解決)。本實施例中的新能源電站包括有儲能變流器20、新能源發(fā)電設(shè)備40、逆變器30和升壓變壓器10，且新能源發(fā)電設(shè)備40連接到逆變器30，逆變器30和儲能變流器20并聯(lián)，通過升壓變壓器10連接到大電網(wǎng)(即普通供電網(wǎng)絡(luò))。上述新能源發(fā)電設(shè)備40可以為光伏電池或風(fēng)力風(fēng)電機等，相應(yīng)的逆變器30則可采用光伏逆變器或風(fēng)力發(fā)電逆變器。新能源發(fā)電設(shè)備40所發(fā)電能經(jīng)由逆變器30以及升壓變壓器10轉(zhuǎn)換后送入電網(wǎng)，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

上述升壓變壓器10在電路中可以等效為電感，在該種拓?fù)湎?，大電網(wǎng)電壓的相位、頻率和幅值可以認(rèn)為是不變的，當(dāng)逆變器30的輸出功率發(fā)生改變時，勢必會帶來電流的變化(由于本實施例主要針對逆變器30的不可控的功率突變，故僅考慮有功，而不去考慮可控的無功變化)。當(dāng)電流發(fā)生變化時，電感(即升壓變壓器10)兩端電壓變化△V＝LS*I,相位角和電網(wǎng)電壓相差90°，其中LS為升壓變壓器10的等效阻抗，I為逆變器30的輸出電流。并且，由于大電網(wǎng)電壓不會受到電站功率波動的影響，因此逆變器30的輸出功率改變會帶來逆變器30交流輸出端的電壓相位變化。如圖3所示，大電網(wǎng)電壓矢量U₀，現(xiàn)有逆變器30的交流輸出引起電感電壓矢量為U_L1，合成矢量為U₁；當(dāng)電流發(fā)生突變時，逆變器30的交流輸出引起的電感電壓矢量變?yōu)閁_L2，合成矢量為U₂，兩者之間存在角度差為Δθ。因此可以通過采樣逆變器30的輸出端的電壓(即升壓變壓器10的輸入端的電壓)，并檢測電壓相位和幅值的跳變判斷出電流的變化量，從而折算出功率的變化量，再通過儲能變流器補償功率變化，使得并網(wǎng)點功率恒定。

本實施例中的抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)包括電壓采樣單元21、第一計算單元22、第二計算單元23、補償控制單元24以及第三計算單元25，上述電壓采樣單元21可直接使用儲能變流器20自帶的電壓檢測裝置，第一計算單元22、第二計算單元23、補償控制單元24以及第三計算單元25則可集成到儲能變流器20。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，電壓采樣單元21、第一計算單元22、第二計算單元23、補償控制單元24以及第三計算單元25也可由獨立的硬件設(shè)備和相應(yīng)的軟件構(gòu)成，并通過控制儲能變流器20輸出補償功率，使得并網(wǎng)點功率恒定。

電壓采樣單元21用于采樣逆變器30的輸出電壓，即采樣升壓變壓器10的輸入端電壓。上述采樣獲得的輸出電壓包含了逆變器30生成的電壓以及由儲能變流器20產(chǎn)生的補償電壓。上述電壓采樣單元21持續(xù)進(jìn)行輸出電壓采樣，即每一采樣周期(采樣周期可根據(jù)需要設(shè)置)都產(chǎn)生一個逆變器的輸出電壓。

第一計算單元22用于根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓和當(dāng)前時刻的補償電壓計算當(dāng)前時刻的實際電壓。上述當(dāng)前時刻的實際電壓為逆變器30的當(dāng)前時刻的輸出電壓(采樣獲得)與當(dāng)前時刻的補償電壓的矢量差。同樣地，該第一計算單元22持續(xù)進(jìn)行實際電壓計算，計算獲得的實際電壓與采樣周期對應(yīng)。

第二計算單元23用于根據(jù)逆變器30前一時刻(即當(dāng)前采樣周期的前一采樣周期)的實際電壓V2和當(dāng)前時刻(即當(dāng)前采樣周期)的實際電壓V1計算逆變器輸出電流變化量Δi＝i1-i2＝(V1-V2)/LS。同樣地，第二計算單元23持續(xù)計算逆變器輸出電流變化量，且該值與采樣周期對應(yīng)。在系統(tǒng)剛啟動的第一采樣周期和第二采樣周期，其實際電壓即為電壓采樣單元21采樣獲得的電壓，第一采樣周期的逆變器輸出電流變化量采用零。

補償控制單元24用于在下一時刻(即下一采樣周期)使儲能變流器20向升壓變壓器10的輸入端輸出一個與逆變器30輸出當(dāng)前時刻的電流變化量(由第二計算單元23計算獲得)幅值相同、方向相反的補償電流。

第三計算單元25用于根據(jù)補償電流計算逆變器下一時刻的補償電壓。第三計算單元25同樣在每一采樣周期均計算下一時刻的補償電壓(在系統(tǒng)剛啟動的第一采樣周期和第二采樣周期的補償電壓為零)。

上述抑制新能源電站功率波動的系統(tǒng)通過儲能變流器20自帶的電壓檢測裝置采樣逆變器30輸出端的電壓，通過檢測電壓相位和幅值的跳變，判斷出逆變器30的輸出電流的變化量，從而折算出功率的變化量，再通過儲能變流器20補償功率變化，使得并網(wǎng)點功率恒定。和現(xiàn)有方案相比，上述系統(tǒng)減少了外部并網(wǎng)點的電流采樣裝置，大大降低了安裝難度，并保證了調(diào)節(jié)速率，能夠有效抑制新能源發(fā)電帶來的功率波動。

如圖4所示，本發(fā)明還提供一種抑制新能源電站功率波動的方法，其中新能源電站包括有儲能變流器、新能源發(fā)電設(shè)備、逆變器和升壓變壓器，且新能源發(fā)電設(shè)備經(jīng)由逆變器和升壓變壓器連接到電網(wǎng)、儲能變流器連接到升壓變壓器的輸入端。當(dāng)新能源發(fā)電設(shè)備為光伏電池，逆變器為光伏逆變器；當(dāng)新能源發(fā)電設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電機，逆變器為風(fēng)力發(fā)電逆變器。上述方法具體包括以下步驟：

步驟S41：采樣逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓。在該步驟中，通過儲能變流器自帶的電壓采樣裝置采樣逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓。

步驟S42：根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓和當(dāng)前時刻的補償電壓計算當(dāng)前時刻的實際電壓。在該步驟中，當(dāng)前時刻的實際電壓為逆變器當(dāng)前時刻的輸出電壓與當(dāng)前時刻的補償電壓的矢量差。

步驟S43：根據(jù)逆變器前一時刻的實際電壓和當(dāng)前時刻的實際電壓計算逆變器輸出電流變化量。

步驟S44：在當(dāng)前時刻的下一時刻使儲能變流器向升壓變壓器的輸入端輸出一個與所述逆變器輸出電流變化量幅值相同、方向相反的補償電流，并根據(jù)補償電流計算逆變器下一時刻的補償電壓。

上述步驟S41～S44均持續(xù)執(zhí)行，從而按照電壓采樣周期(可設(shè)置)對逆變器的輸出功率進(jìn)行持續(xù)補償。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。