一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控裝置的制造方法
【專利摘要】一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，可準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備輸出功率變化情況；自動追蹤并網(wǎng)點的電壓變化，實時確定并網(wǎng)點的無功需求；能控制策略滿足大電網(wǎng)的調(diào)度需求和發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部負載需求的同時，可有效抑制發(fā)電系統(tǒng)對大電網(wǎng)造成的電壓的沖擊；可設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，實時修正儲能系統(tǒng)充放電功率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，兼顧了供電可靠性和保障發(fā)電系統(tǒng)的安全性，延長了發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的使用壽命。
【專利說明】一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控 裝置 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源和環(huán)境危機已經(jīng)成為影響人類持續(xù)發(fā)展的重要問題，清潔、可再生能源的利 用是解決這一問題的根本途徑。隨著風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、波浪發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù) 的成熟，越來越多的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)以分布式形式接入電網(wǎng)，滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活 用電的需求。
[0003] 以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的發(fā)電系統(tǒng)作為超高壓、遠距離、大電網(wǎng)供電模式的補充， 代表著電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向。當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電分離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩種發(fā)電配置模式，對 離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電模式。
[0004] 現(xiàn)有的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置普遍采用的模式是:風(fēng)力發(fā)電機組+逆變器(或稱 變流器)+升壓變壓器+并網(wǎng)柜，其中風(fēng)力發(fā)電機組包括風(fēng)葉、發(fā)電機和控制器三部分，發(fā)電 機在風(fēng)力作用下將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能。在這個系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機組跟隨風(fēng)力大小的變化其 轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，所發(fā)出的電壓、功率發(fā)生變化，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電電壓達到逆變器的門 檻電壓時，逆變器開始工作，將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的電能并網(wǎng)輸送出去。如果風(fēng)力偏小、風(fēng) 力發(fā)電機組發(fā)出的電壓偏小、達不到逆變器門檻電壓值時，逆變器不工作，風(fēng)力發(fā)電機組發(fā) 出的電能無法向外輸送，這時風(fēng)力發(fā)電機組處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果原來已經(jīng)處于并網(wǎng)輸電狀 態(tài)，這時風(fēng)力發(fā)電機組要從電網(wǎng)解列。當(dāng)風(fēng)力變大，風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速變快，所發(fā)出的電 壓變高，達到逆變器的門檻電壓時，逆變器開始工作，將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的電能供給升壓 變壓器，經(jīng)過并網(wǎng)柜并網(wǎng)輸電，系統(tǒng)處于發(fā)電輸電狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)力繼續(xù)變大，風(fēng)力發(fā)電機組的 轉(zhuǎn)速變快，所發(fā)出的電壓繼續(xù)變高，將要超過逆變器所承受的最高電壓限制時，風(fēng)力發(fā)電機 組中的控制器控制風(fēng)力發(fā)電機組的變槳機構(gòu)工作，使風(fēng)力發(fā)電機機組中的風(fēng)葉迎風(fēng)角度變 小，風(fēng)力發(fā)電機組主動放走部分風(fēng)能，使得到的風(fēng)能量變小，風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速變低，人為 降低風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電的電壓值，將電壓限制在逆變器可承受的范圍內(nèi)，這時系統(tǒng)仍處于 正常的發(fā)電輸電運行狀態(tài)。如果風(fēng)力繼持續(xù)增大，以上措施不能使電壓控制在逆變器所能 承受的電壓范圍時，控制器控制風(fēng)力發(fā)電機組中的剎車動作，將風(fēng)力發(fā)電機組中的風(fēng)機抱 死，系統(tǒng)強行退出工作狀態(tài)。從以上分析可以看出，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)配置系統(tǒng)，風(fēng)能的 利用只能取中間的很小一段，在風(fēng)力偏小或風(fēng)力偏大時，系統(tǒng)均不能輸電工作，不但造成了 資源很大的浪費，更主要的是風(fēng)力發(fā)電機組頻繁切入、切出電網(wǎng)，對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊。 這種風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)模式無法實現(xiàn)向電網(wǎng)輸送連續(xù)的電能，只能在一定風(fēng)力區(qū)間向電網(wǎng)輸 電。
[0005] 儲能技術(shù)很大程度上解決風(fēng)力發(fā)電的波動性和隨機性問題，有效提高間歇性微源 的可預(yù)測性、確定性和經(jīng)濟性。此外，儲能技術(shù)在調(diào)頻調(diào)壓和改善系統(tǒng)有功、無功平衡水平， 提高發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行能力方面的作用也獲得了廣泛研究和證明。在風(fēng)力發(fā)電滲透率較高 的電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率及電壓變化時，要求風(fēng)儲集群對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能 質(zhì)量的實時性較強，必須根據(jù)電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)，充分考慮到風(fēng)儲集群的調(diào)節(jié)能力，才能 保證電力系統(tǒng)的可靠與經(jīng)濟運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明提供一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，該監(jiān) 控裝置可預(yù)風(fēng)電設(shè)備的發(fā)電功率變化，可追蹤大電網(wǎng)并網(wǎng)點電壓信息，實時獲取大電網(wǎng)調(diào) 度指令，實時檢測的蓄電池模塊電池容量，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略， 對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，及時吸收風(fēng)力發(fā)電設(shè)備多余的有功功率或者補充風(fēng)電缺少 的有功功率，減小風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響，保障發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)時按照大電網(wǎng)的需求 參與大電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)，保障并網(wǎng)運行時的電壓穩(wěn)定。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的 監(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置包括：
[0008] 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊，用于實時監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電 功率進行預(yù)測；
[0009] 儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊，可實時監(jiān)控蓄電池模塊的SOC和DC/DC雙向變換器，包括:數(shù)據(jù) 采集處理器、儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器和SOC分層控制器，可對儲能系統(tǒng)充放電功率進行實 時修正，確保儲能系統(tǒng)具有良好工作性能；
[0010] 濾波模塊，與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備連接，用于將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功功率Pwo進行一 階濾波并輸出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備期望有功功率值Pwf至儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊；
[0011] 負載監(jiān)控模塊，用于實時監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的負載；
[0012] 中控模塊，用于確定發(fā)電系統(tǒng)的運行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊發(fā)出指 令，以執(zhí)行該運行策略；
[0013] 總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個模塊的通信聯(lián)絡(luò)；以及
[0014] 并網(wǎng)監(jiān)控模塊，其中所述并網(wǎng)監(jiān)控模塊包括：
[0015] 大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)單元，用于實時從大電網(wǎng)調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運行情況以及相關(guān)調(diào) 度信息；
[0016] AC/DC雙向換流模塊一監(jiān)控單元，用于控制AC/DC雙向換流模塊一的工作模式；
[0017] 調(diào)壓單元，用于監(jiān)控并網(wǎng)點的電壓變化，并確定發(fā)電系統(tǒng)的電壓補償策略。
[0018] 優(yōu)選的，儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊至少包括蓄電池端電壓、電流、SOC獲取設(shè)備以及溫度 檢測設(shè)備。
[0019] 優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集處理器，用于采集風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和蓄電池的信息，進行處理 后得到儲能系統(tǒng)的期望輸出功率參考量Pess= ΔΡ1+ΔΡβ，其中AP1Spwq與Pwf的差值，為儲 能控制系統(tǒng)的期望輸出功率，AP b為儲能控制系統(tǒng)考慮蓄電池剩余容量和自身損耗以及期 望輸出功率參考量的反饋信號后輸出功率的附加量。
[0020] 優(yōu)選的，所述儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器在接納風(fēng)電功率后未突破電網(wǎng)可利用空間 極限值的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間α，0<α〈1〇〇%，即儲能系統(tǒng)放電功率與接納風(fēng)電 后剩余的空間比值為α;若系統(tǒng)無剩余可利用空間時α = 1，若儲能系統(tǒng)不放電α = 0;基于放 電區(qū)間α的儲能系統(tǒng)充放電功率如下：
[0021]
α)
[0022] 其中Pess⑴為t時刻儲能系統(tǒng)充放電功率;Pwd(t)、ISf(〇分別為t時刻風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備實際輸出功率之和以及風(fēng)電可運行域極值;α為儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間；
[0023] 儲能系統(tǒng)充放電能量Et以及儲能系統(tǒng)在各調(diào)度時段結(jié)束后充放電累積容量Wt如下 所示：
[0024] (2)
[0025] (3)
[0026]其中，^分別為充放電的起始與結(jié)束時亥Ij; Ilcharge，Hdischarge分別為儲能系統(tǒng)的充 放電效率;Pess為期望儲能系統(tǒng)充放電功率;Eo為儲能系統(tǒng)初始能量。
[0027]優(yōu)選的，所述SOC分層控制器，將儲能系統(tǒng)SOC按照充放電能力分為以下五個層次： 不充電緊急層、少充電預(yù)防層、正常充放電安全層、少放電預(yù)防層、不放電緊急層。
[0028]優(yōu)選的，儲能系統(tǒng)充放電能量期望值Pess，經(jīng)儲能能量管理系統(tǒng)確定的修正系數(shù) Ksoc進行動態(tài)調(diào)整，得到儲能系統(tǒng)實際充放電指令PSQC_ESS;K SQC值與Sigmoid函數(shù)特性類似， 因此利用Sigmoid函數(shù)對其進行修正，具體表達如下所示：
[0029]儲能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下，PESS(t)>0
[0030] (5}
[0031]
[0032]
[0033] (?)
[0034]
[0035] 經(jīng)調(diào)整系數(shù)Ksqc修正確定儲能系統(tǒng)實際充放電功率PSQC_ESS(t)為：
[0036] Psocess (t) = KsocPess (t) (9)
[0037]其中S為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài);Smax為不充電緊急層的下限；Smax、S pre3_max為少充電 預(yù)防層的上下限；spre_max、spre_min為正常充放電安全層的上下限；S min為少放電預(yù)防層的下 限;X。為儲能系統(tǒng)充電狀態(tài)下計算1(1的系數(shù);Xf為儲能系統(tǒng)放電狀態(tài)下計算Kscc的系數(shù)。
[0038] 優(yōu)選的，所述調(diào)壓單元包括并網(wǎng)點電壓測量子單元、無功需求確定子單元和無功 出力分配子單元。
[0039] 優(yōu)選的，所述無功需求確定子單元根據(jù)并網(wǎng)點電壓測量子單元獲取的電壓值與其 電壓參考值的誤差信號確定當(dāng)前無功需求量。
[0040] 優(yōu)選的，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊至少包括風(fēng)力發(fā)電設(shè)備電壓、電流及頻率檢 測設(shè)備，風(fēng)速檢測設(shè)備。
[0041] 優(yōu)選的，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實時獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并存儲 數(shù)據(jù)。
[0042] 本發(fā)明的監(jiān)控裝置具有如下優(yōu)點：（1)準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備輸出功率變化情況； (2)自動追蹤并網(wǎng)點的電壓變化，實時確定并網(wǎng)點的無功需求；（3)控制策略滿足大電網(wǎng)的 調(diào)度需求和發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部負載需求的同時，可有效抑發(fā)電系統(tǒng)對大電網(wǎng)造成的電壓的沖 擊；（4)設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，基于SOC分層控制策略，對儲能系統(tǒng)能量進行優(yōu)化管理，實 時修正儲能系統(tǒng)充放電功率，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作性能，兼顧了供電可靠性和保障發(fā)電系統(tǒng) 的安全性，延長了發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的使用壽命。
【附圖說明】
[0043] 圖1示出了本發(fā)明的一種智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其監(jiān)控裝置的框圖；
[0044]圖2示出了一種本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)運行及監(jiān)控方法。
【具體實施方式】
[0045]圖1是示出了本發(fā)明的一種智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)10,該發(fā)電系統(tǒng)10包括:風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備14、直流母線、用于將直流母線與大電網(wǎng)20連接和隔離的AC/DC雙向換流模塊一 15、用于連接風(fēng)力發(fā)電設(shè)備12和直流母線的AC/DC雙向換流模塊二12、發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)負載17和 監(jiān)控裝置11。
[0046]該儲能系統(tǒng)13包括蓄電池模塊131、與上述直流母線連接的雙向DC/DC變換器132; [0047] 該監(jiān)控裝置11包括：
[0048]風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊112,用于實時監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14,并對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14 的發(fā)電功率進行預(yù)測；
[0049]儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊115，可實時監(jiān)控蓄電池模塊的SOC和DC/DC雙向變換器，包括： 數(shù)據(jù)采集處理器、儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器和SOC分層控制器，可對儲能系統(tǒng)充放電功率進 行實時修正，確保儲能系統(tǒng)具有良好工作性能；
[0050] 濾波模塊16,與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備連接，用于將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功功率Pwo進行 一階濾波并輸出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備期望有功功率值Pwf至儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊；
[0051] 負載監(jiān)控模塊118,用于實時監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的負載；
[0052]中控模塊117,用于確定發(fā)電系統(tǒng)10的運行策略，并向上述監(jiān)控裝置11中的各模塊 發(fā)出指令，以執(zhí)行該運行策略；
[0053]總線模塊111，用于該監(jiān)控裝置11的各個模塊的通信聯(lián)絡(luò)；以及
[0054] 并網(wǎng)監(jiān)控模塊112,其中所述并網(wǎng)監(jiān)控模塊包括:大電網(wǎng)20聯(lián)絡(luò)單元，用于實時從 大電網(wǎng)20調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)20的運行情況以及相關(guān)調(diào)度信息;AC/DC雙向換流模塊一 15 監(jiān)控單元，用于控制AC/DC雙向換流模塊一 15的工作模式;調(diào)壓單元，用于監(jiān)控并網(wǎng)點的電 壓變化，并確定發(fā)電系統(tǒng)的電壓補償策略。
[0055]儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊115至少包括蓄電池端電壓、電流、SOC獲取設(shè)備以及溫度檢測 設(shè)備。
[0056]所述數(shù)據(jù)采集處理器，用于采集風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和蓄電池的信息，進行處理后得到 儲能系統(tǒng)的期望輸出功率參考量Pess= ΔΡ1+ΔΡΒ，其中AP1SPwq與P wf的差值，為儲能控制 系統(tǒng)的期望輸出功率，A Pb為儲能控制系統(tǒng)考慮蓄電池剩余容量和自身損耗以及期望輸出 功率參考量的反饋信號后輸出功率的附加量。
[0057]所述調(diào)壓單元包括并網(wǎng)點電壓測量子單元、無功需求確定子單元和無功出力分配 子單元。所述無功需求確定子單元根據(jù)并網(wǎng)點電壓測量子單元獲取的電壓值與其電壓參考 值的誤差信號確定當(dāng)前無功需求量。所述無功出力子單元根據(jù)風(fēng)電設(shè)備和光儲系統(tǒng)的無功 出力極限，將無功需求按照優(yōu)先級分配方法分配給風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和儲能系統(tǒng)。
[0058]光伏發(fā)電設(shè)備12包括多個光伏發(fā)電模塊，光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊114至少包括光 伏發(fā)電設(shè)備的電壓、電流、頻率檢測設(shè)備、光強檢測設(shè)備。
[0059]所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊113實時獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備12的運行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù) 據(jù)。
[0060] 儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊116至少包括蓄電池端電壓、電流、SOC獲取設(shè)備以及溫度檢測 設(shè)備，可實時監(jiān)控蓄電池模塊的S0C。
[0061] 所述儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器在接納風(fēng)電功率后未突破電網(wǎng)可利用空間極限值 的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間α，0<α〈1〇〇%，即儲能系統(tǒng)放電功率與接納風(fēng)電后剩余 的空間比值為α;若系統(tǒng)無剩余可利用空間時α = 1，若儲能系統(tǒng)不放電α = 〇;基于放電區(qū)間α 的儲能系統(tǒng)充放電功率如下：
[0062]
Π'?
[0063] 其中Pess⑴為t時刻儲能系統(tǒng)充放電功率;Pwd(t)、IJ5f的分別為t時刻風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備和光電場群實際輸出功率之和以及風(fēng)電和光電可運行域極值;α為儲能系統(tǒng)的放電區(qū) 間；
[0064] 儲能系統(tǒng)充放電能量Et以及儲能系統(tǒng)在各調(diào)度時段結(jié)束后充放電累積容量Wt如下 所示：
[0065] g)
[0066] (.>!
[0067]其中h，t2分別為充放電的起始與結(jié)束時亥Ij; Ilcharge，Hdischarge分別為儲能系統(tǒng)的充 放電效率;Pess為儲能系統(tǒng)充放電功率;Eo為儲能系統(tǒng)初始能量。
[0068]優(yōu)選的，所述SOC分層控制器，將儲能系統(tǒng)SOC按照充放電能力分為以下五個層次： 不充電緊急層、少充電預(yù)防層、正常充放電安全層、少放電預(yù)防層、不放電緊急層。
[0069] 優(yōu)選的，儲能系統(tǒng)充放電能量需求值Pess，經(jīng)儲能能量管理系統(tǒng)確定的修正系數(shù) Ksoc進行動態(tài)調(diào)整，得到儲能系統(tǒng)實際充放電指令PSQC_ESS;K SQC值與Sigmoid函數(shù)特性類似， 因此利用Sigmoid函數(shù)對其進行修正，具體表達如下所示：
[0070] 儲能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下，PESS(t)>0
[0071] (5)
[0072]
[0073]
[0074] {?>
[0075]
[0076] 經(jīng)調(diào)整系數(shù)KSQC修正確定儲能系統(tǒng)實際充放電功率PSQC_ESS(t)為：
[0077] Psocess (t) = KsocPess (t) (9)
[0078]其中S為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài);Smax為不充電緊急層的下限；Smax、S pr e_max為少充電 預(yù)防層的上下限；spre_max、spre_min為正常充放電安全層的上下限；S min為少放電預(yù)防層的下 限;X。為儲能系統(tǒng)充電狀態(tài)下計算1(1的系數(shù);Xf為儲能系統(tǒng)放電狀態(tài)下計算Kscc的系數(shù)。 [0079]中控模塊117至少包括CPU單元、數(shù)據(jù)存儲單元和顯示單元。
[0080]大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊112至少包括無線通信設(shè)備。
[0081] 并網(wǎng)點電壓測量子單元至少包括用于檢測大電網(wǎng)20和發(fā)電系統(tǒng)10電壓、電流和頻 率的檢測設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)采集單元包含采集預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換模 塊，采集八路遙測信號量，包含電網(wǎng)側(cè)A相電壓、電流，發(fā)電系統(tǒng)側(cè)的三相電壓、電流。遙測量 可通過終端內(nèi)的高精度電流和電壓互感器將強交流電信號(5A/110V)不失真地轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部 弱電信號，經(jīng)濾波處理后進入A/D芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元 計算，獲得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備儲能系統(tǒng)10側(cè)的三相電壓電流值和大電網(wǎng)20側(cè)相電壓電流值。本 遙測信號量處理采用了高速高密度同步采樣、頻率自動跟蹤技術(shù)還有改進的FFT算法，所以 精度得到充分保證，能夠完成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備儲能系統(tǒng)10側(cè)有功、無功和電能從基波到高次 諧波分量的測量和處理。
[0082] 參見附圖2，本發(fā)明的方法包括如下步驟：
[0083] SI.風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實時獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)，實時獲 取發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)負載功率需求情況;將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功功率FVo進行一階濾波并輸出 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備期望有功功率Pwf;
[0084] S2.采集并網(wǎng)點電壓信息，同時根據(jù)大電網(wǎng)調(diào)度指令確定發(fā)電系統(tǒng)有功及無功輸 出需求;實時檢測獲取蓄電池模塊的SOC;
[0085] S3.將采集風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、電網(wǎng)和蓄電池的信息，進行處理后得到儲能系統(tǒng)的期望 輸出功率參考量Pess = Δ P1+ Δ PB，其中Δ P1SPwq與Pwf的差值，設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間，構(gòu)建 SOC分層控制策略；
[0086] S4.將發(fā)電系統(tǒng)有功及無功輸出需求、當(dāng)前SOC分層控制策略、當(dāng)前發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)負 載功率需求、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可輸出有功和無功作為約束條件，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化運行。
[0087] 優(yōu)選的，在步驟S3中，具體包括如下具體步驟：
[0088] S31.設(shè)定儲能系統(tǒng)放電區(qū)間
[0089] 所述儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器在接納風(fēng)電功率后未突破電網(wǎng)可利用空間極限值 的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間α，0<α〈1〇〇%，即儲能系統(tǒng)放電功率與接納風(fēng)電后剩余 的空間比值為α;若系統(tǒng)無剩余可利用空間時α = 1，若儲能系統(tǒng)不放電α = 〇;基于放電區(qū)間α 的儲能系統(tǒng)充放電功率如下：
[0090]
Π )
[0091] 其中Pess⑴為t時刻儲能系統(tǒng)充放電功率;PwdUhZgm)分別為t時刻風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備和光電場群實際輸出功率之和以及風(fēng)電和光電可運行域極值;α為儲能系統(tǒng)的放電區(qū) 間；
[0092] 儲能系統(tǒng)充放電能量Et以及儲能系統(tǒng)在各調(diào)度時段結(jié)束后充放電累積容量Wt如下 所示：
[0093： 偽
[0094： _
[0095]其中，^分別為充放電的起始與結(jié)束時亥Ij; Ilcharge，Hdischarge分別為儲能系統(tǒng)的充 放電效率;Pess為儲能系統(tǒng)充放電功率;Eo為儲能系統(tǒng)初始能量。
[0096] S32.構(gòu)建SOC分層控制策略
[0097]所述SOC分層控制器，將儲能系統(tǒng)SOC按照充放電能力分為以下五個層次:不充電 緊急層、少充電預(yù)防層、正常充放電安全層、少放電預(yù)防層、不放電緊急層；
[0098]儲能系統(tǒng)充放電能量需求值Pess，經(jīng)儲能能量管理系統(tǒng)確定的修正系數(shù)Ksoc進行動 態(tài)調(diào)整，得到儲能系統(tǒng)實際充放電指令Psqc_ess ; Ksoc值與S i gmo i d函數(shù)特性類似，因此利用 Sigmoid函數(shù)對其進行修正，具體表達如下所示：
[0099]儲能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下，PESS(t)>0
[0100]
|5)
[0103] (?)
[0101] Xc= (S-Smax)/(Spre_max-Smax) (6)[0102] 儲能系統(tǒng)處于獅狀杰下，PESS(t)〈0
[0104]
[0105] 經(jīng)調(diào)整系數(shù)Ksqc修正確定儲能系統(tǒng)實際充放電功率PSQC_ESS(t)為：
[0106] Psocess (t) = KsocPess (t) (9)
[0107] 其中S為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài);Smax為不充電緊急層的下限；Smax、Spr e_max為少充電 預(yù)防層的上下限；Spre_max、S pre_min為正常充放電安全層的上下限；Smin為少放電預(yù)防層的下 限;X。為儲能系統(tǒng)充電狀態(tài)下計算!(^的系數(shù);X f為儲能系統(tǒng)放電狀態(tài)下計算Kscc的系數(shù)。
[0108] 優(yōu)選的，在Sl后還有如下步驟，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備調(diào)頻、調(diào)壓備用容量需 求，利用風(fēng)電機組的超速控制與槳距角控制，確定各臺風(fēng)電機組的初始有功功率、無功功率 出力及初始轉(zhuǎn)速、初始槳距角。
[0109]優(yōu)選的，在步驟S4中，對于發(fā)電系統(tǒng)有功功率的分配，優(yōu)先利用風(fēng)電機組和光伏發(fā) 電設(shè)備自身的有功備用容量，當(dāng)風(fēng)電機組和光伏發(fā)電設(shè)備自身的有功備用容量不足時，再 利用儲能系統(tǒng)彌補有功功率出力的不足。
[0110]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng) 視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種電壓和功率可調(diào)節(jié)的智能分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置包括： 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊，用于實時監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率 進行預(yù)測； 儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊，可實時監(jiān)控蓄電池模塊的SOC和DC/DC雙向變換器，包括:數(shù)據(jù)采集 處理器、儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器和SOC分層控制器，可對儲能系統(tǒng)充放電功率進行實時修 正，確保儲能系統(tǒng)具有良好工作性能； 濾波模塊，與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備連接，用于將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功功率Pwo進行一階濾 波并輸出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備期望有功功率值Pwf至儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊； 負載監(jiān)控模塊，用于實時監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的負載； 中控模塊，用于確定發(fā)電系統(tǒng)的運行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊發(fā)出指令，W 執(zhí)行該運行策略； 總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個模塊的通信聯(lián)絡(luò)；W及 并網(wǎng)監(jiān)控模塊，其中所述并網(wǎng)監(jiān)控模塊包括： 大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)單元，用于實時從大電網(wǎng)調(diào)控中屯、獲知大電網(wǎng)的運行情況W及相關(guān)調(diào)度信 息； AC/DC雙向換流模塊一監(jiān)控單元，用于控制AC/DC雙向換流模塊一的工作模式； 調(diào)壓單元，用于監(jiān)控并網(wǎng)點的電壓變化，并確定發(fā)電系統(tǒng)的電壓補償策略。2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)監(jiān)控模塊至少包括蓄電池端電 壓、電流、SOC獲取設(shè)備W及溫度檢測設(shè)備。3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理器，用于采集風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備和蓄電池的信息，進行處理后得到儲能系統(tǒng)的期望輸出功率參考量Pess= APi+APb,其中 A Pi為Pwo與Pwf的差值，為儲能控制系統(tǒng)的期望輸出功率，A Pb為儲能控制系統(tǒng)考慮蓄電池 剩余容量和自身損耗W及期望輸出功率參考量的反饋信號后輸出功率的附加量。4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)放電區(qū)間確定器在接納風(fēng)電功 率后未突破電網(wǎng)可利用空間極限值的時段，設(shè)定儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間a，〇《cKl〇〇%，即儲 能系統(tǒng)放電功率與接納風(fēng)電后剩余的空間比值為a;若系統(tǒng)無剩余可利用空間時0 = 1，若儲會b弓^在大^去Zrizb__A H*二l^去/r止fK7|V^。t?At/^屯Ab方在大フ^去/r止fT^詩?擊口一Ir| 謝 其中扣SS(t)為t時刻儲能系統(tǒng)充放電功率;分別為t時刻風(fēng)力發(fā)電設(shè)備 實際輸出功率之和W及風(fēng)電可運行域極值;a為儲能系統(tǒng)的放電區(qū)間； 儲能系統(tǒng)充放電能量EtW及儲能系統(tǒng)在各調(diào)度時段結(jié)束后充放電累積容量Wt如下所 示：鷄其甲tl，t2分別刃充放電的起始與結(jié)束時刻；ncharge，ridischarge分別為儲能系統(tǒng)的充放電 效率;Pess為期望儲能系統(tǒng)充放電功率;Eo為儲能系統(tǒng)初始能量。5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述SOC分層控制器，將儲能系統(tǒng)SOC按照充 放電能力分為W下五個層次:不充電緊急層、少充電預(yù)防層、正常充放電安全層、少放電預(yù) 防層、不放電緊急層。6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，儲能系統(tǒng)充放電能量期望值Pess,經(jīng)儲能能量 管理系統(tǒng)確定的修正系數(shù)Ksog進行動態(tài)調(diào)整，得到儲能系統(tǒng)實際充放電指令Psog_ess;Ksoc值 與Sigmoid函數(shù)特性類似，因此利用Sigmoid函數(shù)對其進行修正，具體表達如下所示： 儲能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下，扣ss(t)〉0巧） (r> 經(jīng)調(diào)整系數(shù)Ksoe修正確定儲能系統(tǒng)實際充放電功率Psoe_Ess(t)為： Psocess (t) = KsocPess (t) (9) 其中S為儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài);Smax為不充電緊急層的下限;Smax、Spre_max為少充電預(yù)防層 的上下限；Spre_max、Spre_min為正常充放電安全層的上下限；Smin為少放電預(yù)防層的下限;)(c為 儲能系統(tǒng)充電狀態(tài)下計算Ksoc的系數(shù);Xf為儲能系統(tǒng)放電狀態(tài)下計算Ksoc的系數(shù)。7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)壓單元包括并網(wǎng)點電壓測量子單元、 無功需求確定子單元和無功出力分配子單元。8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述無功需求確定子單元根據(jù)并網(wǎng)點電壓測 量子單元獲取的電壓值與其電壓參考值的誤差信號確定當(dāng)前無功需求量。9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊至少包括風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備電壓、電流及頻率檢測設(shè)備，風(fēng)速檢測設(shè)備。10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實時獲取風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并存儲數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H02J3/38GK105914784SQ201610312345
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】靖新宇
【申請人】成都欣維?？萍加邢挢?zé)任公司