一種小水電機(jī)群組成分布式儲能系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小水電機(jī)群組成分布式儲能系統(tǒng)的方法。該方法包括：獲得一個(gè)儲能周期T中，第t個(gè)時(shí)段所有小水電站的總凈負(fù)荷值PLj(t)；根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)、總凈負(fù)荷值PLj(t)以及第i個(gè)小水電站的計(jì)劃負(fù)荷pi(t)，獲得第i個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷pfci(t)；根據(jù)第i個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷pfci(t)，對第i個(gè)小水電站的抽水蓄水裝置進(jìn)行最優(yōu)效率控制，令所述第i個(gè)小水電站按照實(shí)際負(fù)荷pfci(t)在最優(yōu)效率下運(yùn)行，所述抽水蓄水裝置為水輪機(jī)及水泵或者可逆式水輪機(jī)。本發(fā)明通過對小水電站的改造，并利用能量管理單元對其進(jìn)行統(tǒng)一管理，使多個(gè)小水電站共同組成了能夠發(fā)電和儲能的大型儲能系統(tǒng)，解決了小水電站的運(yùn)行效率和利用率問題，提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力。
【專利說明】
-種小水電機(jī)群組成分布式儲能系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于新能源發(fā)電與電氣技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種小水電機(jī)群組成分 布式儲能系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)發(fā)展，可再生能源在電網(wǎng)中的滲透率逐年增加，而大規(guī)?？稍偕?源出力的不確定性給電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出新的挑戰(zhàn)。因此，電網(wǎng)必須設(shè)置一定容量的 儲能設(shè)備，W保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和峰谷差調(diào)度，同時(shí)提高可再生能源的消納能力。國 內(nèi)外成熟的大容量電力儲能設(shè)施包括大型抽水蓄能電站、壓縮空氣儲能和化學(xué)儲能。其中， 大型抽水蓄能電站雖然能利用水的勢能進(jìn)行儲能，然其建造必須依附特殊地形，建設(shè)周期 長，且成本高。
[0003] CN201110048421公開了一種抽水蓄能發(fā)電裝置，該抽水蓄能發(fā)電裝置包括下水 庫、上水庫W及連接該上水庫和下水庫的管路，在該管路上設(shè)置有可逆式水累水輪機(jī)，該可 逆式水累水輪機(jī)具有將所述的下水庫的水抽取到所述的上水庫中的第一工況W及將所述 上水庫的水下流到下水庫用于發(fā)電的第二工況。然而該抽水蓄能發(fā)電裝置，僅用于將單個(gè) 水電站與其它儲能裝置進(jìn)行聯(lián)合儲能，其容量較小，不能適應(yīng)電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)配的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種小水電機(jī)群組成分布式 儲能系統(tǒng)的方法，其目的在于利用改造后的具有儲能能力的小水電機(jī)群，解決小水電站的 運(yùn)行效率和利用率問題，提高電網(wǎng)的削峰填谷能力和可再生能源消納能力。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于小水電站的分布式儲 能方法，包括W下步驟：
[0006] (1)獲得一個(gè)儲能周期T中，第t個(gè)時(shí)段所有小水電站的總凈負(fù)荷值h^t);
[0007] (2)根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)、總凈負(fù)荷值Pu(t似及第i個(gè)小水電站的計(jì)劃負(fù)荷Pi(t)，獲得 第i個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷Pfci(t);
[000引（3)根據(jù)第i個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷Pfci(t)，對第i個(gè)小水電站的抽水蓄水裝置進(jìn) 行控制，令所述第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下按照實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)運(yùn)行，所述抽水蓄水裝置 由水輪機(jī)或水累組成，或者所述抽水蓄水裝置為可逆式水輪機(jī)。
最 或 個(gè)儲能周期T包括的時(shí)段數(shù)，At為第t個(gè)時(shí)段持續(xù)的時(shí)間，且T = CX At, Vi(t)為第i個(gè)小水 電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫的庫容，Vi,max(t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫庫容的 上限;Zi(t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫的水位，Zi,max(t)為第i個(gè)小水電站在第 t個(gè)時(shí)段的上水庫水位的上限，A Vi(t)表示第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的棄水量。
[0010] 作為更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第t個(gè)時(shí)段持續(xù)的時(shí)間A t為5min~60min，所述一個(gè)儲 能周期T包括的時(shí)段數(shù)C為24~288。
[0011] 作為更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述優(yōu)化目標(biāo)的約束條件為水庫庫容約束 《Vi,max(t)、水位約束Zi,min(t)《Zi(t)《Zi,max(t)、出庫流量約束；ri,min(t)《；ri(t)《；ri,max (t)、水量平衡約束Vi(t)=Vi(t-l) + [Ii(t-1)-；Ti(t-1)] X A tW及電站負(fù)荷約束Pi,min (t)《Pfci(t)《Pi,max(t)，且Pfci(t)=9.81 X出（t) X；Ti(t) Xrizi;其中，Vi,max(t)和 Vi,min(t) 為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的上水庫庫容的上下限；Zi,max(t)和Zi,min(t)為第i個(gè)小水電站 第t個(gè)時(shí)段的上水庫水位的上下限;ri,max(t)和ri,min(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的上水 庫出庫流量的上下限；li(t-l)為第i個(gè)小水電站第t 一 1個(gè)時(shí)段的上水庫的入庫流量;Pi,max (t)和Pi,min(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段實(shí)際負(fù)荷的上下限;屯功第i個(gè)小水電站的總效 率，總效率為動能-電能轉(zhuǎn)換裝置效率與抽水蓄水裝置效率的乘積。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟(3)具體包括如下子步驟：
[0013] (3-1)獲得第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的單位負(fù)荷 ；其中，出 (t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的水頭，Di為第i個(gè)小水電站的抽水蓄水裝置的轉(zhuǎn)輪的標(biāo) 稱直徑，ru為第i個(gè)小水電站的動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的效率;所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置由發(fā)電 機(jī)W及電動機(jī)組成，或者所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置為可逆式發(fā)電電動機(jī)；
[0014] (3-2)根據(jù)單位負(fù)荷Ni'（t)，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝 置的實(shí)際轉(zhuǎn)速m(t) W及導(dǎo)葉開度a;
[0015] (3-3)控制所述抽水蓄水裝置的導(dǎo)葉開度為a,實(shí)際轉(zhuǎn)速為ni(t)，令所述第i個(gè)小 水電站在最優(yōu)效率下按照實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)運(yùn)行。
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟(3-2)具體包括:根據(jù)單位負(fù)荷Ni'（t) W及所述抽水 蓄水裝置的最高出力曲線，獲得抽水蓄水裝置的單位流量Q'l;根據(jù)所述抽水蓄水裝置的最 高效率曲線，獲得抽水蓄水裝置的效率rUmaxi;根據(jù)所述單位流量Q'l、抽水蓄水裝置的效率 rWaxiW及抽水蓄水裝置的效率峰頂曲線，獲得抽水蓄水裝置的單位轉(zhuǎn)速n'i(t);根據(jù)單位 轉(zhuǎn)速n'i(t)，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速
:同時(shí)根據(jù)所述單位流量Q'lW所述及抽水蓄水裝置的導(dǎo)葉開度曲線，獲 得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝置的導(dǎo)葉開度曰。
[0017] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟(3-3)中的控制所述抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速的方 法為變速恒頻控制方法、與直流輸電相結(jié)合的方法W及基于電子電力變壓器的控制方法。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟(2)中獲得實(shí)際負(fù)荷的方法包括線性規(guī)劃算法、動態(tài)規(guī)劃算法、 改進(jìn)動態(tài)規(guī)劃算法或智能優(yōu)化求解算法;其中，所述改進(jìn)動態(tài)規(guī)劃算法包括增量動態(tài)規(guī)劃 算法、逐步優(yōu)化算法或動態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法;所述智能優(yōu)化求解算法包括遺傳算法、改進(jìn) 遺傳算法、蟻群算法、改進(jìn)蟻群算法、粒子群算法或改進(jìn)粒子群算法。
[0019] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于小水電站的分布式儲能系統(tǒng)，包括小 水電機(jī)群、能量管理單元、上水庫、壓力管道、下水庫、控制單元、抽水蓄水裝置、動能-電能 轉(zhuǎn)換裝置W及信息交互單元;所述壓力管道、控制單元、抽水蓄水裝置、動能-電能轉(zhuǎn)換裝置 W及信息交互單元與所述小水電站一一對應(yīng)；
[0020] 所述小水電機(jī)群包括分散的同一流域或者跨流域的小水電站，所述上水庫設(shè)置于 小水電站的上游，所述抽水蓄水裝置W及下水庫設(shè)置于小水電站的下游，所述壓力管道的 第一端連接所述上水庫的出水口，所述壓力管道的第二端連接所述抽水蓄水裝置的進(jìn)水 口，所述抽水蓄水裝置的出水口連接所述下水庫的進(jìn)水口；
[0021] 所述能量管理單元的信號端連接所述信息交互單元的第一信號端，所述信息交互 單元的第二信號端連接所述控制單元的信號端;所述控制單元的輸出端連接所述抽水蓄水 裝置的輸入端，所述抽水蓄水裝置的交互端連接動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第一交互端；
[0022] 所述能量管理單元用于獲得各小水電站的實(shí)際負(fù)荷，并分別輸出至每個(gè)小水電 站;所述信息交互單元用于獲得小水電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并輸出至所述能量管理單元，同時(shí)將 小水電站的實(shí)際負(fù)荷輸出至控制單元;所述控制單元用于根據(jù)所述實(shí)際負(fù)荷控制抽水蓄水 裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉開度，使所述小水電站按照實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行;所述抽水蓄水裝置用于 在發(fā)電工況下將水的勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)用于在蓄能工況下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水的勢 能，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置用于在發(fā)電工況下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)用于在蓄能工況 下將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
[0023] 優(yōu)選地，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第二交互端連接變壓器，所述變壓器用于將所 述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置輸出的電能輸出至電網(wǎng)，或者將電網(wǎng)輸入的電能輸出至動能-電能轉(zhuǎn) 換裝置。
[0024] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述變壓器為電子電力變壓器，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第 二交互端連接所述電子電力變壓器，所述變壓器還用于控制抽水蓄水裝置在最優(yōu)效率下運(yùn) 行。
[0025] 優(yōu)選地，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括水頭、上水庫和下水庫的庫容、上水庫和下水庫的水 位、上水庫的出庫流量W及上水庫的入庫流量。
[0026] 優(yōu)選地，所述抽水蓄水裝置包括水累和水輪機(jī)，所述水輪機(jī)用于在發(fā)電工況下將 水的勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，所述水累用于在蓄能工況下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水的勢能。
[0027] 優(yōu)選地，所述抽水蓄水裝置為可逆式水輪機(jī)。
[0028] 優(yōu)選地，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置包括發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，所述發(fā)電機(jī)用于在發(fā)電工 況下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，所述電動機(jī)用于在蓄能工況下將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
[0029] 優(yōu)選地，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置為可逆式發(fā)電電動機(jī)。
[0030] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于通過對小水 電站的改造使小水電站同時(shí)具有發(fā)電和蓄水儲能功能，并對其進(jìn)行統(tǒng)一管理利用，能夠取 得下列有益效果：
[0031] 1、與利用傳統(tǒng)大規(guī)模儲能裝置進(jìn)行儲能相比，本發(fā)明利用天然河流、分散小水電 站和已有水庫或者新建的小型水庫等，只需經(jīng)過部分改造，便可建成分布式儲能系統(tǒng)從而 完成儲能功能，與現(xiàn)有技術(shù)相比建設(shè)難度低、成本小、環(huán)境友好，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和應(yīng) 用價(jià)值；
[0032] 2、本發(fā)明的能量管理系統(tǒng)在小水電站之間進(jìn)行發(fā)電和儲能的靈活調(diào)配，單個(gè)小水 電站出現(xiàn)故障不影響其整體運(yùn)行，靈活度更高，運(yùn)行更穩(wěn)定；
[0033] 3、本發(fā)明的系統(tǒng)與電網(wǎng)連接，可與電網(wǎng)中的風(fēng)電、光伏發(fā)電W及火電進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào) 配，從而提高了清潔能源消納，降低火力發(fā)電，帶來能量轉(zhuǎn)化和削峰填谷的經(jīng)濟(jì)效益；
[0034] 4、本發(fā)明充分利用小水電機(jī)群的規(guī)?；萘縒及協(xié)調(diào)控制，一方面解決了小水電 運(yùn)行效率和利用率的問題;另一方面平衡了風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源出力的隨機(jī)性、 波動性，提高了可再生能源消納能力和削峰填谷能力，降低了化石燃料的燃燒，同時(shí)也降低 了常規(guī)電廠由于大幅度調(diào)整負(fù)荷帶來的經(jīng)濟(jì)損失和效率損失，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境 效益；
[0035] 5、優(yōu)選采用電子電力變壓器對抽水蓄能機(jī)組中的動能-電能轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行控制W 及并網(wǎng)，通過采用雙閉環(huán)控制的矢量控制方法，使動能-電能轉(zhuǎn)換裝置能夠變速運(yùn)行，同時(shí) 實(shí)現(xiàn)了有功功率和無功功率的解禪控制，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性;還可W根據(jù)需求輸出一 定無功功率，保證并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定；
[0036] 6、該分布式儲能系統(tǒng)可作為電網(wǎng)中靈活可靠的調(diào)節(jié)頻率和穩(wěn)定電壓的電源，有效 地保證和提高電網(wǎng)運(yùn)行頻率、電壓穩(wěn)定性;也可在電力系統(tǒng)中擔(dān)任緊急事故備用和黑啟動 電源，有效提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
【附圖說明】
[0037] 圖1為含小水電機(jī)群和其他可再生能源的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；
[0038] 圖2為含小水電機(jī)群和其他可再生能源的電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化流程圖。
[0039] 圖3為小水電站改造成的分布式儲能系統(tǒng)示意圖；
[0040] 圖4為基于電子電力變壓器的可逆式發(fā)電電動機(jī)并網(wǎng)示意圖；
[0041] 圖5為基于電子電力變壓器的抽水蓄能機(jī)組最優(yōu)運(yùn)行效率調(diào)節(jié)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0042] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)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(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0043] 本發(fā)明提供了一種小水電機(jī)群組成分布式儲能系統(tǒng)的方法，該分布式儲能系統(tǒng)包 括小水電機(jī)群、能量管理單元、信息交互單元、控制單元、上水庫、壓力管道、下水庫、抽水蓄 水裝置、動能-電能轉(zhuǎn)換裝置W及變壓器等;所述小水電機(jī)群包括同一流域或者不同流域的 小水電站，所述壓力管道、控制單元、抽水蓄水裝置、動能-電能轉(zhuǎn)換裝置W及信息交互單元 與所述小水電站--對應(yīng);所述上水庫對應(yīng)一個(gè)小水電站或者多個(gè)同一流域的小水電站， 所述下水庫對應(yīng)一個(gè)小水電站或者多個(gè)同一流域的小水電站；
[0044] 所述上水庫設(shè)置于小水電站的上游，所述抽水蓄水裝置W及下水庫設(shè)置于小水電 站的下游，所述壓力管道用于連接所述上水庫的出水口W及抽水蓄水裝置的進(jìn)水口，所述 抽水蓄水裝置的出水口連接下水庫的進(jìn)水口；
[0045] 所述能量管理單元的信號端連接所述信息交互單元的第一信號端，所述信息交互 單元的第二信號端連接所述控制單元的信號端，所述信息交互單元的第=信號端用于連接 小水電站采集裝置，所述控制單元的輸出端連接抽水蓄水裝置的輸入端，所述抽水蓄水裝 置的交互端連接動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第一交互端;所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第二交互端 連接變壓器的第一交互端，所述變壓器的第二交互端連接電網(wǎng)；
[0046] 所述能量管理單元用于獲得小水電站的實(shí)際負(fù)荷，并分別輸出至每個(gè)小水電站的 信息交互單元;所述信息交互單元用于獲得小水電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并輸出給所述能量管理 單元，同時(shí)將小水電站的實(shí)際負(fù)荷輸出至控制單元;所述控制單元用于根據(jù)所述實(shí)際負(fù)荷 控制抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉開度，使所述小水電站按照實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行，所述運(yùn)行 數(shù)據(jù)包括小水電站計(jì)劃負(fù)荷、水頭、上水庫和下水庫的庫容、上水庫和下水庫的水位、上水 庫的出庫流量W及上水庫的入庫流量。
[0047] 所述上水庫、壓力管道、抽水蓄水裝置W及下水庫依次相連，用于將水的勢能轉(zhuǎn)換 為機(jī)械能，或者將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水的勢能；
[0048] 所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，或者將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；
[0049] 其中所述抽水蓄水裝置可W由水輪機(jī)和水累組成，其中，水輪機(jī)用于在發(fā)電工況 下運(yùn)行，水累用于在蓄能工況下運(yùn)行;運(yùn)樣可W對原本就有水輪機(jī)或水累的小水電站僅增 加一個(gè)裝置，就能使其同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電W及蓄水功能；或者也可W直接W可逆式水輪機(jī)作為 抽水蓄水裝置，從而簡化了該分布式儲能系統(tǒng)的組成；
[0050] 同樣的，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置可W由發(fā)電機(jī)和電動機(jī)組成，分別用于在發(fā)電和 蓄能工況下運(yùn)行，運(yùn)樣可對原本就有發(fā)電機(jī)或電動機(jī)的小水電站僅增加一個(gè)裝置，就能使 其同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電和蓄水功能;或者直接W可逆式發(fā)電電動機(jī)作為動能-電能轉(zhuǎn)換裝置，從而 簡化了該分布式儲能系統(tǒng)的組成。
[0051] 變壓器優(yōu)選采用電子電力變壓器，該變壓器一方面用于將所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝 置所發(fā)電能輸出到電網(wǎng)，或者將電網(wǎng)的電能輸送給動能-電能轉(zhuǎn)換裝置用于抽水蓄能；另一 方面用于控制抽水蓄水裝置在最優(yōu)效率下運(yùn)行。
[0052] 所述分布式儲能系統(tǒng)在蓄能工況下運(yùn)行時(shí)，能量管理單元通過信息交互單元向各 小水電站發(fā)出蓄能命令:動能-電能轉(zhuǎn)換裝置將外部電網(wǎng)輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并輸出 給抽水蓄水裝置，抽水蓄水裝置利用該機(jī)械能從下水庫中抽水，并通過壓力管道輸送至上 水庫，上水庫將水儲存，最終將電能轉(zhuǎn)換為水的勢能；
[0053] 反之，所述分布式儲能系統(tǒng)在發(fā)電工況下工作時(shí)，能量管理單元通過信息交互單 元向各小水電站發(fā)出發(fā)電命令:上水庫將水通過壓力管道輸送至抽水蓄水裝置，抽水蓄水 裝置將水的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能并輸出至動能-電能轉(zhuǎn)換裝置，并將水輸出至下水庫，動能- 電能轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并輸出至電網(wǎng)。
[0054] 該分布式儲能系統(tǒng)通過能量管理系統(tǒng)與電網(wǎng)連接，能與電網(wǎng)中的其它電站（如光 伏電站、風(fēng)電站或火電站)共同實(shí)現(xiàn)分布式儲能，該分布式儲能方法具體包括W下步驟：
[0055] (1)外部電網(wǎng)的調(diào)度部口分別將預(yù)測獲得的一個(gè)儲能周期T中，第t個(gè)時(shí)段小水電 站的總凈負(fù)荷值PLj(t)，火電站出力數(shù)據(jù)Ph(t)，風(fēng)電場出力預(yù)測數(shù)據(jù)Pwp(t)W及光伏電站出 力預(yù)測數(shù)據(jù)Ppv( t )，分別發(fā)送給能量管理單元；
[0056] (2)能量管理單元根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)、約束條件、總凈負(fù)荷值Pu(t) W及第i個(gè)小水電站 的計(jì)劃負(fù)荷Pi(t)，獲得第i個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)，并輸出至第i個(gè)小水電站的信息 交互單元;如果Pfu(t)>0,則第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段處于發(fā)電工況，如果Pfu(t)<0， 則第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段處于蓄能工況;其中，計(jì)劃負(fù)荷由每個(gè)小水電站的工作人員 根據(jù)小水電站的水文數(shù)據(jù)、發(fā)電能力和抽水能力制定，所述水文數(shù)據(jù)包括來水量，上、下水 庫水位，上、下水庫庫容，水頭等；
[0化7]其中，所述優(yōu)化目標(biāo)為調(diào)峰電量最丈
I ,總發(fā)電量最大
?棄水量最/J
或 電網(wǎng)負(fù)荷的波動最小
；M為小水電站的數(shù)量，C為一個(gè)儲 能周期T包括的時(shí)段數(shù)，通常為24~288, At為第t個(gè)時(shí)段持續(xù)的時(shí)間，通常為5min~60min， 且T = CX At;在實(shí)際應(yīng)用中，通常W24小時(shí)為儲能周期T，每小時(shí)記為一個(gè)時(shí)段;Vi(t)為第 i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫的庫容，Vi,max(t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水 庫庫容的上限;Zi(t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫的水位，Zi,max(t)為第i個(gè)小水 電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫水位的上限，A Vi(t)表示第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的棄水 量；
[005引約束條件為水庫庫容約束 《21,。3、(*)、出庫流量約束町。1。(0《。(*)《。,。3、(0、水量平衡約束￥加）=￥1(*-1) +山 (t-l)-；ri(t-l)]XAtW及電站負(fù)荷約束Pi,min(t)《Pfci(t)《pli,max(t)，且Pfci(t)=9.81 X出(t)Xri(t)Xrizi;其中，Vi,min(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的上水庫的庫容的下限； Zi,min(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的上水庫的水位的下限;ri,min(t)為第i個(gè)小水電站第 t個(gè)時(shí)段的上水庫的出庫流量的下限，ri,max(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的上水庫的出庫 流量的上限；li(t-l)為第i個(gè)小水電站第t-1個(gè)時(shí)段的上水庫的入庫流量;Pi,min(t)為第i 個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的實(shí)際負(fù)荷的下限，Pi,max(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的實(shí)際負(fù)荷 的上限，屯1為第i個(gè)小水電站抽水蓄水裝置效率與動能-電能轉(zhuǎn)換裝置效率的乘積；
[0化9] (3-1)獲得第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的單位負(fù)荷
；其中，出 (t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的水頭，Di為第i個(gè)小水電站的抽水蓄水裝置的轉(zhuǎn)輪的標(biāo) 稱直徑，ru為第i個(gè)小水電站的動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的效率;所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置為發(fā)電 機(jī)或電動機(jī)；
[0060] (3-2)根據(jù)單位負(fù)荷Ni'（t) W及所述抽水蓄水裝置的最高出力曲線，獲得抽水蓄 水裝置的單位流量Q'l;根據(jù)所述抽水蓄水裝置的最高效率曲線，獲得抽水蓄水裝置的效率 nsmaxi;根據(jù)所述單位流量Q'l、抽水蓄水裝置的效率rWaxiW及抽水蓄水裝置的效率峰頂曲 線，獲得抽水蓄水裝置的單位轉(zhuǎn)速n'i(t);根據(jù)單位轉(zhuǎn)速n'i(t)，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu) 效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)31
同時(shí)根據(jù)所述單位流量Q'lW所 述及抽水蓄水裝置的導(dǎo)葉開度曲線，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝 置的導(dǎo)葉開度a;
[0061] (3-3)最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速m(t) W及導(dǎo)葉開度a,對第i個(gè) 小水電站的抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速利用變速恒頻控制方法、與直流輸電相結(jié)合方法W及 基于電子電力變壓器的方法進(jìn)行控制，令所述第i個(gè)小水電站按照實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)在最優(yōu) 效率下運(yùn)行。
[0062] 由于小水電站數(shù)量多，通過W上方法對小水電站的發(fā)電和蓄能進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，可 W對電網(wǎng)中的光伏電站、風(fēng)電站或火電站進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)配，從而提高了可再生能源的消納能 力和削峰填谷能力；同時(shí)，單個(gè)小水電站出現(xiàn)故障不會對該分布式儲能系統(tǒng)產(chǎn)生影響，使得 該分布式儲能系統(tǒng)更加可靠，從而帶來了能量轉(zhuǎn)化和削峰填谷的經(jīng)濟(jì)效益。
[0063] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例1- 9,對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，實(shí)施例1-9所采用的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1所示的電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 包括本發(fā)明提出的小水電機(jī)群、風(fēng)電場、光伏電站、外部電網(wǎng)W及小水電機(jī)群廠內(nèi)負(fù)荷、10 ~35kV變電站所接負(fù)荷和外部電網(wǎng)所接負(fù)荷；同時(shí)如果地區(qū)電網(wǎng)接有大型抽水蓄能電站或 者儲能裝置，圖1采用虛線形式表示運(yùn)些大型抽水蓄能電站或者儲能裝置的接入。所述小水 電機(jī)群的輸出端連接10~35kV變電站，用于向10~35kV變電站輸出小水電機(jī)群所發(fā)電能或 者從10~35kV變電站吸收電能用于小水電機(jī)群的抽水儲能，所述風(fēng)電場的輸出端連接10~ 35kV變電站，用于向10~35kV變電站輸出風(fēng)電場所發(fā)電能，所述光伏電站的輸出端連接10 ~35kV變電站，用于向10~35kV變電站輸出光伏電站所發(fā)電能，所述10~35kV變電站通過 常規(guī)變壓器與外部電網(wǎng)連接。
[0064] 實(shí)施例1
[0065] 本實(shí)施例為含小水電機(jī)群與風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)優(yōu)化實(shí)施例，圖1為利用了 實(shí)施例1方法進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu);小水電機(jī)群連接10~35kV變電站的第一輸入端，所 述風(fēng)電場連接10~35kV變電站的第二輸入端，所述光伏電站連接10~35kV變電站的第S輸 入端，所述儲能裝置連接10~35kV變電站的第四輸入端，所述10~35kV變電站通過變壓器 連接外部電網(wǎng)；圖2為含小水電機(jī)群和其他可再生能源的電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化流程圖，具體包括W 下步驟：
[0066] SI.獲得次日第t個(gè)時(shí)段的所有小水電站的總凈負(fù)荷值Pu(t) W及每個(gè)小水電站的 計(jì)劃負(fù)荷Pi(t)，其中，i為小水電站的序號，為小水電站的數(shù)量，t表示時(shí)段的序 號；
[0067] 其中，Pu(t)=PL(t)-Ph(t)-Pwp(t)-Ppv(t);PL(t)為負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)，Ph(t)為外 部電網(wǎng)火電站出力數(shù)據(jù)，Pwp(t)為風(fēng)電場出力預(yù)測數(shù)據(jù)，Ppv(t)為光伏電站出力預(yù)測數(shù)據(jù)， 皆通過通信系統(tǒng)從電網(wǎng)調(diào)度部口獲得，通信系統(tǒng)再將其發(fā)送給小水電機(jī)群的能量管理系 統(tǒng)；由于總凈負(fù)荷值Pu(t)與風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及負(fù)荷相關(guān)，因此，所述凈負(fù)荷充分考慮了 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的消納，同時(shí)也涵蓋了電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷信息和負(fù)荷波動信息；
[006引 pi(t)=9.81X出(t)Xri(t)Xrizi;其中，出(t)為第i個(gè)小水電站在t時(shí)段的水頭， ri(t)為該小水電站上水庫在t時(shí)段的出庫流量，Ilzi為小水電站的抽水蓄能機(jī)組總效率，皆 通過每個(gè)小水電站的智能監(jiān)控設(shè)備采集獲得，智能監(jiān)控設(shè)備再將其發(fā)送給小水電機(jī)群的能 量管理系統(tǒng)；
[0069] S2.能量管理系統(tǒng)W調(diào)峰電量最大為優(yōu)化目標(biāo)，綜合考慮小水電站工作人員上報(bào) 的各小水電站計(jì)劃負(fù)荷Pi(t)和約束條件，采用動態(tài)規(guī)劃算法計(jì)算得到各小水電站實(shí)際負(fù) 荷Pfu(t)，然后通過通信系統(tǒng)將Pfu(t)傳送給各小水電站抽水蓄能機(jī)組控制系統(tǒng)，各小水 電站抽水蓄能機(jī)組獲得調(diào)峰電量最大目標(biāo)下的抽水任務(wù)或發(fā)電任務(wù)，其中發(fā)電任務(wù)指Pfu (t)>0時(shí)抽水蓄能機(jī)組所應(yīng)發(fā)出的有功功率，抽水任務(wù)指Pfu(t)<0時(shí)抽水蓄能機(jī)組抽水 所應(yīng)消耗的有功功率；
[0070]調(diào)峰電量最大目標(biāo)函數(shù)夫，其中，C表 示時(shí)段總數(shù)，C = 24;
[OOW 約束條件有:a.水庫庫容約束:￥1如。(0《￥加)《￥1,。3、(0;其中，￥如)為第1個(gè)小 水電站t時(shí)段上水庫的庫容，Vi,max(t)和Vi,min(t)分別為第i個(gè)小水電站t時(shí)段上水庫庫容的 上下限;b.水位約束:21,。1。(0《21(0《21,。3、(0;其中，21(0為第1個(gè)小水電站*時(shí)段的上 水庫水位，Zi,max(t)和Zi,min(t)分別為第i個(gè)小水電站t時(shí)段上水庫水位的上下限;C.出庫流 量約束:rl,mln(t)《rl(t)《rl,max(t);其中，rl(t)為第i個(gè)小水電站t時(shí)段上水庫的出庫流 量，ri,max(t)和ri,min(t)分別為第i個(gè)小水電站t時(shí)段上水庫出庫流量的上下限；d.水量平衡 約束:Vi(t+l)=Vi(t) + [Ii(t)-ri(t)]X At;其中，Ii(t)為第i個(gè)小水電站t時(shí)段上水庫的 入庫流量，A t為一個(gè)時(shí)段t的時(shí)長，一般W5~15min級或者30~60min級為一個(gè)時(shí)段，本實(shí) 施例中At = 60min;e.電站負(fù)荷約束：Pi,min(t)《Pfci(t)《Pi,max(t);其中，Pi,max(t)和Pi,min (t)分別表示小水電站工作人員確定的第i個(gè)小水電站t時(shí)段計(jì)劃出力的上下限。
[0072] 采用動態(tài)規(guī)劃算法計(jì)算各小水電站實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)具體包括W下子步驟：
[0073] S21.確定階段變量
[0074] 選取調(diào)度周期內(nèi)的計(jì)算時(shí)段作為決策階段，時(shí)段的序號t作為階段變量t = l，2---
[0075] 定義第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的上水庫的庫容Vi(t)為狀態(tài)變量;并記ViUWPVi (t+1)分別為第t個(gè)時(shí)段初和第t+1時(shí)段初的上水庫的庫容；W上水庫的出庫流量ri(t)為決 策變量；
[0076] S22.當(dāng)階段的決策作出后，狀態(tài)變量就從時(shí)段初狀態(tài)轉(zhuǎn)移到時(shí)段末狀態(tài)，運(yùn)種轉(zhuǎn) 變稱之為狀態(tài)轉(zhuǎn)移。在給定t時(shí)段初的狀態(tài)變量Vi(t)及決策變量ri(t)后，t時(shí)段末的狀態(tài)變 量Vi(t+1)就能根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程確定了。所述的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為水量平衡方程Vi(t+1) = Vi(t) + [Ii(t)-ri(t)]XAt，其中初始值Vi(0)，ri(0)，Ii(0)和At為已知量。
[0077] S23.建立階段效益函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)
[0078] 本實(shí)施例W調(diào)峰電量最大作為目標(biāo)函數(shù)，那么階段效益函數(shù)就是某一確定時(shí)段的 余荷絕對值，即
，其中F(t)表示t時(shí)段的余荷絕對值;將全部C個(gè) 時(shí)段的階段效益函數(shù)進(jìn)行比較尋優(yōu)，找出所有時(shí)段中F(t)最大的時(shí)段，令該時(shí)段的F(t)最 小就形成了調(diào)峰電量最大的目標(biāo)函數(shù)，即
[00巧]S24.建立遞推方程
[0080]通過遞推計(jì)算方程，采用順時(shí)序法或者逆時(shí)序法逐時(shí)段遞推計(jì)算，確定各時(shí)段初 狀態(tài)變量Vi(t)對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值MB,本實(shí)施例采用順時(shí)序遞推，得到的遞推方程為
。根據(jù)遞推公式確定滿足調(diào)峰電量最大的 決策變量ri(t)，然后由公式計(jì)算得到各個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷Pfci(t)=9.81 X出(t) Xri (t) Xrizio
[0081 ] S25 .因?yàn)檎{(diào)峰電量最大模型要求抽水蓄能機(jī)組能夠根據(jù)凈負(fù)荷扣j波動快速啟停 實(shí)現(xiàn)功率跟蹤，所W小水電抽水蓄能機(jī)組的發(fā)電和抽水控制采用功率雙向快速跟蹤控制。 各小水電抽水蓄能機(jī)組根據(jù)能量管理系統(tǒng)下達(dá)的發(fā)電任務(wù)和抽水任務(wù)分別運(yùn)行于發(fā)電與 抽水工況，利用電子電力變壓器控制抽水蓄能機(jī)組雙向功率快速跟蹤，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率下調(diào) 峰電量最大和負(fù)荷盡量平穩(wěn)的目標(biāo)。
[0082] 實(shí)施例2
[0083] W所述的相同步驟重復(fù)實(shí)施例1，區(qū)別在于，所述優(yōu)化目標(biāo)為小水電機(jī)群的總發(fā)電 量最大，所述目標(biāo)函數(shù)戈
[0084] 實(shí)施例3
[0085] W所述的相同步驟重復(fù)實(shí)施例1，區(qū)別在于，所述優(yōu)化目標(biāo)為小水電機(jī)群的棄水量 最小，所述目標(biāo)函數(shù)為
；其中，I表 示假設(shè)條件。AVi(t)表示第i個(gè)小水電站t時(shí)段的棄水量。
[00化]實(shí)施例4
[0087] W所述的相同步驟重復(fù)實(shí)施例1，區(qū)別在于，所述優(yōu)化目標(biāo)為火電站的機(jī)組耗煤量 最小，所述目標(biāo)函數(shù)戈
，其中，j表示電網(wǎng)中火電站的序號，Mh表示 電網(wǎng)中火電站的數(shù)量，Wi(t)表示第j個(gè)火電站在第t個(gè)時(shí)段的發(fā)電量。
[0088] 實(shí)施例5
[0089] W所述的相同步驟重復(fù)實(shí)施例1，區(qū)別在于，所述優(yōu)化目標(biāo)為電網(wǎng)負(fù)荷的波動最 小，所述目標(biāo)函數(shù)關(guān)
'
[0090] 實(shí)施例6
[0091] W所述的相同步驟重復(fù)實(shí)施例1，區(qū)別在于，所述優(yōu)化目標(biāo)為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境 效益最大，所述目標(biāo)函數(shù)為
[0092]
[0093] 其中，q表示電網(wǎng)中風(fēng)電場的編號，y表示電網(wǎng)中光伏電站的編號，Mf表示電網(wǎng)中風(fēng) 電場總數(shù)，Mg表示電網(wǎng)中光伏電站總數(shù)，C^t)表示火電在t時(shí)段的電價(jià)，Ci(t)表示水電在t 時(shí)段的電價(jià)，Cq(t)表示風(fēng)電在t時(shí)段的電價(jià)，Cy(t)表示光伏發(fā)電在t時(shí)段的電價(jià)，Pw(t)表 示第j個(gè)火電機(jī)組t時(shí)段的負(fù)荷，Pwpq(t)表示第q個(gè)風(fēng)電場t時(shí)段的負(fù)荷，Ppvy表示第y個(gè)光伏 電站t時(shí)段的負(fù)荷，aj、bj、Cj表示第j個(gè)火電機(jī)組的燃料耗量特性系數(shù)，Qj、Pj、丫 j、Aj、Sj表示 第j個(gè)火電機(jī)組的氣體排放特性系數(shù)，Ew表示第j個(gè)火電機(jī)組的額定功率;fl、f2、f3分別表示 水火電系統(tǒng)發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益最大函數(shù)、火電系統(tǒng)能耗和污染氣體排放最小函數(shù)、火電機(jī)組負(fù) 荷波動最小函數(shù)。
[0094] 實(shí)施例7
[00M]在實(shí)施例1-實(shí)施例6的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法中，如果負(fù)荷預(yù)測PL(t)和可再生能源出力 (即扣(t)、Pwp(t)和Ppv(t)的實(shí)際值之和)預(yù)測出現(xiàn)偏差，它們之間會存在功率差額AP，此時(shí) 儲能裝置可對此進(jìn)行消納補(bǔ)償;儲能裝置可W為飛輪儲能、壓縮空氣儲能、化學(xué)儲能、蓄電 池。
[0096] 實(shí)施例8
[0097] 本實(shí)施例為小水電站機(jī)群組成分布式儲能系統(tǒng)的方法實(shí)施例，分布式儲能系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3所示結(jié)構(gòu)包括小水電機(jī)群，能量管理系統(tǒng)，電網(wǎng)調(diào)度部口、電子電力變 壓器和電網(wǎng)。所述的小水電機(jī)群包括同一流域或者不同流域的小水電站，每個(gè)小水電站包 括電子電力變壓器化PT)、設(shè)置于上游的上水庫、設(shè)置于下游的下水庫、由可逆式水輪機(jī)和 可逆式發(fā)電電動機(jī)組成的抽水蓄能機(jī)組、通信系統(tǒng)W及智能監(jiān)控設(shè)備;上水庫通過壓力管 道與抽水蓄能機(jī)組連接，抽水蓄能機(jī)組的出水口與下水庫相連;發(fā)電時(shí)，上水庫中的水通過 壓力管道輸送給抽水蓄能機(jī)組發(fā)電;發(fā)電結(jié)束后從抽水蓄能機(jī)組出水口排出的水流入下水 庫;抽水蓄能時(shí)，抽水蓄能機(jī)組將下水庫中的水抽出至壓力管道，通過壓力管道再將其輸送 到上水庫進(jìn)行蓄水儲能。能量管理系統(tǒng)的第一通信端連接電網(wǎng)調(diào)度部口，從電網(wǎng)調(diào)度部口 獲得負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)、風(fēng)電場出力預(yù)測數(shù)據(jù)和光伏電站出力預(yù)測數(shù)據(jù);能量管理系統(tǒng)的第二 通信端連接小水電站的控制系統(tǒng)，獲得各個(gè)小水電站發(fā)送的自身參數(shù);能量管理系統(tǒng)根據(jù) 負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)、風(fēng)電場出力預(yù)測數(shù)據(jù)和光伏電站出力預(yù)測數(shù)據(jù)，W及通過各小水電站的智 能監(jiān)控設(shè)備獲得的每個(gè)小水電站的水頭、庫容量等自身參數(shù)計(jì)算每個(gè)小水電站所應(yīng)承擔(dān)的 實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)，再發(fā)送給小水電站的控制系統(tǒng)，W此作為目標(biāo)進(jìn)行發(fā)電或抽水蓄能。抽水 蓄能機(jī)組通過電子電力變壓器化PT)與電網(wǎng)相連，一方面用于將分布式儲能系統(tǒng)發(fā)電時(shí)各 小水電站抽水蓄能機(jī)組所發(fā)電能送到電網(wǎng)或者從電網(wǎng)吸收電能用于分布式儲能系統(tǒng)中各 小水電站的抽水蓄能；另一方面用于控制小水電站抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行在最優(yōu)效率W及提高 并網(wǎng)電能質(zhì)量。
[009引實(shí)施例9
[0099] 本實(shí)施例為利用S相S級結(jié)構(gòu)電子電力變壓器巧PT)提高小水電抽水蓄能機(jī)組運(yùn) 行效率和并網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)施例。
[0100] 基于EPT的可逆式發(fā)電電動機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)如圖4所示，圖4所示的并網(wǎng)系統(tǒng)包括由可 逆式水輪機(jī)和可逆式發(fā)電電動機(jī)組成的抽水蓄能機(jī)組、EPT和電網(wǎng)，所述的EPT由機(jī)側(cè)SPWM 變換器、隔離型全橋DC-DC變換器和網(wǎng)側(cè)SPWM變換器組成;所述的可逆式水輪機(jī)與可逆式發(fā) 電電動機(jī)同軸相連，然后可逆式發(fā)電電動機(jī)與EPT的機(jī)側(cè)SPWM變換器相連，EPT的網(wǎng)側(cè)SPWM 變換器與電網(wǎng)相連。機(jī)側(cè)SPWM變換器用于控制機(jī)側(cè)電壓電流頻率跟隨可逆式水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的 變化;網(wǎng)偵化PWM變換器用于控制網(wǎng)側(cè)輸出電流頻率跟蹤電網(wǎng)頻率，同時(shí)控審化PT低壓偵幢流 電壓恒定W及EPT網(wǎng)側(cè)電流正弦和功率因數(shù)可調(diào)；隔離型全橋DC-DC變換器用于隔離機(jī)側(cè) SPWM變換器和網(wǎng)側(cè)SPWMW及實(shí)現(xiàn)變壓功能。
[0101] 圖5給出了基于EPT的最優(yōu)運(yùn)行效率調(diào)節(jié)示意圖，包括效率尋優(yōu)計(jì)算單元、調(diào)速器、 隨動系統(tǒng)、引水系統(tǒng)、可逆式發(fā)電電動機(jī)、EPT及其控制系統(tǒng)；
[0102] 所述效率尋優(yōu)計(jì)算單元的第一輸出端連接調(diào)速器，第二輸出端連接EPT控制系統(tǒng)， 用于獲得優(yōu)化轉(zhuǎn)速11^并輸出，第=輸出端連接隨動系統(tǒng)的第一輸入端，用于獲得優(yōu)化導(dǎo)葉 開度a并輸出，所述調(diào)速器的輸出端連接隨動系統(tǒng)的第二輸入端，用于獲得推動隨動系統(tǒng)的 力矩量并輸出；所述隨動系統(tǒng)根據(jù)所述力矩量，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度為優(yōu)化導(dǎo)葉開度a并輸出轉(zhuǎn)矩 量；引水系統(tǒng)的輸出端連接可逆式發(fā)電電動機(jī)的輸入端，用于輸出考慮了水鍵效應(yīng)的轉(zhuǎn)矩 量，所述可逆式發(fā)電電動機(jī)的第一輸出端連接調(diào)速器的第二輸入端，將可逆式發(fā)電電動機(jī) 的實(shí)際轉(zhuǎn)速n輸出?？赡媸桨l(fā)電電動機(jī)通過EPT并網(wǎng)。具體的基于電子電力變壓器提高小水 電抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行效率和并網(wǎng)電能質(zhì)量步驟為：
[0103] (1)可逆式水輪機(jī)效率尋優(yōu)。首先可逆式水輪機(jī)根據(jù)給定的有功負(fù)荷N和智能化設(shè) 備采集的實(shí)時(shí)水頭H，由公式
[0104]
[0105] 計(jì)算得到單位負(fù)荷N'，然后由最高效率曲線查得可逆式水輪機(jī)的單位流量Q'，根 據(jù)單位流量Q'由導(dǎo)葉開度曲線查得可逆式水輪機(jī)的優(yōu)化導(dǎo)葉開度曰，同時(shí)根據(jù)單位流量Q' 由效率峰頂線查得可逆式水輪機(jī)的單位轉(zhuǎn)速n'，利用變換公式
[0106]
[0107] 將單位轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為實(shí)際優(yōu)化轉(zhuǎn)速rA最終得到的實(shí)際優(yōu)化轉(zhuǎn)速n勺日優(yōu)化導(dǎo)葉開度a 即是可逆式水輪機(jī)最優(yōu)效率下對應(yīng)的轉(zhuǎn)速指令和導(dǎo)葉開度指令。式中：N為給定的有功負(fù) 荷;H為水頭;％為可逆式發(fā)電電動機(jī)的效率;Q/為單位流量;r/為單位轉(zhuǎn)速，實(shí)際優(yōu)化轉(zhuǎn) 速;妒為單位負(fù)荷;Di為可逆式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑。
[0108] (2)抽水蓄能機(jī)組的控制。為了更好的控制水輪機(jī)在不同負(fù)荷下均能運(yùn)行于最優(yōu) 轉(zhuǎn)速附近，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的優(yōu)化調(diào)節(jié)，可逆式水輪機(jī)調(diào)節(jié)器需要承擔(dān)控制功率和轉(zhuǎn)速的雙重作 用;具體的包括將步驟（1 )計(jì)算得到的優(yōu)化轉(zhuǎn)速指令11^與測量得到的實(shí)際轉(zhuǎn)速11一同送入可 逆式水輪機(jī)的調(diào)速器中，控制實(shí)際轉(zhuǎn)速n跟蹤優(yōu)化轉(zhuǎn)速同時(shí)控制可逆式水輪機(jī)隨動系統(tǒng) 的導(dǎo)葉開度為步驟（1)計(jì)算得到的導(dǎo)葉開度指令〇,實(shí)現(xiàn)功率控制?？赡媸桨l(fā)電電動機(jī)的控 制策略很多，本實(shí)施例采用定子電流d軸分量isd = 0的矢量控制策略。
[0109] (3)電子電力變壓器的控制。電子電力變壓器機(jī)側(cè)SPWM變換器需根據(jù)水輪機(jī)有功 負(fù)荷給定值的變化調(diào)節(jié)有功電流，同時(shí)還需跟蹤效率尋優(yōu)計(jì)算的轉(zhuǎn)速指令值，所W控制系 統(tǒng)采用基于dq坐標(biāo)軸的有功功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制:其中有功功率外環(huán)控制將 水輪機(jī)實(shí)際輸出有功功率與水輪機(jī)有功負(fù)荷給定值求差，差值經(jīng)過第一比例積分控制器， 其輸出作為機(jī)側(cè)輸入電流q軸分量的參考值；電流內(nèi)環(huán)控制將機(jī)側(cè)輸入電流d軸分量與d軸 分量的參考值(本實(shí)施例設(shè)置d軸分量的參考值為0)求差，差值經(jīng)過第二比例積分控制器， 其輸出加上d軸交叉禪合電壓的補(bǔ)償項(xiàng)作為機(jī)側(cè)電壓d軸分量的控制電壓；同時(shí)電流內(nèi)環(huán)控 制將機(jī)側(cè)輸入電流q軸分量與其q軸分量的參考值求差，差值經(jīng)過第=比例積分控制器，其 輸出加上q軸交叉禪合電壓的補(bǔ)償項(xiàng)作為機(jī)側(cè)電壓q軸分量的控制電壓。網(wǎng)側(cè)SPWM變換器需 控制網(wǎng)側(cè)SPmi變換器側(cè)的直流電壓恒定，同時(shí)為了提高并網(wǎng)質(zhì)量，還需控制網(wǎng)側(cè)SPmi變換 器輸出到電網(wǎng)的電流正弦和功率因數(shù)可調(diào)，所W控制系統(tǒng)采用基于dq坐標(biāo)軸的直流電壓外 環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制:直流電壓外環(huán)控制將EPT網(wǎng)側(cè)直流電壓實(shí)際值與直流電壓給 定值求差，差值經(jīng)過第四比例積分控制器，其輸出作為網(wǎng)側(cè)輸出電流d軸分量的參考值；電 流內(nèi)環(huán)控制將網(wǎng)側(cè)輸出電流d軸分量與d軸分量的參考值求差，差值經(jīng)過第五比例積分控制 器，其輸出加上d軸交叉禪合電壓的補(bǔ)償項(xiàng)作為網(wǎng)側(cè)電壓d軸分量的控制電壓；同時(shí)為實(shí)現(xiàn) EPT網(wǎng)側(cè)輸出無功功率控制，本實(shí)施例用網(wǎng)側(cè)輸出無功功率給定值除W網(wǎng)側(cè)電壓d軸分量求 得網(wǎng)側(cè)輸出電流q軸分量參考值，網(wǎng)側(cè)輸出電流q軸分量與q軸分量的參考值差值經(jīng)過第六 比例積分控制器，其輸出加上q軸交叉禪合電壓的補(bǔ)償項(xiàng)作為機(jī)側(cè)電壓q軸分量的控制電 壓。電子電力變壓器隔離級用于隔離機(jī)側(cè)SPWM變換器和網(wǎng)側(cè)SPWMW及實(shí)現(xiàn)變壓功能，中頻 變壓器兩邊的單相全橋變換器采用占空比為50 %的PWM控制。
[0110] 電子電力變壓器的機(jī)側(cè)變換器能夠通過調(diào)節(jié)定子側(cè)的d軸和q軸電流，控制發(fā)電機(jī) 的電磁轉(zhuǎn)矩和定子的無功功率，使可逆式發(fā)電電動機(jī)變速運(yùn)行；網(wǎng)側(cè)變換器通過調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè) 的d軸和q軸電流，實(shí)現(xiàn)輸出有功和無功功率的解禪控制、直流側(cè)電壓控制W及并網(wǎng)電能質(zhì) 量控制。
[0111] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于小水電站的分布式儲能方法，其特征在于，包括： (1) 獲得一個(gè)儲能周期T中，第t個(gè)時(shí)段所有小水電站的總凈負(fù)荷值Pu(t); (2) 根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)、總凈負(fù)荷值Pu(t)W及第i個(gè)小水電站的計(jì)劃負(fù)荷pi(t)，獲得第i個(gè) 小水電站的實(shí)際負(fù)荷Pfc;i(t); (3) 根據(jù)第i個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷pfu(t)，對第i個(gè)小水電站的抽水蓄水裝置進(jìn)行控 審IJ，令所述第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下按照實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)運(yùn)行，所述抽水蓄水裝置由水 輪機(jī)或水累組成，或者所述抽水蓄水裝置為可逆式水輪機(jī)。2. 如權(quán)利要求1所述的分布式儲能方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標(biāo)為調(diào)峰電量最大?，棄水量最小)或電網(wǎng)負(fù)荷的波動最 小癢中，Μ為小水電站的數(shù)量，ξ為一個(gè)儲能周期T包括 的時(shí)段數(shù)，A t為第t個(gè)時(shí)段持續(xù)的時(shí)間，且Τ = ξ X Δ t，Vi(t)為第i個(gè)小水電站第t個(gè)時(shí)段的 上水庫的庫容，Vi,max(t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫庫容的上限;Zi(t)為第i個(gè) 小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫的水位，Zi,max(t)為第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的上水庫水 位的上限，AVi(t)表示第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的棄水量。3. 如權(quán)利要求2所述的分布式儲能方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標(biāo)的約束條件為水庫 庫容約束、水位約束、出庫流量約束、水量平衡約束W及電站負(fù)荷約束。4. 如權(quán)利要求2所述的分布式儲能方法，其特征在于，所述第t個(gè)時(shí)段持續(xù)的時(shí)間Δ t為 5min~60min，所述一個(gè)儲能周期T包括的時(shí)段數(shù)ξ為24~288。5. 如權(quán)利要求1所述的分布式儲能方法，其特征在于，所述步驟(3)具體包括W下子步 驟： (3-1)獲得第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的單位負(fù)宿：其中，出(t)為 第i個(gè)小水電站在第t個(gè)時(shí)段的水頭，Di為第i個(gè)小水電站的抽水蓄水裝置的轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱直 徑，ru為第i個(gè)小水電站的動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的效率;所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置由發(fā)電機(jī)W 及電動機(jī)組成，或者所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置為可逆式發(fā)電電動機(jī)； (3-2)根據(jù)單位負(fù)荷Ni'（t)，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝置的 實(shí)際轉(zhuǎn)速m(t)W及導(dǎo)葉開度α; (3-3)控制所述抽水蓄水裝置的導(dǎo)葉開度為α，實(shí)際轉(zhuǎn)速為m(t)，令所述第i個(gè)小水電站 在最優(yōu)效率下按照實(shí)際負(fù)荷Pfu(t)運(yùn)行。6. 如權(quán)利要求5所述的分布式儲能方法，其特征在于，所述步驟(3-2)具體包括:根據(jù)單 位負(fù)荷Ni'（t)W及所述抽水蓄水裝置的最高出力曲線，獲得抽水蓄水裝置的單位流量Q'l; 根據(jù)所述抽水蓄水裝置的最高效率曲線，獲得抽水蓄水裝置的效率rWaxi;根據(jù)所述單位流 量Q'l、抽水蓄水裝置的效率rWaxiW及抽水蓄水裝置的效率峰頂曲線，獲得抽水蓄水裝置的 單位轉(zhuǎn)速n'i(t);根據(jù)單位轉(zhuǎn)速n'i(t)，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水 裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速同時(shí)根據(jù)所述單位流量Q'lW及所述抽水蓄水裝置的導(dǎo) 葉開度曲線，獲得第i個(gè)小水電站在最優(yōu)效率下對應(yīng)的抽水蓄水裝置的導(dǎo)葉開度曰。7. 如權(quán)利要求1所述的分布式儲能方法，其特征在于，所述步驟(2)中獲得實(shí)際負(fù)荷的 方法包括線性規(guī)劃算法、動態(tài)規(guī)劃算法、改進(jìn)動態(tài)規(guī)劃算法或智能優(yōu)化求解算法;其中，所 述改進(jìn)動態(tài)規(guī)劃算法包括增量動態(tài)規(guī)劃算法、逐步優(yōu)化算法或動態(tài)規(guī)劃逐次逼近算法;所 述智能優(yōu)化求解算法包括遺傳算法、改進(jìn)遺傳算法、蟻群算法、改進(jìn)蟻群算法、粒子群算法 或改進(jìn)粒子群算法。8. -種利用權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述方法的分布式儲能系統(tǒng)，其特征在于，包括小 水電機(jī)群、能量管理單元、上水庫、壓力管道、下水庫、控制單元、抽水蓄水裝置、動能-電能 轉(zhuǎn)換裝置W及信息交互單元;所述壓力管道、控制單元、抽水蓄水裝置、動能-電能轉(zhuǎn)換裝置 W及信息交互單元與所述小水電站一一對應(yīng)； 所述小水電機(jī)群包括分散的同一流域或者跨流域的小水電站，所述上水庫設(shè)置于小水 電站的上游，所述抽水蓄水裝置W及下水庫設(shè)置于小水電站的下游，所述壓力管道的第一 端連接所述上水庫的出水口，所述壓力管道的第二端連接所述抽水蓄水裝置的進(jìn)水口，所 述抽水蓄水裝置的出水口連接所述下水庫的進(jìn)水口； 所述能量管理單元的信號端連接所述信息交互單元的第一信號端，所述信息交互單元 的第二信號端連接所述控制單元的信號端;所述控制單元的輸出端連接所述抽水蓄水裝置 的輸入端，所述抽水蓄水裝置的交互端連接動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第一交互端； 所述能量管理單元用于獲得每個(gè)小水電站的實(shí)際負(fù)荷，并輸出；所述信息交互單元用 于獲得對應(yīng)的小水電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)W及實(shí)際負(fù)荷;所述控制單元用于根據(jù)所述實(shí)際負(fù)荷控 制所述抽水蓄水裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速W及導(dǎo)葉開度，使所述小水電站按照實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行;所述 抽水蓄水裝置用于在發(fā)電工況下將水的勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)用于在蓄能工況下將機(jī)械 能轉(zhuǎn)換為水的勢能，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置用于在發(fā)電工況下將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí) 用于在蓄能工況下將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。9. 如權(quán)利要求8所述的分布式儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括水頭、上水庫 的庫容、下水庫的庫容、上水庫的水位、下水庫的水位、上水庫的出庫流量W及上水庫的入 庫流量。10. 如權(quán)利要求8所述的分布式儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述分布式儲能系統(tǒng)還包括電 子電力變壓器，所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置的第二交互端連接所述電子電力變壓器，所述電子 電力變壓器用于發(fā)電工況下將所述動能-電能轉(zhuǎn)換裝置輸出的電能輸出至外部電網(wǎng)，用于 在在蓄能工況下將外部電網(wǎng)輸入的電能輸出至動能-電能轉(zhuǎn)換裝置，同時(shí)用于控制抽水蓄 水裝置在最優(yōu)效率下運(yùn)行。
【文檔編號】H02J3/28GK106099960SQ201610564445
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】王丹, 毛承雄, 張高言, 田杰, 陸繼明
【申請人】華中科技大學(xué)