分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法.pdf
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1、 :引用格式:吕航,柴小亮,徐松晓,等分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法无线电工程,():,():分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法吕航,柴小亮,徐松晓,赵海东,安佳坤(国网河北省电力有限公司保定供电分公司,河北 保定;国网河北省电力有限公司经济技术研究院,河北 石家庄)摘要:研究分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法,稳定系统、保障系统的安全平稳运行。分析分布式光伏发电并网系统拓扑结构,及其混合储能单元运行过程,依据分析结果选用小波分解法分解不同天气下该系统的初始光伏出力为高、低频波动信号与近似信号,通过混合储能单元中超级电容与蓄电池分别平抑高、低频波动
2、信号至接近近似信号,平稳系统出力;统计各种天气下高、低频波动分量,得出二者的概率分布,依据此分布获得系统平稳出力下的混合储能单元最高功率,结合最高容量等设定约束条件,构建以系统现实出力满足度等为目标函数的混合储能容量规划模型,实现系统混合储能容量的自适应规划。结果表明,在该方法的规划下,分布式光伏发电并网系统在不同天气下的出力均可达到平稳状态,系统的现实出力满足度较高,且系统储能设备未实施更换,规划效果理想,实际应用性较高,可为分布式光伏发电并网系统的平稳运行提供保障。关键词:分布式;光伏发电;并网系统;混合储能单元;容量规划;出力满足度中图分类号:文献标志码:开放科学(资源服务)标识码():
3、文 章 编 号:(),(,;,):,;,:;收稿日期:基金项目:河北省重点研发计划():()工程与应用 年 无线电工程 第 卷 第 期 引言分布式光伏发电系统通常与终端负载较为接近,其主要特点是应用范围广、地理位置限制小、易于维护及安装、能量使用率高及占地小等。分布式光伏发电并网系统可连接公共电网,二者的功率可互换,该系统中光伏电池阵列所输出的电能不仅能够向附近负载提供,而且能够提供给公共电网,当系统的光伏供能低时,能够经由公共电网将电能供应给附近负载。此类系统和公共电网之间互换功率时,通常过程较为随意且不连贯,导致该系统连接公共电网后,其电能质量与运行控制等方面受到不同程度的干扰。通常可通过
4、为此类系统配备相应的储能容量,令系统的出力更平稳,公共电网互换功率的波动降低,并提升系统与公共电网相连时功率的可调度性,以此避免上述干扰情况的发生,保障系统与电网运行的安全稳定。分布式光伏发电并网系统内储能容量的关键装置为储能电池,其特点是具有调整电压与平抑功率等功能。储能电池包含液流电池、锂电池及铅酸蓄电池等。其中,液流电池具有较高的容量,但其使用成本相对较高,且技术成熟度较低;锂电池的优点是环保、体积小、能量比与功率比较高,缺点是其成组技术成熟度稍低;铅酸蓄电池的优点是容量比高,且技术相对较为成熟等,其缺点是环保性差、高温下使用寿命短。由于各种储能电池均具备各自的优缺点,为获得功率与能量性
5、能的综合优势,可选取分别在两方面表现优越的超级电容与蓄电池构成混合储能单元,用于分布式光伏发电并网系统,通过对其容量的合理规划,达到系统的能量与功率的双重稳定,保障系统与公共电网的稳定运行。综合以上分析,本文研究了一种分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划方法,降低该系统运行中光伏出力的波动性,保障系统的平稳出力与运行。分布式光伏发电并网系统混合储能容量自适应规划 分布式光伏发电并网系统拓扑结构分布式光伏发电并网系统的拓扑结构如图所示。图分布式光伏发电并网系统拓扑结构 该系统主要包括混合储能单元、光伏电池阵列单元及电能转换器单元等,通过光伏电池阵列单元转化太阳能为电能,并经由直流变换器提
6、升该单元的端电压,直至达到该系统的直流母线电压为止,实现追踪最高功率点、提升太阳能使用率的目的;混合储能单元主要由超级电容与蓄电池以及二者对应的充放电装置共同构成,为达到支撑负荷用电、吸收余下光伏发电功率及平滑入网功率等目的,系统采取相应措施对混合储能单元的充放电功率实施控制。分布式光伏发电并网系统同就地负荷和公共电网的连接是依靠逆变器实现的,经由公共电网购电的方式或者光伏电池阵列单元所输出的电能均可满足实际负荷需求。分布式光伏发电并网系统的能量平衡关系式为:储 蓄 超 储 ,()式中:储表示混合储能单元的充放电功率,当此值为正时代表其正在放电,相反则代表其正在充电;超与蓄分别表示超级电容与蓄
7、电池的充放电功率,正负值所对应的充放电状态与储相同;表示负荷消耗功率,表示光伏电池阵列单元和混合储能单元二者所输出的功率总和,表示光伏电池阵列单元的输出功率,表示公共电网和分布式光伏发电并网系统所输出的功率,当该值为负数时,表示分布式光伏发电并网系统吸收公共电网功率,反之则表示系统将功率输向公共电网。混合储能单元运行过程混合储能单元中的蓄电池与超级电容均经由 变换器连接母线,以母线的实时电压波动为依据,由混合储能单元对 变换器的占空比实施管控,以此实现对蓄电池和超级电容充放电电流工程与应用 的管控。由混合储能单元与光伏电池阵列供应的直流电可直接被直流负载所应用,同时二者也可使用逆变器将电流转变
8、为交流电提供给交流负载应用。分布式光伏发电并网系统混合储能单元的运行方式重点为:在光伏功率低于负载功率的情况下,变换器在方式下运行,此时混合储能单元需通过放电将电能供应给负载,为实现对混合储能单元放电的操控,需对变换器的占空比实施调整;在光伏功率高于负载功率的情况下,变换器在的方式下运行,混合储能单元通过母线将多出的电能吸收并存储,此时为了对混合储能单元充电实施操控,同样需调整变换器的占空比。混合储能单元的运行过程如图所示。图混合储能单元运行过程 混合储能单元容量自适应规划方法设计通过研究所设计的分布式光伏发电并网系统拓扑结构及混合储能单元运行过程得知,混合储能单元最高功率是影响系统运行及混合
9、储能单元最高充放电能力的关键。因此,为实现自适应规划系统的混合储能单元容量,需先获得系统平稳出力状态下的混合储能单元最高功率,并依据此最高功率计算出其最高充放电功率作为约束条件之一,构建以系统的现实出力满足度等为目标的混合储能单元容量自适应规划模型,达到自适应规划分布式光伏发电并网系统混合储能容量的目的。混合储能单元最高功率确定混合储能单元的最高充放电能力可通过其最高功率呈现,可平抑波动区间由其最高功率决定,另外,其最高功率可直接影响到分布式光伏发电并网系统的运行。因此,为实现分布式光伏发电并网系统的混合储能单元容量自适应规划,需确定系统平稳出力状态下的混合储能单元功率,通过结合小波分解与平抑
10、的方式,令系统的出力达到平稳。经由小波分解方法对分布式光伏发电并网系统的日光伏出力过程实施分解,获得分解之后的高、低频波动信号及近似信号。其中,低频波动信号是指波动幅度高但波动次数少的波动信号,通过混合储能单元中的蓄电池能够对其实施平抑;近似信号主要为平滑的整体光伏出力趋势信号;高频波动信号是指波动幅度小但次数多的波动信号,通过混合储能单元中的超级电容能够对其实施平抑。以小波分解后获取的近似信号作为混合储能单元容量自适应规划方法中此类别天气下分布式光伏发电并网系统的目标出力曲线,通过混合储能单元中的蓄电池与超级电容分别对低频与高频波动信号实施平抑,令低频与高频波动信号接近近似信号,不仅能够将分
11、布式光伏发电并网系统本身的发电量充分运用,而且能够有效降低混合储能单元的配置容量,提升分布式光伏发电并网系统的出力平稳性。分布式光伏发电并网系统光伏出力的混合储能平抑过程如图所示。图分布式光伏发电并网系统光伏出力的混合储能平抑过程 以任意某种类别天气条件为例,通过小波分解获得此类别天气下分布式光伏发电并网系统初始光伏出力的种分解信号,向系统内混合储能单元的蓄电池发送低频波动信号的功率指令,向系统内混合储能单元的超级电容发送高频波动信号的功率指令,经由混合储能单元的蓄电池与超级电容储能充放,实现对种频率出力波动的平抑,令所获得的分布式光伏发电并网系统混合储能单元出力与初始光伏出力的近似信号接近,
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