并网型风光互补发电系统储能优化调度研究

研究

摘要：近年来能源消耗不断加剧，因为大量化学能源如煤炭、石油等的大量使用，造成的环境问题日益突出，全世界都把目光转向了清洁能源，因此如何充分利用太阳能、风能等清洁能源对减少一次能源消耗及降低环境污染显得尤为重要。然而风力和光伏发电容易受到天气和气候的影响，极不稳定，这使得风光互补发电系统在并网过程中会对大电网的安全稳定运行有较大影响。

关键词：风光互补发电系统；储能优化；调度 引言

光能和风能是自然界赋予人类的清洁能源，充分利用风能、光能对于缓解人类能源危机具有重大意义。但是，风能、光能的间歇性和波动性导致单一发电可靠性低。文中对光伏发电和风力发电模块均采用最大功率跟踪技术，以确保光能和风能充分利用。同时，将两者结合起来，根据有光、无光、有风、无风４种情况，对能量流动协调控制，实现优势互补，从而提升发电系统的可靠性。

1风光互补发电系统概述

风光互补发电系统总体结构主要包括电能产生环节、电能储存消耗环节以及电能变换控制环节三个主要部分。其中，该系统的电能主要是由太阳能和风力发电两种形式所产生的，可以通过交流风机或者直流风机的方式将风能转化为电能，同时，也可以通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，从而能够为系统提供源源不断的电能支持，实现清洁能源的有效转化。电能控制环节主要包括主控制电路以及变换器等核心部分，在整个发电系统中有着十分关键的作用和价值。三相交流电在进入变换器后直流风机会输出直流电流。太阳能电池板输出得到的直流电再输入变换器，经过控制芯片的有效控制，能够实现功率的变换。同时，也可以对各种参数和信息进行采集与处理，实现风险的有效预警以及设备的持续运行，

减少故障问题的发生。风光互补发电系统中的电能存储消耗环节主要包括消耗电能和存储电能两部分内容组成，电能的消耗部分主要包括交流负载和直流负载。直流负载可以经过蓄电池引入系统当中，也可以通过直流变换电路提供相对应的直流电压。交流负载则需要经过蓄电池将直流电流转化为交流电流。电能的储存部分主要由蓄电池来完成，可以起到系统的平衡负载以及电动调节的作用，在整个系统中有十分重要的地位。风光互补发电控制技术是目前应用最广泛的一种发电控制技术，也是应用前景最广阔的一种清洁能源利用技术。风光互补发电系统在实际运行的过程中由于涉及的环节和设备比较多，难免会受到各种因素的影响而导致发电故障以及发电效率低下。其中，蓄电池负载状态、用电量、光强以及风速都是影响系统运行稳定性的主要因素。因此，需要加强对风光互补发电系统工作流程以及工作环节的研究，合理控制系统的运行情况，加强对各种因素随机性和概率性问题的探讨，从而能够有效地控制各种参数和数据，使得系统可以不断优化和升级，在最佳条件下持续不断地运行。风光互补发电控制技术的主要功能在于控制蓄电池的充电放电流程，控制风机和太阳能电池板的输出功率，控制协调输入输出的能量以及对整体系统的运行进行保护和维护等。控制器在功能发挥上与发电系统的要求息息相关，不同发电系统的要求针对的功能特点也各不相同。所以，在进行风光互补发电系统控制技术应用的过程中，需要对系统的工作目的以及系统的工作环节进行有效的分析，从而采取合理的措施进行系统的控制与维护。

2并网型风光互补发电系统储能优化调度研究 2.1系统设计

风光发电呈现时间互补特征，夜晚风速大于白天风速，其输出风能比较高，而白天太阳能资源丰富，光伏发电效果好，彼此在能源上有互补性，可以共同使用一部分控制器件和蓄能设备，因此将两者结合起来能够形成优势性的风光互补发电系统，可以将风能和太阳能综合利用起来，应用前景比较好。风光发电互补系统如图1所示，光伏列阵、风机发电，将电能存储到蓄电池组中，用户用电时只需要利用逆变器就能够将直流电转化为交流电，实现电能传输。

2.2传统的逆变器控制策略

传统的双闭环PI控制可以分解为内环电流控制器和外环控制器。内环电流控制器由并网电流通过派克变换输出dq轴电流并使快速跟踪参考值;外环控制器可根据直流电压参考值和经锁相环锁定的并网电流频率和相位，计算内环电流控制器的dq轴电流参考值，再经PI控制及矢量坐标变换得到逆变器SPWM驱动控制信号，风光互补发电系统由于存在并联的风力发电系统，使用传统逆变器控制并不能真实地反应风力发电对逆变器控制的影响，故本文在传统的逆变器控制基础上增加风机部分对逆变器控制信号的影响。

2.3储能优化调度策略

风光储互补系统的运行控制多分为三种：平滑功率输出模式、跟踪计划出力模式和削峰填谷模式，本文主要讨论在削峰填谷模式运行条件下储能的能量调度策略。储能的优化调度不仅需考虑分布式电源的出力配合，还需考虑系统与外部大电网间的能量交互。因此，系统的优化调度策略不仅与系统本身的能量协调相关，也与外部大电网的需求侧政策紧密相连，本文提出了基于可控负荷并与峰谷电价相结合的优化调度策略，具体的优化调度策略如下：当风能和太阳能发电量不能满足负荷需求储能开始放电，若储能的荷电状态位于储能约束的下限时对部分负荷进行切除，直到风力和光伏发电回到正常水平；当储能能够正常充放电时，对部分负荷进行时间上的转移，由高电价期向低电价期转移，也可由风光发电不足时期向风光发电充足时期转移。

2.4系统运行分析

在能量输出模型中带入小负载结果，通过仿真可以得到风力和光伏两种发电量。在能量输出模型中带入大负载结果，通过仿真得到风力和光伏两种发电方式的发电量。通过对市场调研得到，风光互补发电系统中零部件选取的都具有经济性及实用性，在通过计算后可以获得安装成本，同时根据市场对后续的维护成本进行了估算，最终得到总成本是初始成本和维护成本相加之和，供电成本是总成本和设备使用期间内的用电总量相除所得结果。计算结果可以表示该系统供电成本相较于网电而言要高，且存在明显的季节差异，为保证供电稳定性，供电成本也会随之升高。在对比不同负载容量，与大负载配置要求相符的供电成本呈现下降趋势，但是这与器件选择也有关系，总之，供电成本是存在偏差现象的。

结语

本文针对风光互补发电系统逆变器提出一种双结构切换控制策略，即逆变器的控制部分根据风光的强弱分段采用风机转速外环－风机电流内环、直流升压电路电压外环－并网电流内环的双结构控制，有效实现并网型风光互补发电系统在不同时段的稳定运行，遏制发电系统的电流功率波动，提高风光互补发电系统的电能质量和稳定性，增加的储能装置与提出的控制策略的相互结合平衡了风光互补发电系统理论与实际注入电网的电流功率偏差，实现风光可再生能源低容量储存，增强了电网消纳风光电能的能力。

参考文献

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