[發明專利]一種基于光伏功率預測無需儲能系統的爬坡率控制方法

在審

• 申請號: 201710638234.2
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107507101A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 杜陽;陳曉陽
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06Q10/04
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴,姜玲玲

技術領域

本發明涉及一種爬坡率控制方法，尤其是涉及一種基于光伏功率預測無需儲能系統的爬坡率控制方法。

背景技術

由于光伏發電輸出功率具有隨機性，波動性的特點，大規模的光伏系統接入對電網的平穩運行特別是暫態穩定帶來了極大的挑戰。暫時功率不平衡現象，時間尺度在次分鐘級。這種不平衡會造成電網頻率波動，危害電網安全運行，對電網的調頻能力提出了極高的要求。特別是光伏系統主要由電力電子器件組成，不包含任何機械轉動部件，所以沒有系統慣性。隨著光伏滲透率的增長，系統頻率調節能力持續下降，大功率缺失情況下，易誘發全網頻率問題。目前主要的解決辦法包括：增加火電調頻容量，利用大規模儲能或利用風光，水光，等多能互補形式來平滑光伏發電的波動性。但是上述方法都需要巨額的前期投入，極大的增加了電力系統的運行成本，限制了電網調頻能力的建設。因此，若能從光伏供給側加強自身自律，限制光伏系統的出力從而限制其爬坡率(ramp-rate)，電網的安全運行將得到一定保障。

在一些國家和地區的法規和標準中已經開始對光伏發電的爬坡率進行限制。比如波多黎各電網公司要求所有接入電網的可再生能源的爬坡率每分鐘不能超過額定功率的10％，德國和夏威夷地區也有類似的規定。在這些國家和地區的光伏電站，只要滿足這些規定就可以全額上網，不受電網公司指標限制。這種方法使得光伏電站的預期收益更加確定，為電站融資提供了保障，促進了光伏產業的發展。

實現光伏發電爬坡率控制常用的方法是使用儲能設備。在爬坡率上升過快時進行充電，儲存多余的能量；在爬坡率快速跌落時進行放電，從而使有功功率緩慢下落。然而由于光伏發電功率可在極短時間內波動超過80％。所以儲能系統基本上需要按照1:1的容量設計?？紤]現階段儲能設備高昂的造價和維護成本，為所有光伏電站配備等容量儲能仍然難以實現。雖然在無儲能的條件下，通過主動控制光伏系統降功率運行也可以實現在輻照度迅速上升時的爬坡率控制，但是這一解決方案的重大缺陷是，光伏發電廠無法預判什么時候會發生輻照急速跌落，因此系統始終運行在欠發狀態，造成極大浪費，而且設計裕量有限，在光照發生超過設計裕量的大幅跌落時此方法依然無法有效進行爬坡率控制。

發明內容

本發明目的是：提供一種基于光伏功率預測無需儲能系統的爬坡率控制方法，在輻照的上升和跌落的情況下實現無儲能光伏發電爬坡率的控制，同時對增加光伏發電接入、減少棄光現象起到重要作用。

本發明的技術方案是：一種基于光伏功率預測無需儲能系統的爬坡率控制系統，包括：

云陰影評估模塊，用于云團運動矢量的識別，當云團被識別朝向光伏電廠方向移動時，觸發爬坡率預判模塊；

爬坡率預判模塊，用于預測輸出功率的爬坡率；

以及爬坡率控制模塊，根據爬坡率預判模塊預測的爬坡率數據，決定進行輸出功率的控制時間，并按照預設定的爬坡率持續輸出控制功率。

一種基于光伏功率預測無需儲能系統的爬坡率控制方法，具體包括如下步驟：

步驟1)首先通過云陰影評估模塊計算出云團的運動矢量，辨別云團的運動是否會影響到目標光伏電廠；

步驟2)若該云團被判定為會對光伏電廠造成影響，則將預測到的云團到達時間Δt以及在該云團影響下的預測輸出功率P_ref一起輸出給爬坡率預判模塊；

步驟3)在爬坡率預判模塊中，將預測輸出功率P_ref與當前光伏輸出功率P_pv代入下式(1)中計算爬坡率R(t)：

其中P_pv為當前光伏電站的輸出功率；P_ref為在云陰影下的預測輸出功率；T_s為控制系統的采樣周期；

若計算得到的爬坡率R(t)值小于設定值R_s，那么光伏電站將繼續維持正常工作狀態，光伏電池將工作于最大功率點，輸出P_MPPT；

若計算得到的爬坡率R(t)值大于設定值R_s，爬坡率控制模塊被激活，通過下式(2)得到控制時間t_C，

即從t_C時刻起，系統將會進行爬坡率控制，按照預設定的爬坡率R_s持續輸出控制功率P_c1，P_c2…。

作為優選的技術方案，通過逆變器在輻照跌落之前進行主動降功率控制。

作為優選的技術方案，R_s＝10％。

本發明的優點是：