[發明專利]減少儲能系統容量的光伏輸出功率平滑控制方法及系統

在審

• 申請號: 201711470449.4
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108110791A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 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: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J3/24
• 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

一種光伏技術領域的減少儲能系統容量的光伏輸出功率平滑控制方法及系統，基于光伏輸出功率預測技術，在光伏輸出功率進入預測的激變前，對儲能系統充放電逆向操作，在光伏輸出功率達到預測激變的初值與終值的平均值后再正向操作；所述預測的激變階段的爬坡率大于限制爬坡率；所述的逆向操作是指在光伏輸出功率增大需要對儲能系統充電時提前進行放電操作，在光伏輸出功率減小需要對儲能系統放電時提前進行充電操作；所述的正向操作與逆向操作相反。本發明能夠在光伏輸出功率出現激增與驟降前提前對儲能系統進行逆向操作再進行正向操作，最大限度降低儲能系統需求容量的同時平抑光伏輸出功率波動，滿足對光伏發電入網穩定性的要求。

技術領域

本發明涉及的是一種光伏領域的技術，具體是一種減少儲能系統容量的光伏輸出功率平滑控制方法及系統。

背景技術

光伏發電具有間歇性，波動性的特點，太陽輻照強度在很大程度上決定了其輸出功率的大小。因此當大規模的光伏系統接入電網時，其功率波動性將對電網的穩定運行帶來極大的挑戰，主要表現為：

A)短時間內的光伏輸出功率波動可能增大地區間的區域控制誤差(ACE)；

B)大規模的不穩定光伏輸出功率將影響電網的協調規劃與經濟調度；

C)電網的暫態穩定受到沖擊，用電側與發電側失去同步性，電網頻率失調；

D)大量調頻裝置的頻繁使用將增大電網的運行與維護成本；

因此，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穩定性提出了要求。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(ramp-rate)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。在光伏輸出功率長時間波動的情況下，光伏電站將不允許接入電網，造成大量的資源浪費與經濟損失。

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。故對儲能系統的容量設計有一定要求。

如圖1所示為傳統利用儲能系統的光伏輸出平滑控制模式。當光伏輸出功率上升過快超過限制爬坡率Rs時，儲能系統進行充電以吸收多余的能量。當輸出功率下降過快時，儲能系統轉換為放電模式以提供額外的能量補給。平滑控制前后的功率差ΔP即為儲能系統的功率要求，控制期間通過儲能系統的能量：

其中，ta1為光伏輸出功率變化的起始時間，ta1′為光伏輸出功率變化的結束時間。

然而由于光伏輸出功率的波動在極短時間可能會超過光伏系統額定功率的80％，儲能系統的容量配備必須考慮到這類極端情況的出現。即光伏輸出功率從滿發驟降為0或從0激增為滿發狀態。因此，儲能系統的最小功率容量：

Pbat＝ΔPmax＝Prated，其中，Prated為光伏系統的額定功率。

需要特別說明的是，對于傳統儲能系統控制方法，儲能系統的荷電狀態(SOC)是另一個重要控制對象，儲能系統內剩余的能量一般維持在其總能量的50％，過高或者過低的荷電狀態都將影響儲能系統的工作性能與壽命。當考慮SOC控制后，儲能系統將不再與光伏系統按照1:1容量設計。由于儲能系統中常態能量為總容量的50％，而這50％的能量需要能夠應對功率驟降與激增狀態，因此儲能系統一般按照2:1的容量設計，即儲能系統容量：