CN111404197A - 并网运行的海岛微电网控制策略的方法 - Google Patents

并网运行的海岛微电网控制策略的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并网运行的海岛微电网控制策略的方法，所述海岛微电网的控制策略分为两种情况，风光电出力不足情况和风光电出力过多情况；当风光电出力过多时，若海底电缆发生故障，根据储能电池的实时电池电量是否充足来决定风光电为储能电池充电和弃风弃光，若海底电缆未发生故障，风光电则为储能电池充电，同时剩余部分反馈上网获得一定的经济效益；当风光电出力不足时，若海底电缆发生故障，则需要同时开启柴油发电机和储能电池对海岛进行供电，若海底电缆未发生故障，优先由陆上电网通过海底电缆为海岛供电。本发明的优点是减少海岛微电网的建设成本，增加发电的收益。

Description

并网运行的海岛微电网控制策略的方法
技术领域
本发明涉及并网运行的海岛微电网分布式电源及海底电缆的控制策略方法，尤其涉及一种并网运行的海岛微电网控制策略的方法。
背景技术
解决能源危机与治理环境污染已经成为时代的主旋律，人们逐渐开始探索如何利用新能源，因此在近年来风力发电与光伏发电发展迅速，成本逐年降低，技术逐步成熟。海岛地理位置特殊，电能供应困难，主要是通过海底电缆连接陆上电网对海岛进行供电并在海岛上配置柴油发电机。但是这种方式存在着诸多弊端，海底电缆极易损坏，供电可靠性差、维护困难，柴油发电机发电产生硫化物和氮化物，对环境造成污染；海底电缆损坏且遭遇大风暴雨等恶劣天气时会造成海岛长时间停电，影响海岛上居民的生产生活，因此亟待提出更合理的方案。海岛周围具有大量的可再生能源，例如风能、太阳能、海洋能等，建立多能互补的海岛微电网，同时充分利用海底电缆，在“就地供电，余量上网”方针指导下，优先使用新能源，新能源发电不足时，通过海底电缆供电作为补充，新能源发电过多时，通过海底电缆进行反馈上网，即通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电，获得一定的经济效益，成为解决海岛供电问题的新思路。
综上所述，如何对海底电缆供电与分布式能源供电进行合理的控制，以减少海岛微电网的建设成本，增加发电的收益，因此需要对海岛微电网提供一种合理有效的控制策略方法。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种针对具有一定故障率的海底电缆，通过分布式能源与海底电缆对海岛微电网进行供电的控制策略。
为了达到上述目的，本发明提供了一种并网运行的海岛微电网控制策略的方法，海岛微电网的控制策略分为两种情况，风光电出力不足情况和风光电出力过多情况；在所述海岛微电网中优先使用风光新能源并且所述海岛微电网中装有柴油发电机和储能电池，以PD(t)为第t时刻的电力负荷，PW(t)为第t时刻的风力发电量，PPV(t)为第t时刻的光伏发电量，ΔP(t)为第t时刻的功率不平衡量；为保证所述海岛微电网的电力***的有功平衡，令ΔP(t)＝PW(t)+PPV(t)-PD(t)，ΔP(t)＝0时，有功平衡，此时所述海岛微电网稳定运行，ΔP(t)＞0时，即风光电出力过多，分别实施海底电缆发生故障以及海底电缆未发生故障时的控制策略；ΔP(t)＜0时，即风光出力不足，分别实施海底电缆发生故障以及海底电缆未发生故障时的控制策略。
优选方式下，ΔP(t)＞0时，海底电缆发生故障的控制策略为：判断储能电池电量是否充足，若储能电池处于满电状态，即SOC(t)≥SOCmax，则需要弃风弃光以保障所述海岛微电网的电力***稳定；
若储能电池电量不足，即SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，需要对储能电池进行充电，若ΔP(t)＞Pcmax，则储能电池的充电功率Pc＝Pcmax，t时刻的储能电池电量为：
Figure BDA0002407082460000021
若ΔP(t)≤Pcmax，则充电功率Pc＝ΔP(t)，直至储能电池充电完成后需要弃风弃光以保障所述海岛微电网的电力***稳定，t时刻的储能电池电量为：
Figure BDA0002407082460000022
其中，SOC(t)为t时刻的储能电池电量，SOCmax，SOCmin分别为储能电池充电的最大，最小电量；Pcmax为储能电池最大的充电功率；σ为储能电池的自放电率；Pc为储能电池的充电功率；ηc为储能电池的充电效率；Ec为储能电池的额定容量，Δt为时间间隔。
优选方式下，ΔP(t)＞0时，海底电缆未发生故障的控制策略为：判断储能电池电量是否充足，若储能电池处于满电状态，即SOC(t)≥SOCmax，所述风光电出力的不平衡功率通过海底电缆反馈给陆上电网，Ph2(t)为t时刻通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电的功率，Ph，max为海底电缆能够传输的最大功率；若ΔP(t)＞Ph，max，则通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率Ph2(t)＝Ph，max，其余弃风弃光，若ΔP(t)≤Ph，max，则通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)；
若SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，则储能电池未充满时，需要对储能电池进行充电，若ΔP(t)＞Pcmax，则充电功率Pc＝Pcmax，t时刻的储能电池电量为：
Figure BDA0002407082460000023
通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)-Pcmax，储能电池充满电后，通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)。
优选方式下，ΔP(t)＜0时，海底电缆发生故障的控制策略为：同时开启柴油发电机和储能电池，Pd(t)为柴油发电机的发电功率，PE(t)为储能电池的放电功率，使得Pd(t)+PE(t)＝|ΔP(t)|；当使用柴油发电机和储能电池仍满足不了负荷需求时，需要切负荷，Pd，max为柴油发电机的最大发电功率，PE，max为储能电池的最大放电功率，Ploss(t)为切负荷的功率Ploss(t)＝|ΔP(t)|-Pd，max-PE，max。
优选方式下，ΔP(t)＜0时，海底电缆未发生故障的控制策略为：首先由陆上电网通过海底电缆向海岛进行供电，Ph1(t)为第t时刻陆上电网通过海底电缆向海岛传输的功率，Ph1，max为陆上电网通过海底电缆向海岛传输的最大功率，若功率不足量没有超过海底电缆的最大传输功率时，即Ph1，max＞|ΔP(t)|，则陆上电网向海岛传输的功率为Ph1(t)＝|ΔP(t)|；
若功率不足量超过海底电缆的最大传输功率时，即Ph1，max＜|ΔP(t)|，则需要开启柴油发电机和使用储能电池进行供电，使得Pd，max+PE，max＜|ΔP(t)|-Ph1，max，若使用柴油发电机和储能电池仍满足不了负荷需求时，即需要切负荷的功率Ploss(t)＝|ΔP(t)|-Ph1，max-Pd，max-PE，max。
本发明的有益效果是：通过对海底电缆供电与分布式能源供电进行合理的控制，以减少海岛微电网的建设成本，增加发电的收益。
附图说明
图1为本发明提供的一种海底电缆连接陆上电网与海岛微电网的组成部分示意图；
图2为本发明提供的一种风电出力不足时的调度策略；
图3为本发明提供的一种风电出力过多时的调度策略。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种海底电缆连接陆上电网与海岛微电网的组成部分示意图；陆上电网模块：能够提供稳定的电压和频率；海底电缆模块：海底电缆具有一定的故障率，能够连接陆上电网与海岛微电网实现电能的传递，通过海底电缆，海岛微电网可以并网运行，同时，海岛微电网产生的多余电能也可以通过海底电缆反馈回陆上电网产生一定的经济效益；控制中心模块：控制中心能够对传送电能的线路进行控制，控制线路的导通和关断，从而实现是否传送电能；集中电站模块：集中电站包括大量的光伏电源、柴油发电机、储能电池和风力发电机，便于管理；交流直流负载模块：海岛上的交流和直流负载；用户光伏电源模块：分散的建立在用户屋顶或者平地的光伏电板。
本发明所述一种并网运行的海岛微电网控制策略的方法，海岛微电网的控制策略分为两种情况，风光电出力不足情况和风光电出力过多情况；在所述海岛微电网中优先使用风光新能源，以PD(t)为第t时刻的电力负荷，PW(t)为第t时刻的风力发电量，PPV(t)为第t时刻的光伏发电量，ΔP(t)为第t时刻的功率不平衡量；为保证所述海岛微电网的电力***的有功平衡，令ΔP(t)＝PW(t)+PPV(t)-PD(t)，ΔP(t)＝0时，有功平衡，此时所述海岛微电网稳定运行，ΔP(t)＞0时，即风光电出力过多，分别实施海底电缆发生故障以及海底电缆未发生故障时的控制策略；ΔP(t)＜0时，即风光出力不足，分别实施海底电缆发生故障以及海底电缆未发生故障时的控制策略。
当风光出力过多时，优先给储能电池充电，剩余部分反馈上网；风光发电不足时，优先由海底电缆为海岛供电，海底电缆故障时，由柴油发电机和储能电池为海岛供电。储能电池具有能量缓冲的作用，且用于平抑风光发电功率波动和输电海缆故障时供电电源的平稳转换，必须保障储能电池能够给在2小时内持续500kW功率输出，柴油发电机作为整个***的补充和备用。
如图2所示，ΔP(t)＞0时，海底电缆发生故障的控制策略为：判断储能电池电量是否充足，若储能电池处于满电状态，即SOC(t)≥SOCmax，则需要弃风弃光以保障所述海岛微电网的电力***稳定；
若储能电池电量不足，即SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，需要对储能电池进行充电，若ΔP(t)＞Pcmax，则储能电池的充电功率Pc＝Pcmax，t时刻的储能电池电量为：
Figure BDA0002407082460000041
若ΔP(t)≤Pcmax，则充电功率Pc＝ΔP(t)，直至储能电池充电完成后需要弃风弃光以保障所述海岛微电网的电力***稳定，t时刻的储能电池电量为：
Figure BDA0002407082460000042
其中，SOC(t)为t时刻的储能电池电量，SOCmax，SOCmin分别为储能电池充电的最大，最小电量；Pcmax为储能电池最大的充电功率；σ为储能电池的自放电率；Pc为储能电池的充电功率；ηc为储能电池的充电效率；Ec为储能电池的额定容量，Δt为时间间隔。
如图2所示，ΔP(t)＞0时，海底电缆未发生故障的控制策略为：判断储能电池电量是否充足，若储能电池处于满电状态，即SOC(t)≥SOCmax，所述风光电出力的不平衡功率通过海底电缆反馈给陆上电网，Ph2(t)为t时刻通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电的功率，Ph，max为海底电缆能够传输的最大功率：若ΔP(t)＞Ph，max，则通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率Ph2(t)＝Ph，max，其余弃风弃光，若ΔP(t)≤Ph，max，则通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)；
若SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，则储能电池未充满时，需要对储能电池进行充电，若ΔP(t)＞Pcmax，则充电功率Pc＝Pcmax，t时刻的储能电池电量为：
Figure BDA0002407082460000051
通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)-Pcmax，储能电池充满电后，通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电的功率为Ph2(t)＝ΔP(t)。
如图3所示，ΔP(t)＜0时，海底电缆发生故障的控制策略为：同时开启柴油发电机和储能电池，Pd(t)为柴油发电机的发电功率，PE(t)为储能电池的放电功率，使得Pd(t)+PE(t)＝|ΔP(t)|；当使用柴油发电机和储能电池仍满足不了负荷需求时，需要切负荷，Pd，max为柴油发电机的最大发电功率，PE，max为储能电池的最大放电功率，Ploss(t)为切负荷的功率Ploss(t)＝|ΔP(t)|-Pd，max-PE，max。
如图3所示，ΔP(t)＜0时，海底电缆未发生故障的控制策略为：首先由陆上电网通过海底电缆向海岛进行供电，Ph1(t)为第t时刻陆上电网通过海底电缆向海岛传输的功率，Ph1，max为陆上电网通过海底电缆向海岛传输的最大功率，若功率不足量没有超过海底电缆的最大传输功率时，即Ph1，max＞|ΔP(t)|，则陆上电网向海岛传输的功率为Ph1(t)＝|ΔP(t)|；
若功率不足量超过海底电缆的最大传输功率时，即Ph1，max＜|ΔP(t)|，则需要开启柴油发电机和使用储能电池进行供电，使得Pd，max+PE，max＜|ΔP(t)|-Ph1，max，若使用柴油发电机和储能电池仍满足不了负荷需求时，即需要切负荷的功率Ploss(t)＝|ΔP(t)|-Ph1，max-Pd，max-PE，max。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种并网运行的海岛微电网控制策略的方法，其特征在于，海岛微电网的控制策略分为两种情况，风光电出力不足情况和风光电出力过多情况；在所述海岛微电网中优先使用风光新能源并且所述海岛微电网中装有柴油发电机和储能电池，以PD(t)为第t时刻的电力负荷，PW(t)为第t时刻的风力发电量，PPV(t)为第t时刻的光伏发电量，ΔP(t)为第t时刻的功率不平衡量；为保证所述海岛微电网的电力***的有功平衡，令ΔP(t)＝PW(t)+PPV(t)-PD(t)，ΔP(t)＝0时，有功平衡，此时所述海岛微电网稳定运行，ΔP(t)＞0时，即风光电出力过多，分别实施海底电缆发生故障以及海底电缆未发生故障时的控制策略；ΔP(t)＜0时，即风光出力不足，分别实施海底电缆发生故障以及海底电缆未发生故障时的控制策略。
2.根据权利要求1所述并网运行的海岛微电网控制策略的方法，其特征在于，ΔP(t)＞0时，海底电缆发生故障的控制策略为：判断储能电池电量是否充足，若储能电池处于满电状态，即SOC(t)≥SOCmax，则需要弃风弃光以保障所述海岛微电网的电力***稳定；
若储能电池电量不足，即SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，需要对储能电池进行充电，若ΔP(t)＞Pcmax，则储能电池的充电功率Pc＝Pcmax，t时刻的储能电池电量为：
Figure FDA0002407082450000011
若ΔP(t)≤Pcmax，则充电功率Pc＝ΔP(t)，直至储能电池充电完成后需要弃风弃光以保障所述海岛微电网的电力***稳定，t时刻的储能电池电量为：
Figure FDA0002407082450000012
其中，SOC(t)为t时刻的储能电池电量，SOCmax，SOCmin分别为储能电池充电的最大，最小电量；Pcmax为储能电池最大的充电功率；σ为储能电池的自放电率；Pc为储能电池的充电功率；ηc为储能电池的充电效率；Ec为储能电池的额定容量，Δt为时间间隔。
3.根据权利要求1所述并网运行的海岛微电网控制策略的方法，其特征在于，ΔP(t)＞0时，海底电缆未发生故障的控制策略为：判断储能电池电量是否充足，若储能电池处于满电状态，即SOC(t)≥SOCmax，所述风光电出力的不平衡功率通过海底电缆反馈给陆上电网，Ph2(t)为t时刻通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电的功率，Ph，max为海底电缆能够传输的最大功率；若ΔP(t)＞Ph，max，则通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电的功率Ph2(t)＝Ph，max，其余弃风弃光，若ΔP(t)≤Ph，max，则通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电的功率为Ph2(t)＝ΔP(t)；
若SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，则储能电池未充满时，需要对储能电池进行充电，若ΔP(t)＞Pcmax，则充电功率Pc＝Pcmax，t时刻的储能电池电量为：
Figure FDA0002407082450000021
通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)-Pcmax，储能电池充满电后，通过海底电缆由海岛向陆上电网进行输电功率为Ph2(t)＝ΔP(t)。
4.根据权利要求1所述并网运行的海岛微电网控制策略的方法，其特征在于，ΔP(t)＜0时，海底电缆发生故障的控制策略为：同时开启柴油发电机和储能电池，Pd(t)为柴油发电机的发电功率，PE(t)为储能电池的放电功率，使得Pd(t)+PE(t)＝|ΔP(t)|；当使用柴油发电机和储能电池仍满足不了负荷需求时，需要切负荷，Pd，max为柴油发电机的最大发电功率，PE，max为储能电池的最大放电功率，Ploss(t)为切负荷的功率Ploss(t)＝|ΔP(t)|-Pd，max-Ph，max。
5.根据权利要求1所述并网运行的海岛微电网控制策略的方法，其特征在于，ΔP(t)＜0时，海底电缆未发生故障的控制策略为：首先由陆上电网通过海底电缆向海岛进行供电，Ph1(t)为第t时刻陆上电网通过海底电缆向海岛传输的功率，Ph1，max为陆上电网通过海底电缆向海岛传输的最大功率，若功率不足量没有超过海底电缆的最大传输功率时，即Ph1，max＞|ΔP(t)|，则陆上电网向海岛传输的功率为Ph1(t)＝|ΔP(t)|；
若功率不足量超过海底电缆的最大传输功率时，即Ph1，max＜|ΔP(t)|，则需要开启柴油发电机和使用储能电池进行供电，使得Pd，max+PE，max＜|ΔP(t)|-Ph1，max，若使用柴油发电机和储能电池仍满足不了负荷需求时，即需要切负荷的功率Ploss(t)＝|ΔP(t)|-Ph1，max-Pd，max-PE，max。
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