[发明专利]一种区域高渗透率光伏储能系统及其能量管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电系统，特别涉及一种区域高渗透率光伏储能系统及其能量管理方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础，传统的不可再生能源日趋减少，而且存在严重的环境污染问题。太阳能具有资源丰富、不受地域限制、对环境友好等优点，是21世纪最具发展潜力的可再生能源。

目前，光伏发电能量的传递和转换都是建立在电力电子技术的基础上，大规模光伏接入使得大量电力电子转换器引入电力系统，对电力系统造成严重的电能质量问题。此外，大规模光伏发电并网产生的孤岛效应和微网环流也严重危害电力系统的安全稳定运行。因此，研究高渗透率下光伏发电系统的电能质量问题及其治理方法对保障电力系统的安全运行具有十分重要的意义。

实现高渗透率光伏发电系统接入电网的有效方法主要有：降低最小负荷限制、实施负荷转移和利用储能技术。其中，储能技术作用范围最大，提高光伏能量渗透率的效果最为显著，是未来智能配电网中接入大量分布式光伏电源的首选措施。但区域高渗透率光伏储能系统的能量管理方法设计较为复杂，是实现光伏发电系统光伏应用的关键技术前提。现有的能量管理方法尚处于实现小规模光伏发电系统联网或孤网运行等基本功能的初级应用阶段，随着区域光伏发电容量的扩大和储能协调运行功能的扩展完善，现有的能量管理系统已不能满足处理效率快捷、系统响应快速、控制准确到位的要求，如果不改变能量管理设计方法，若需实现区域系统的高级应用要求，则成本高，效率低，控制难度大。

发明内容

本发明是针对现有光伏发电能量管理系统功能单一、成本高、效率低的问题，提出了一种区域高渗透率光伏储能系统及其能量管理方法，结合该系统能量管理系统分层控制的高速处理能力，可实现光伏电池阵列最大功率追踪MPPT、电池储能组件充放电控制和两种分布式电源的最优协调控制，有效平抑光伏发电系统接入电网时的有功功率波动，实时动态补偿无功功率需求，提高区域内大规模光伏发电系统接入的渗透率，最大程度提高太阳能的利用率和光伏发电系统的输出电能质量，增强系统稳定性，从而提高光伏发电系统的整体性能。

本发明的技术方案为：一种区域高渗透率光伏储能系统，包括分布式电源介质模块、光伏电池逆变模块、储能电池双向变流模块、负载、区域电网和能量管理系统；分布式电源介质模块包括光伏电池阵列和储能电池组件；光伏电池阵列输出接光伏电池逆变模块，光伏电池逆变模块输出与区域电网连接；储能电池组件与储能电池双向变流模块双向互联，储能电池双向变流模块输出与区域电网连接；负载包括商业关键负载、商业可切除负载、居民关键负载和居民可切除负载，负载输入与区域电网连接；区域电网通过PCC点与大电网连接；能量管理系统分别与储能电池组件、光伏电池逆变模块、储能电池双向变流模块、负载和PCC点连接。

所述储能电池组件内自设置有储能电池管理系统，所述光伏电池逆变模块内自设置有光伏电池逆变监控系统，所述储能电池双向变流模块内自设置有储能电池双向变流监控系统，所述PCC点设置有功率监控系统，所述储能电池管理系统、光伏电池逆变监控系统、储能电池双向变流监控系统、负载、PCC点功率监控系统与能量管理系统之间通过能量状态通讯控制线双向连接。

所述光伏电池逆变模块、储能电池双向变流模块分别与光伏电池阵列、储能电池组件之间通过直流母线连接。

所述光伏电池逆变模块、储能电池双向变流模块、负载与区域电网之间通过交流母线连接。

所述区域高渗透率光伏储能系统能量管理方法，应用分层控制优化区域高渗透率光伏储能系统运行：

1）中央决策层根据从储能电池组件、负载采集的实时数据和光伏电池逆变模块、储能电池双向变流模块、PCC点功率监控系统采集的运行状态数据，制定整个系统的能源运行策略；

2）集中控制层根据中央决策层下达的联网运行或孤网运行指令，实时监测各分布式电源状态，在不同能源条件下采取相应的控制措施：在联网运行条件下采取有功/无功功率外环、交流母线电压中环、储能电池充放电电流内环的三环控制方式，完成光伏电池阵列MPPT控制、储能电池组件最优充放电控制和变流装置最优功率输出控制，实现有功功率平滑输入电网和无功功率补偿；在孤网运行条件下采取交流母线电压/频率外环、储能电池充放电电流内环的双环控制方式，为系统提供恒定的电压和频率；

3）本地执行层根据集中控制层运行策略的执行情况，分析判断实际系统的负载需求和能源条件，选择性地完成切除部分负载或将多余电能存入储能电池的指令任务。