目錄TOC\o"1-3"\h\u3520 1204551.1總體研究方案與思路 1247661.2風(fēng)力發(fā)電模型 179361.3光伏發(fā)電模型 2281191.4儲能系統(tǒng)模型 4137161.5電力消納的探討研究 5113471.5.1并網(wǎng)模式下的探討研究 6119321.5.2儲能系統(tǒng)的電力消納 7285151.5.3風(fēng)光電力消納 893691.5.4需求響應(yīng)電力消納 91.1總體研究方案與思路首先通過建立模型，包括配電網(wǎng)模型，分布式電源發(fā)電模型，儲能系統(tǒng)模型。新能源發(fā)電量變化情況和負(fù)荷變化情況均可通過歷史發(fā)電和負(fù)荷用電數(shù)據(jù)得到。智能微電網(wǎng)就是通過發(fā)電側(cè)，儲能系統(tǒng)和負(fù)荷側(cè)進(jìn)行電力消納的，首先預(yù)測和監(jiān)測發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)的功率差額，通過判斷功率差額的正負(fù)來控制儲能系統(tǒng)的充放電，如果荷電狀態(tài)不能滿足要求，此時可以通過對發(fā)電側(cè)進(jìn)行調(diào)控，增加或者減少發(fā)電側(cè)的發(fā)電量；或者通過日前負(fù)荷響應(yīng)和日內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)來改變負(fù)荷的用電曲線，通過精準(zhǔn)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制，對電力進(jìn)行最大限度的消納，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。在Matlab軟件上通過編程來驗證智能微電網(wǎng)的電力消納能力，并進(jìn)行最終結(jié)果的仿真計算，最后得出結(jié)論并分析。1.2風(fēng)力發(fā)電模型直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)被廣泛應(yīng)用，它的內(nèi)部系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪機(jī)，濾波器和全功率電力電子變頻模塊。它在工作時，是通過風(fēng)輪機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并且驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高頻交流電，但是高頻交流不能直接并網(wǎng)，所以高頻交流電要通過全功率變頻器和LC濾波器，經(jīng)過變頻和濾波產(chǎn)生頻率和幅值都比較穩(wěn)定的交流電，然后再接入配電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)模型如圖2-1所示：圖2-1風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)模型風(fēng)車葉片的轉(zhuǎn)速是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的重要因素，自然風(fēng)帶動葉片轉(zhuǎn)動，風(fēng)速變化可以通過韋布分布來表示，其概率密度函數(shù)為： fv=kc(vc)k?1e式中：v為實際風(fēng)速(m/s)；k為曲線形狀參數(shù)；C是韋布分布中表示尺度的參數(shù)，可以用平均風(fēng)速ν求得，C=ν風(fēng)速決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率，所以采用的輸出功率關(guān)系式為： (V)= (22)式中：PwT為實際輸出功率(W)，Prate為額定輸出功率(W)，Vci為切入風(fēng)速(m/s)，Vr為額定風(fēng)速(m/s)，當(dāng)風(fēng)速過小(風(fēng)速小于切入風(fēng)速)或者過大時(風(fēng)速大于切出風(fēng)速)，風(fēng)機(jī)沒有功率輸出，均處于停機(jī)狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)速處于切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間時，輸出功率線性增加，當(dāng)風(fēng)速處于額定風(fēng)速和切出風(fēng)速之間時，輸出功率為額定功率保持不變。1.3光伏發(fā)電模型光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏陣列，控制系統(tǒng)和變流器等模塊組成的，多個光伏電板并聯(lián)組成了光伏陣列，光伏電源是一個直流電源，需要通過逆變器連接在交流母線上，光伏并網(wǎng)模型如圖2-2所示。圖2-2光伏發(fā)電并網(wǎng)模型光伏陣列并網(wǎng)需要通過兩次變換器，第一次是DC/DC變換，通過測量直流電流和直流電壓來進(jìn)行最大功率跟蹤控制，然后進(jìn)行DC/AC變換，把直流電逆變成交流電，與交流母線連接。經(jīng)過逆變產(chǎn)生的交流電還需要通過LC濾波器過濾掉逆變過程產(chǎn)生的諧波，防止諧波進(jìn)入到微電網(wǎng)中去，減少諧波對電網(wǎng)的影響。光伏電池模型如圖2-3所示：圖2-3光伏電池的等效電路圖中：Is為光生電流，Id為暗電流，是光生電流流過反并聯(lián)二極管的一部分；Is為流過電阻Rs的電流，光伏電池單體通過串并聯(lián)構(gòu)成光伏電池組件，多個光伏電池組件進(jìn)行串并聯(lián)可以構(gòu)成光伏陣列，光伏陣列適用于電壓和電流較高的場合。光伏電池輸出的功率大小主要受光照強(qiáng)度和溫度影響，所以根據(jù)光照強(qiáng)度和溫度可以建立功率輸出模型。 Ppv=PNSc(t)Sref{1+式中：PN為額定輸出功率，Sc(t)是t時刻的實際光照強(qiáng)度；k是功率溫度系數(shù)；1.4儲能系統(tǒng)模型儲能系統(tǒng)中蓄電池組首先通過DC／DC變換器與直流母線并聯(lián)，最后通過DC／AC變換器與大電網(wǎng)連接，充放電控制器可以控制儲能系統(tǒng)的充放電。圖2-4儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖隨著科技的發(fā)展，儲能技術(shù)已經(jīng)逐步變得成熟，并且儲能已經(jīng)被廣泛使用，被應(yīng)用在各行各業(yè)，比如電動車行業(yè)，新能源發(fā)電行業(yè)，還有被人們熟知的手機(jī)鋰電池。目前儲能裝置多種多樣，蓄電池由于技術(shù)成熟，電池容量大，成本低而被廣泛應(yīng)用，并且功率響應(yīng)速度快，高低溫性能較好。鉛酸電池由于具有技術(shù)成熟、價格低廉、原料易得、壽命長、耐腐蝕能力強(qiáng)、放電電流較大等優(yōu)點(diǎn)，所以選擇鉛酸蓄電池作為儲能系統(tǒng)的儲能裝置。鉛酸蓄電池的正極材料是二氧化鉛，負(fù)極材料是鉛材料，電解液選擇的是硫酸溶液，所以在充放電過程中內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，并且充放電過程是可逆的，化學(xué)能和電能之間互相轉(zhuǎn)換。在放電過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，負(fù)極發(fā)生了氧化反應(yīng)，正極發(fā)生了還原反應(yīng)。在充電過程中，正負(fù)極與放電過程相比發(fā)生了逆反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在電池中。充放電時總化學(xué)反應(yīng)方程式為： Pb+PbO2+2H2SO4?Pb鉛酸蓄電池的等效模型如圖2-5所示：圖2-5鉛酸蓄電池等效模型其中，E代表了蓄電池電動勢，它的數(shù)值受荷電狀態(tài)和電池溫度的影響；C0等效為電容，U0為電容C0兩端的電壓值；R微分電容C0在多數(shù)情況下可忽略不計，這時可將R0與R1 U=E-IR (25)1.4.1儲能裝置的約束條件1）儲能裝置的充放電功率必須限制在一定的范圍內(nèi)，即 -PCmax≤P式中：PC2）在儲能裝置正常工作時，電量荷電狀態(tài)SOCt SOCmin≤SOCt式中：SOCmin和SOC3）為了延長儲能系統(tǒng)的使用壽命，必須對充放電次數(shù)進(jìn)行限制，即 M≤A (28)式中：M為一天內(nèi)儲能裝置充放電次數(shù)；A為儲能裝置正常工作時每天被允許的最大充放電次數(shù)，A是常數(shù)。1.5電力消納的探討研究對于智能微電網(wǎng)的電力消納本文對并網(wǎng)模式下的智能微電網(wǎng)進(jìn)行探討研究，并網(wǎng)模式下可以對負(fù)荷持續(xù)供電，但是分布式電源發(fā)電具有時段性，發(fā)電不穩(wěn)定，容易對配電網(wǎng)造成沖擊，所以需要通過控制發(fā)電側(cè)的發(fā)電量，負(fù)荷側(cè)的用電量以及安裝儲能裝置來對配電網(wǎng)的電能進(jìn)行消納，使配電網(wǎng)中的電能供需平衡。首先通過風(fēng)光發(fā)電超短期預(yù)測，并且結(jié)合微電網(wǎng)輸出功率歷史數(shù)據(jù)來進(jìn)行短時間的微電網(wǎng)發(fā)電功率的預(yù)測，監(jiān)測負(fù)荷側(cè)的用電功率和儲能裝置的荷電狀態(tài)，可以得出功率差額，這個功率差額可以通過儲能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，如果儲能系統(tǒng)不能解決掉，此時就需要通過風(fēng)光發(fā)電量的增減和負(fù)荷需求響應(yīng)來進(jìn)行電能的管理，下面分別討論智能微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式下的風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電，儲能系統(tǒng)和負(fù)荷側(cè)之間的電力消納。1.5.1并網(wǎng)模式下的探討研究在并網(wǎng)模式下，首先利用監(jiān)測系統(tǒng)采集到發(fā)電量與負(fù)荷側(cè)的用電量，并且計算出功率差額，當(dāng)功率差額為正時，說明發(fā)電側(cè)發(fā)出的電量在負(fù)荷側(cè)無法全部消耗掉，功率差額較大會造成電壓越上限，如果蓄電池的荷電狀態(tài)處于正常區(qū)間，此時可以對蓄電池進(jìn)行充電，如果儲能裝置的荷電狀態(tài)達(dá)到了上限，為了防止過充，就要停止對儲能系統(tǒng)充電。如果儲能系統(tǒng)不能消納掉功率差額，那么就要調(diào)控風(fēng)光發(fā)電輸出功率，通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電板的調(diào)節(jié)減少發(fā)電量，從而降低功率差額，使電壓穩(wěn)定在閾值范圍內(nèi)。在冬季風(fēng)能比較充足的時候，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量比較充足，可以對槳葉進(jìn)行變槳操作，減小風(fēng)與槳葉的接觸面積，從而來減少風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量。在夏季光照比較充足，白天的時候光伏發(fā)電基本處于滿發(fā)的狀態(tài)，在此時如果功率差額不能消耗掉，可以切除一部分光伏電池板，減少輸出功率，防止電力系統(tǒng)電壓越上限。當(dāng)功率差額為負(fù)時，如果風(fēng)光發(fā)電均處于滿發(fā)狀態(tài)，仍然不能滿足負(fù)荷的需求，會造成電壓越下限，那么需要用儲能系統(tǒng)補(bǔ)償功率。當(dāng)蓄電池的荷電狀態(tài)處于正常區(qū)間時，用蓄電池對負(fù)荷進(jìn)行供電。如果蓄電池的荷電狀態(tài)達(dá)到了下限，就要停止儲能系統(tǒng)對負(fù)荷供電，防止蓄電池過放影響壽命。如果此時風(fēng)光發(fā)電和儲能系統(tǒng)依舊不能滿足負(fù)荷供電，可以通過負(fù)荷需求響應(yīng)切除不重要的負(fù)荷，只要能夠滿足重要負(fù)荷的用電需求就可以，以此可以減少負(fù)荷用電高峰期的用電量，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。超短期預(yù)測一般可以預(yù)測到風(fēng)光發(fā)電未來5分鐘到4小時的發(fā)電量。通過發(fā)電量預(yù)測并且根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍v史發(fā)電數(shù)據(jù)，可以得到儲能裝置的期望輸出功率。圖2-7風(fēng)光出力計劃跟蹤控制流程圖智能微電網(wǎng)的預(yù)測功能是相當(dāng)重要的，通過預(yù)測風(fēng)光出力以及負(fù)荷側(cè)的用電情況，來調(diào)控風(fēng)光的出力大小，防止出現(xiàn)供電量遠(yuǎn)大于負(fù)荷用電量的情況，可以降低新能源發(fā)電對配電網(wǎng)造成的沖擊，減小配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓波動。1.5.2儲能系統(tǒng)的電力消納儲能裝置具有雙重作用，既可以作為電源為負(fù)荷提供電能，也可以作為負(fù)荷吸收功率。儲能裝置用在新能源發(fā)電配電網(wǎng)中可以對新能源發(fā)電進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)配電網(wǎng)中新能源發(fā)電輸出功率大于負(fù)荷側(cè)用電功率時，為了減小多余功率對配電網(wǎng)造成的沖擊，可以把儲能裝置接入配電網(wǎng)中，當(dāng)儲能裝置的荷電狀態(tài)處于正常區(qū)間時，可以對儲能裝置充電來吸收功率差額，當(dāng)充電至上限時要把儲能裝置切除，防止儲能裝置過充。在負(fù)荷用電高峰期，新能源發(fā)電不能滿足負(fù)荷側(cè)用電需求，這時需要用儲能裝置對其供電，保證負(fù)荷側(cè)不斷電，但是儲能裝置輸出能量是有限的，放電至放電下限時就要停止對負(fù)荷供電。由于儲能裝置價格較高，一般容量都比較小，并且充放電次數(shù)比較少，所以儲能裝置只能在較短時間內(nèi)調(diào)控電能。蓄電池的SOC（荷電狀態(tài)）正常區(qū)間一般為30%~70%，在這個區(qū)間內(nèi)，蓄電池可以穩(wěn)定的充放電，并且在此區(qū)間內(nèi)蓄電池的使用壽命是最長的，對蓄電池的保養(yǎng)十分有利，蓄電池的端電壓也非常穩(wěn)定，變化幅度比較小。當(dāng)荷電狀態(tài)處于20%~30%之間時，這個區(qū)間是瀕臨過放狀態(tài)，是蓄電池的放電警戒區(qū)。荷電狀態(tài)處于70%~80%之間時，這個區(qū)間是瀕臨過充狀態(tài)，是蓄電池的充電警戒區(qū)。當(dāng)蓄電池的荷電狀態(tài)到達(dá)警戒區(qū)的時候，蓄電池會逐漸減少充放電功率，直至減到0為止。荷電狀態(tài)小于20%和大于80%時，是蓄電池的充放電禁止區(qū)，長期處于充放電禁止區(qū)會嚴(yán)重?fù)p害蓄電池的充放電功能，降低蓄電池的使用壽命，并且影響了儲能系統(tǒng)的調(diào)控作用。1.5.3風(fēng)光電力消納當(dāng)發(fā)電高峰期儲能系統(tǒng)充電達(dá)到上限的時候，儲能系統(tǒng)和負(fù)荷不能消納掉多余的電量，為了防止配電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動，此時需要調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列來減少發(fā)電量，使配電網(wǎng)電壓趨于穩(wěn)定。在風(fēng)季的時候，風(fēng)力發(fā)電一般處于滿發(fā)的狀態(tài)，所以可以調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)減少發(fā)電量。通過智能微電網(wǎng)的監(jiān)測系統(tǒng)實時預(yù)測和監(jiān)測負(fù)荷用電，儲能系統(tǒng)充放電能力和微電網(wǎng)的發(fā)電功率，當(dāng)預(yù)測儲能系統(tǒng)將要達(dá)到充電上限的時候，預(yù)測出發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)之間的功率差額為P，可以提前調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)槳距角β，從而降低風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動速度，進(jìn)而減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率，使下一階段的功率差額降至接近零，促使發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)功率平衡。風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率： PwT(t)=PN(V?Vci)/(Vr CP=0.22(116γ?0.4β?5)ePN為風(fēng)機(jī)額定輸出功率，V為實際風(fēng)速，Vci為切入風(fēng)速，Vr當(dāng)葉尖速比一定的時候，風(fēng)能利用系數(shù)隨著槳距角β的減小而增大，當(dāng)槳距角β為零度的時候，風(fēng)能利用系數(shù)最大。所以通過增大槳距角β可以減小風(fēng)能利用系數(shù)，降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，最終減少風(fēng)機(jī)的輸出功率。光伏陣列輸出功率受光照強(qiáng)度和溫度影響較大，在夏季光照強(qiáng)度較強(qiáng)的時候，光伏陣列輸出的功率基本為額定輸出功率，此時發(fā)電量較多，造成系統(tǒng)中發(fā)電量，儲能裝置和負(fù)荷用電量不平衡，這時需要減少光伏輸出功率。光伏電池組件是由光伏電池單體串并聯(lián)連接而成的，多個光伏電池組件進(jìn)行并聯(lián)構(gòu)成光伏陣列。當(dāng)檢測到需求側(cè)不能消耗掉光伏輸出的功率造成電壓越上限時，首先計算配電網(wǎng)中的功率差額，然后調(diào)節(jié)步長，比較功率差額與調(diào)節(jié)精度來確定光伏出力功率下調(diào)。在光伏功率下調(diào)時，首先要按照下調(diào)能力的強(qiáng)弱對發(fā)電單元進(jìn)行排列，然后確定好下一步要切除的發(fā)電單元，優(yōu)先調(diào)節(jié)下調(diào)能力大的發(fā)電單元，將功率分配給發(fā)電單元后，發(fā)電單元中逆變器按照下調(diào)倍率降序排列，最后根據(jù)發(fā)電單元調(diào)節(jié)倍率與逆變器的下調(diào)倍率的比較，確定分配逆變器功率限額后是否取出下一個逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)。本方法可以快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的功率差額，從而提高微電網(wǎng)的電力消納能力，可以最大程度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.5.4需求響應(yīng)電力消納當(dāng)新能源發(fā)電處于低谷期的時候，儲能裝置和發(fā)電設(shè)備一起對負(fù)荷進(jìn)行供電時仍然不能滿足負(fù)荷用電要求，造成電壓越下限時，此時要進(jìn)行負(fù)荷需求響應(yīng)管理，本文運(yùn)用日內(nèi)需求響應(yīng)。負(fù)荷分為可調(diào)控與不可調(diào)控負(fù)荷，不可調(diào)控負(fù)荷是比較重要的負(fù)荷，對人民生活至關(guān)重要，所以這種負(fù)荷不能參與負(fù)荷需求響應(yīng)。可調(diào)控負(fù)荷又分為可平移負(fù)荷和可中斷負(fù)荷，可平移負(fù)荷可以改變負(fù)荷的運(yùn)行時間，比如洗衣機(jī)，熱水器和電動汽車類似負(fù)荷，可中斷負(fù)荷對人民生活影響不大，斷電不會造成經(jīng)濟(jì)損失，此類負(fù)荷可以根據(jù)儲能系統(tǒng)的充放電功率和電量投切負(fù)荷以提高微電網(wǎng)整體運(yùn)行的可靠性。日內(nèi)需求響應(yīng)為一種較短時間內(nèi)的調(diào)控手段，可中斷負(fù)荷用在日內(nèi)需求響應(yīng)中。當(dāng)發(fā)電側(cè)滿發(fā)和儲能裝置一起供電還不能滿足負(fù)荷用電需求時，這時會造成配電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，此時可以啟動日內(nèi)需求響應(yīng)，只要能夠滿足重要負(fù)荷正常用電需求，并且使配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓維持在閾值范圍內(nèi)就可以，在能夠滿足負(fù)荷用電需求時切除負(fù)荷需求響應(yīng)。有關(guān)部門在和用戶側(cè)達(dá)成協(xié)議后可以