风光同场电站及风光同场电站的配置方法

技术领域

本发明涉及风光同场电站技术领域，尤其涉及一种风光同场电站及风光同场电站的配置方法。

背景技术

以风电、光伏为代表的新能源电站占地面积十分巨大，随着新能源的快速发展和土地资源的日渐稀缺，风光同场电站因其土地利用率高、投资省而越来越受到投资者欢迎。现有的风光同场电站往往只是复用交流侧设备(如箱变、集电线路、升压站等)，当光伏逆变器的功率达到最大功率而被限功率时，即使此时风机变流器未达到最大功率，也无法分担光伏的出力，造成资源的浪费，同时风电机组频繁响应限功率指令，导致变桨系统寿命降低。一般光伏逆变器均有一定的超配(即组件容量超过逆变器容量)，导致在高辐照情况下，逆变器达到最大功率从而导致限功率，此时，即使风电输出较小，也无法充分利用光伏组件的发电能力。因此，如何充分利用光伏方阵对应的光伏出力，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种风光同场电站及风光同场电站的配置方法，旨在解决如何充分利用光伏方阵对应的光伏出力的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种风光同场电站，所述风光同场电站包括：变流器、光伏方阵、风电机组以及箱式变电站，所述变流器包括：逆变电路、斩波器以及整流器；

所述光伏方阵与所述风电机组合用所述变流器，所述光伏方阵与所述斩波器连接，所述风电机组与所述整流器连接，所述斩波器和所述整流器与所述逆变电路连接，所述逆变电路与所述箱式变电站连接。

此外，本发明还提供了一种风光同场电站的配置方法，所述方法应用于风光同场电站，所述方法包括以下步骤：

在预设光伏条件下，确定所述光伏方阵在历史时间段内的光伏功率集合；

根据所述光伏功率集合确定所述光伏方阵和所述风电机组在所述历史时间段内的最大总功率；

根据所述最大总功率对变流器中的电压转换器件的容量进行配置。

可选地，所述预设光伏条件为所述光伏方阵的直流侧容量小于逆变电路对应的最大逆变功率，且所述直流侧容量与所述最大逆变功率之差大于预设阈值。

可选地，所述根据所述光伏功率集合确定所述光伏方阵和所述风电机组在所述历史时间段内的最大总功率的步骤，具体包括：

确定所述风电机组在所述历史时间段内的风电功率集合；

根据所述风电功率集合和所述光伏功率集合确定在同一时刻下的总功率集合；

从所述总功率集合中选取最大总功率。

可选地，所述根据所述最大总功率对变流器中的电压转换器件的容量进行配置的步骤，具体包括：

确定所述光伏方阵和所述风电机组在所述历史时间段内的总发电量；

根据所述总发电量和所述总功率集合中小于所述最大总功率的目标总功率集合确定目标发电量系数；

根据所述光伏功率集合中的最大光伏功率确定变流器中的斩波器对应的斩波器容量；

根据所述发电量系数确定所述变流器中的逆变电路对应的逆变容量。

可选地，所述根据所述总发电量和所述总功率集合中小于所述最大总功率的目标总功率集合确定目标发电量系数的步骤，具体包括：

确定小于预设系数的发电量系数集合；

根据所述总发电量、所述发电量系数集合中的各发电量系数以及所述目标总功率集合确定目标功率集合；

根据所述目标功率集合从所述发电量系数集合中选取目标发电量系数。

可选地，所述根据所述总发电量、所述发电量系数集合中的各发电量系数以及所述目标总功率集合确定各发电量系数对应的目标功率集合的步骤，具体包括：

根据所述总发电量和所述发电量系数集合中的各发电量系数的乘积确定目标总发电量；

确定所述目标总功率集合中的各目标总功率对应时刻的发电量，并构成发电量集合；

从所述发电量集合中选取小于所述目标总发电量的目标发电量集合；

根据所述目标发电量集合中的各目标发电量对应的目标功率构成目标功率集合。

可选地，所述根据所述目标功率集合从所述发电量系数集合中选取目标发电量系数的步骤，具体包括：

从所述目标功率集合中选取最大目标功率；

根据所述最大目标功率和所述最大总功率确定各发电量系数对应的利润，并构成利润集合；

将所述利润集合中的最大利润对应的发电量系数作为目标发电量系数。

可选地，所述根据所述最大目标功率和所述最大总功率确定各发电量系数对应的利润的步骤，具体包括：

确定在逆变容量为所述最大目标功率时的第一发电收入和第一设备成本；

确定在逆变容量为所述最大总功率时的第二发电收入和第二设备成本；

确定所述第一发电收入和所述第二发电收入之间的发电收入之差，并确定所述第一设备成本和所述第二设备成本之间的设备成本之差；

根据所述发电收入之差和所述设备成本之差确定各发电量系数对应的利润。

可选地，所述根据所述发电量系数确定所述变流器中的逆变电路对应的逆变容量的步骤，具体包括：

确定所述目标发电量系数对应的目标功率集合，并从所述目标功率集合中选取最大功率；

根据所述最大功率和所述最大光伏功率确定所述变流器中的逆变电路对应的逆变容量。

可选地，所述根据所述最大总功率对变流器中的电压转换器件的容量进行配置的步骤之后，还包括：

当外部限功率指令大于变流器输出功率时，通过变流器中的斩波器利用光伏MPPT算法确定所述光伏方阵的最大功率点，并通过所述变流器中的整流器利用风电MPPT算法确定所述风电机组的最大功率点；

当外部限功率指令小于或等于变流器输出功率时，通过所述斩波器对所述光伏方阵对应的光伏出力进行限制。

在本发明中，风光同场电站包括：变流器、光伏方阵、风电机组以及箱式变电站，变流器包括：逆变电路、斩波器以及整流器；光伏方阵与风电机组合用变流器，光伏方阵与斩波器连接，风电机组与整流器连接，斩波器和整流器与逆变电路连接，逆变电路与所述箱式变电站连接。本发明中的风光同场电站中的光伏方阵与风电机组可合用一台变流器，相较于现有的风光同场电站复用交流侧设备，本发明中的逆变电路能够可以同时服务于光伏方阵和风电机组，在光伏方阵达到最大功率而被限功率时，能够利用逆变电路原本服务于风电机组的余量为光伏方阵服务，从而能够充分利用光伏方阵对应的光伏出力，并且能够减少变流器及高压设备的成本。

附图说明

图1是本发明风光同场电站的结构示意图；

图2为本发明风光同场电站的配置方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明风光同场电站的配置方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明风光同场电站的配置方法第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明风光同场电站的结构示意图。

如图1所示，所述风光同场电站包括：变流器、光伏方阵、风电机组以及箱式变电站，所述变流器包括：逆变电路、斩波器以及整流器；

所述光伏方阵与所述风电机组合用所述变流器，所述光伏方阵与所述斩波器连接，所述风电机组与所述整流器连接，所述斩波器和所述整流器与所述逆变电路连接，所述逆变电路与所述箱式变电站连接。

可理解的是，风光同场电站可包括：变流器、光伏方阵、风电机组以及箱式变电站，本实施例中的光伏方阵和风电组可合用一台变流器，变流器可包括斩波器、整流器以及逆变电路，斩波器是指直流到直流变换器，可以实现不同直流电压之间的变换。本实施例对光伏方阵和风电机组中的风力发电机的数量不做具体限制，一个光伏方阵和一台风力发电机组合用一台变流器，光伏方阵对应的光伏直流汇流箱接在同一母线上，即光伏母线上，风力发电机定子绕组经整流器接至变流器直流母线，光伏母线和变流器直流母线之间接有斩波器。通过光伏方阵和风电机组合用变流器，使得斩波器和整流器独立控制，逆变电路统一控制。

在具体实现中，本实施例中的逆变电路不止服务于光伏方阵，还会为风电机组提供逆变功能，因此，配的逆变电路相对现有方案中逆变电路功率更大，可以充分利用光伏的出力，相当于使用了本来属于风电机组的资源为光伏方阵服务，在光照好光伏方阵被限制在最大功率的时候，风可能比较小，风机变流器还有余量可以利用，如果光伏方阵和风电机组能合用一台大变流器，就可以更充分第利用光伏出力。

在本实施例中，风光同场电站包括变流器、光伏方阵、风电机组以及箱式变电站，变流器包括：逆变电路、斩波器以及整流器；光伏方阵与风电机组合用变流器，光伏方阵与斩波器连接，风电机组与整流器连接，斩波器和整流器与逆变电路连接，所述逆变电路与所述箱式变电站连接。本发明中的风光同场电站中的光伏方阵与风电机组可合用一台变流器，相较于现有的风光同场电站复用交流侧设备，本发明中的逆变电路能够可以同时服务于光伏方阵和风电机组，在光伏方阵达到最大功率而被限功率时，能够利用逆变电路原本服务于风电机组的余量为光伏方阵服务，从而能够充分利用光伏方阵对应的光伏出力，并且能够减少变流器及高压设备的成本。

此外，本发明实施例提供了一种风光同场电站的配置方法，参照图2，图2为本发明风光同场电站的配置方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述风光同场电站的配置方法包括以下步骤：

步骤S10：在预设光伏条件下，确定所述光伏方阵在历史时间段内的光伏功率集合。

需要说明的是，本实施例的执行主体可以是一种具有数据处理、网络通信以及程序运行功能的计算服务设备，例如计算机等。本实施例所述的风光同场电站的配置方法可应用于上述风光同场电站，以对变流器中的电压转换器件的容量进行配置。

可理解的是，历史时间段可以是预先设置的时间段，可以是前一年、前半年等，本实施例对此不做具体限制。光伏功率集合可包括光伏方阵在历史时间段内的各时刻对应的光伏功率所构成的集合。

进一步地，在本实施例中，所述预设光伏条件为所述光伏方阵的直流侧容量小于逆变电路对应的最大逆变功率，且所述直流侧容量与所述最大逆变功率之差大于预设阈值。

应理解的是，本实施例中的预设光伏条件可以是光伏方阵的直流侧容量小于逆变器最大功率，且直流侧容量与逆变器最大功率之差大于预设阈值，预设阈值为预先设置的阈值，在逆变器最大功率远大于直流侧容量时，可以确保光伏方阵不会因逆变器达到最大功率而限功率。限功率一般由于超配导致，例如，逆变器最大功率为1MW，光伏方阵为1.5MW的组件，那么最多只能发1.1MW功率，相当于有0.4MW没能发出来。因此需要设置逆变器最大功率远大于光伏方阵的直流侧容量，避免超配对光伏方阵发电量的影响。

步骤S20：根据所述光伏功率集合确定所述光伏方阵和所述风电机组在所述历史时间段内的最大总功率。

可理解的是，光伏方阵和风电机组都能进行发电，光伏功率集合是指光伏方阵发电量集合，还需要确定风电机组在历史时间段内的发电量集合，从而确定总功率集合，并从总功率集合中选取最大总功率。

进一步地，为了有效地确定最大总功率，在本实施例中，所述步骤S20包括：确定所述风电机组在所述历史时间段内的风电功率集合；根据所述风电功率集合和所述光伏功率集合确定在同一时刻下的总功率集合；从所述总功率集合中选取最大总功率。

应理解的是，风电功率集合中包含风电机组在历史时间段内的各时刻对应的风电功率。可从风电功率集合和光伏功率集合中选取同一时刻下的风电功率和光伏功率，将同一时刻下的风电功率和光伏功率相加可得到总功率，历史时间内的各时刻对应的总功率可构成总功率集合。总功率集合中的最大值即为最大总功率。

步骤S30：根据所述最大总功率对变流器中的电压转换器件的容量进行配置。

可理解的是，由图1可知，变流器中的电压转换器件可包括斩波器、整流器以及逆变电路，斩波器是指直流到直流变换器，可以实现不同直流电压之间的变换。本实施例可根据最大总功率对上述斩波器、整流器以及逆变电路的容量进行配置，以使变流器总体的限功率控制在很小的范围。

本实施例通过在预设光伏条件下，确定光伏方阵在历史时间段内的光伏功率集合，然后根据光伏功率集合确定光伏方阵和风电机组在历史时间段内的最大总功率，再根据最大总功率对变流器中的电压转换器件的容量进行配置。本实施例通过在预设光伏条件下，确定光伏方阵在历史时间段内的光伏功率集合，能够确定预设光伏条件下的光伏功率集合，避免造成光伏超配导致的限功率，然后根据光伏功率集合确定光伏方阵和风电机组在历史时间段内的最大总功率，再根据最大总功率对变流器中的电压转换器件的容量进行配置，能够根据最大总功率确定变流器中的电压转换器件的容量，以减少风光同场电站中的变流器及高压设备的成本。

参考图3，图3为本发明风光同场电站的配置方法第二实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S30包括：

步骤S301：确定所述光伏方阵和所述风电机组在所述历史时间段内的总发电量。

可理解的是，上述第一实施例得到光伏方阵和风电机组在历史时间段内的各时刻对应的总功率，将总功率之和乘以相邻两个时刻之间的间隔时长可得到总发电量。

步骤S302：根据所述总发电量和所述总功率集合中小于所述最大总功率的目标总功率集合确定目标发电量系数。

应理解的是，总功率集合中可包括若干个总功率，目标总功率集合中可包括除最大总功率之外的所有总功率。

进一步地，为了精确确定目标发电量系数，在本实施例中，所述步骤S302包括：确定小于预设系数的发电量系数集合；根据所述总发电量、所述发电量系数集合中的各发电量系数以及所述目标总功率集合确定各发电量系数对应的目标功率集合；根据所述目标功率集合从所述发电量系数集合中选取目标发电量系数。

需要说明的是，发电量系数集合可包含若干个发电量系数，本实施例中的预设系数可为1，,发电量系数集合中可包括若干个小于1的发电量系数，发电量系数与电量损失相关，例如，允许的电量损失为2％，则发电量系数为0.98，发电量系数越小，损失电量越大，设备成本越低。

可理解的是，任一发电量系数可对应多个目标功率，从而构建各发电量系数对应的目标功率集合。并根据目标功率集合中的最大值从发电量系数集合中选取目标发电量系数。

进一步地，为了精确确定目标功率集合，在本实施例中，所述根据所述总发电量、所述发电量系数集合中的各发电量系数以及所述目标总功率集合确定各发电量系数对应的目标功率集合的步骤，具体包括：根据所述总发电量和所述发电量系数集合中的各发电量系数的乘积确定目标总发电量；确定所述目标总功率集合中的各目标总功率对应时刻的发电量，并构成发电量集合；从所述发电量集合中选取小于所述目标总发电量的目标发电量集合；根据所述目标发电量集合中的各目标发电量对应的目标功率构成目标功率集合。

应理解的是，目标总发电量可以是总发电量和发电量系数之间的乘积，假设发电量系数为k，目标总发电量为k倍的总发电量。每一目标总功率可对应一发电量，该发电量可通过目标总功率乘以该功率对应的时长得到，因此可得到各目标总功率对应时刻的发电量，并构成发电量集合。

可理解的是，目标发电量集合可包括发电量集合中小于上述目标总发电量的所有发电量，也就是小于k倍的总发电量的所有发电量，构成目标发电量集合，目标发电量集合中的每一目标发电量可对应一目标功率，各目标发电量对应的目标功率可构成目标功率集合。

进一步地，为了精确确定目标发电量系数，在本实施例中，所述根据所述目标功率集合从所述发电量系数集合中选取发电量系数的步骤，具体包括：从所述目标功率集合中选取最大目标功率；根据所述最大目标功率和所述最大总功率确定各发电量系数对应的利润，并构成利润集合；将所述利润集合中的最大利润对应的发电量系数作为目标发电量系数。

应理解的是，最大目标功率是指目标功率集合中的最大值，然后根据最大目标功率和最大总功率确定各发电量系数利润，即逆变容量在上述最大目标功率和最大总功率下的利润。

在具体实现中，各发电量系数对应的利润可构成利润集合，利润集合中的最大值为最大利润，目标发电量系数即上述发电量系数集合中与最大利润对应的发电量系数，即为最终的发电量系数。因此，本实施例可确定最大利润下的发电量系数，从而节约了变流器和高压设备的成本。

进一步地，为了精确确定利润，在本实施例中，所述根据所述最大目标功率和所述最大总功率确定所述风光同场电站对应的利润的步骤，具体包括：确定在逆变容量为所述最大目标功率时的第一发电收入和第一设备成本；确定在逆变容量为所述最大总功率时的第二发电收入和第二设备成本；确定所述第一发电收入和所述第二发电收入之间的发电收入之差，并确定所述第一设备成本和所述第二设备成本之间的设备成本之差；根据所述发电收入之差和所述设备成本之差确定各发电量系数对应的利润。

应理解的是，容量与功率可为相同的意思。第一发电收入是指逆变电路容量为最大目标功率时的发电收入，该第一发电收入为逆变电路在全生命周期内的发电收入，全生命周期是指逆变电路能够使用的周期，例如，15年、20年等，具体与逆变电路中的器件的型号有关，本实施例对此不做具体限制。第一设备成本是指逆变容量为最大目标功率时的设备成本，设备成本可包含变流器成本及后续高压设备成本。第二发电收入是指逆变容量为最大总功率时的全生命周期内的发电收入，第二设备成本是指逆变容量为最大总功率时的设备成本。

可理解的是，发电收入之差是指第一发电收入和第二发电收入之间的差值的绝对值，可设为s，设备成本之差是指第一设备成本和第二设备成本之间的差值的绝对值，可设为c，利润是指设备成本之差与发电收入之差之间的差值，即c-s，在节省的设备成本大于因发电损失减少的发电收入时，可以带来利润。

步骤S303：根据所述光伏功率集合中的最大光伏功率确定变流器中的斩波器对应的斩波器容量。

应理解的是，本实施例中的斩波器容量可设置为光伏功率集合中的最大光伏功率。整流器容量可以是风电机组最大功率，即所有风电机组对应的最大功率。

步骤S304：根据所述目标发电量系数确定所述变流器中的逆变电路对应的逆变容量。

可理解的是，本实施例中的逆变容量可根据发电量系数确定，具体可根据目标发电量系数确定对应的目标功率，再根据目标功率确定逆变容量。

进一步地，为了精确确定逆变容量，在本实施例中，所述步骤S304包括：确定所述目标发电量系数对应的目标功率集合，并从所述目标功率集合中选取最大功率；根据所述最大功率和所述最大光伏功率确定所述变流器中的逆变电路对应的逆变容量。

应理解的是，每一发电量系数可对应一目标功率集合，可确定目标发电量系数对应的目标功率集合，目标功率集合中的最大值即为上述最大功率。逆变容量可以是最大功率和最大光伏功率之间的较大值。由于逆变容量为最大功率和最大光伏功率之间的较大值，因此得到的逆变容量肯定也远大于光伏方阵的直流侧容量，从而避免导致光伏超配。

本实施例通过确定光伏方阵和风电机组在历史时间段内的总发电量，然后根据总发电量和总功率集合中小于最大总功率的目标总功率集合确定目标发电量系数，然后根据光伏功率集合中的最大光伏功率确定变流器中的斩波器对应的斩波器容量，再根据目标发电量系数确定变流器中的逆变电路对应的逆变电路容量。本实施例根据光伏功率集合中的最大光伏功率确定变流器中的斩波器对应的斩波器容量，再根据目标发电量系数确定变流器中的逆变电路对应的逆变容量，能够节约了变流器及高压设备的成本，且不会造成光伏超配导致的限功率，变流器总体的限功率也控制在很小的范围。

参考图4，图4为本发明风光同场电站的配置方法第三实施例的流程示意图。

基于上述各实施例，在本实施例中，所述步骤S30之后，所述方法还包括：

步骤S40：当外部限功率指令大于变流器输出功率时，通过变流器中的斩波器利用光伏MPPT算法确定所述光伏方阵的最大功率点，并通过所述变流器中的整流器利用风电MPPT算法确定所述风电机组的最大功率点。

应理解的是，外部限功率指令是指预先设置的限功率大小，本实施例对于具体值不做限制。

可理解的是，当外部限功率指令大于变流器输出功率时，可通过变流器中的斩波器利用光伏MPPT算法确定所述光伏方阵的最大功率点，并通过所述变流器中的整流器利用风电MPPT算法确定所述风电机组的最大功率点。能够使逆变电路维持变流器直流母线电压稳定，光伏方阵和风电机组都能工作在最大功率点，互不干扰。光伏MPPT算法和风电MPPT算法为现有的寻优算法，本实施例对此不过多赘述。

步骤S50：当外部限功率指令小于或等于变流器输出功率时，通过所述斩波器对所述光伏方阵对应的出力进行限制。

应理解的是，当外部限功率指令小于或等于变流器输出功率时，可通过斩波器对光伏方阵对应的光伏出力进行限制，即优先通过斩波器限制光伏出力，原因是光伏出力控制较简单，无机械部件动作，而风电出力控制需要变桨系统的配合，这样能减小变桨系统的动作次数，延长变桨系统的寿命。

本实施例通过当外部限功率指令大于变流器输出功率时，通过变流器中的斩波器利用光伏MPPT算法确定光伏方阵的最大功率点，并通过变流器中的整流器利用风电MPPT算法确定风电机组的最大功率点，当外部限功率指令小于或等于变流器输出功率时，通过斩波器对所述光伏方阵对应的光伏出力进行限制。本实施例能够在不限功率时光伏方阵、风电机组独立寻找最大功率点，在限功率时优先限制光伏出力，减少风电机组变桨系统动作次数。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。