基于时空相关预测的光伏功率爬坡率控制方法

The intermittency of solar photovoltaic (PV) power generation causes problems to the grid. When there are not enough reserve capacities for frequency control, the PV generated power will not be allowed to feed into the grid. Limiting the output power ramp-rate can avoid this problem. The utilities have imposed 10% per minute ramp-rate limitations in some countries or regions, such as Germany, Puerto Rico, Hawaii, etc. In this project, we focus on PV power ramp rate control application. We proposed, for the first time, the idea of using very short-term forecasting for PV output power smoothing. Based on the spatio-temporal theory, we use ground-based sensors to achieve very short-term forecasting. By actively control the PV system and the energy storage system (ESS) operation, the PV power ramp rate control is achieved without or with minimum ESS. This project can minimize the negative impact of renewable generation integration to the grid.

光伏发电的输出功率具有很强的间歇性，其大规模并网会给电网安全稳定运行带来重大挑战。当电网调频能力不足时，就只能限制光伏发电并网。抑制可再生能源功率爬坡率激烈变化可减轻电网的调频压力，减少因此造成的弃光现象。一些国家和地区已颁布类似规定，如波多黎各，德国和夏威夷等地的电网公司要求接入电网的可再生能源爬坡率在一分钟内不得波动超过额定功率的百分之十。本项目针对光伏发电爬坡率控制这一具体应用，首创性的提出了利用短期光伏发电预测来进行光伏功率平滑控制这一思路。基于时空相关性理论，运用地基传感器实现了超短期连续预测。通过主动提前改变光伏系统或储能系统的运行方式，实现无储能或少储能光伏发电爬坡率控制。减小可再生能源并网对电网造成的负面影响。

本课题的研究主要针对暂态不平衡问题。暂态不平衡是指由光伏发电的波动性引起的暂时功率不平衡现象，时间尺度在次分钟级。这种不平衡会造成电网频率波动，危害电网安全运行，对电网的调频能力提出了极高的要求。特别是光伏系统主要由电力电子器件组成，不包含任何机械转动部件，所以没有系统惯性，随着光伏渗透率的增长，系统频率调节能力持续下降，大功率缺失情况下，易诱发全网频率问题。由于电网调频能力的局限而无法满足极速增长的可再生能源需求，现实情况只能是电网公司根据当地有限的调频能力制定光伏电站的发电指标。即使当地有负荷需求，由于无法应对可能发生的瞬时发电功率大幅上升或跌落，只能把发电指标拨给可调度的火电而限制光伏发电，造成弃光现象。.鉴于此，本课题突出了一种无需储能或减少储能容量的爬坡率控制方法。基于超短期功率预测系统，通过建立时空相关性使得云团运动与辐照变化能够被提前感知，从而在辐照变化前主动改变光伏系统及储能系统的运行方式。本课题的研究对增加光伏发电接入，减少弃光现象起到重要作用。