本發(fā)明涉及電能計量技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種并網(wǎng)型風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來，在傳統(tǒng)化石能源日漸枯竭和環(huán)境問題日益凸顯的背景下，大力發(fā)展太陽能、風(fēng)電等可再生能源已成為大勢所趨，現(xiàn)階段我國在風(fēng)光資源開發(fā)上仍以獨立開發(fā)為主，由于太陽能和風(fēng)能具有間歇性和波動性的特征，單一的風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電難以彌補(bǔ)上述特性，在我國一些光照條件和風(fēng)能資源較好的地區(qū)，太陽能和風(fēng)能在時序上可以較好的互補(bǔ)，保持輸出功率穩(wěn)定，因此，實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電具有重要意義。

并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)存在的一個重要問題，就是接入電網(wǎng)，采用單一利用的方式在工程設(shè)計上將風(fēng)機(jī)或光伏所發(fā)電能分別接入升壓站，經(jīng)不同通道送入電網(wǎng)，輸出功率特性互不影響。而大規(guī)模風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能經(jīng)同一升壓站匯流后通過一條并網(wǎng)通道接入公共電網(wǎng)，匯流后的輸出功率特性由風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電共同決定。由于目前各地電力公司對風(fēng)光可再生能源資源開發(fā)的補(bǔ)貼電價不同，單一利用方式采用單獨計量可依據(jù)國家政策進(jìn)行上網(wǎng)電價的，然而該方式工程造價偏高，不利于風(fēng)、光資源聯(lián)合開發(fā)，風(fēng)光聯(lián)合開發(fā)系統(tǒng)由于共用一條并網(wǎng)通道，對其進(jìn)行準(zhǔn)確計量需合理區(qū)分風(fēng)電和光伏所發(fā)的電能，并按不同電價進(jìn)行補(bǔ)貼，目前尚沒有一套系統(tǒng)或方法能解決該問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述不足提供一種并網(wǎng)型風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案解決了傳統(tǒng)風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)獨立計量的弊端，對風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電統(tǒng)一計量，省去了大量的變壓器、斷路器和導(dǎo)線等設(shè)備，大大節(jié)約了工程投資，精確計量上網(wǎng)電量，促進(jìn)了大規(guī)模風(fēng)光可再生資源的合理利用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電陣，所述光伏陣列的各個輸出端分別與其對應(yīng)的逆變器的輸入端連通，所述逆變器的輸出端與箱式變壓器的輸入端連通，所述風(fēng)力發(fā)電陣的各個輸出端分別與其對應(yīng)的箱式變壓器的輸入端連通，所述箱式變壓器的輸出端與升壓站進(jìn)線柜的輸入端連通，所述升壓站輸出端與升壓站的主變壓器輸入端連通，所述升壓站與對端變電站公共電網(wǎng)連通；

所述各個箱式變壓器與升壓站進(jìn)線柜之間還設(shè)有支路電能表，所述支路電能表輸出端與采集終端連接；

所述對端變電站公共電網(wǎng)內(nèi)設(shè)有關(guān)口電能表和電壓電流互感器，所述關(guān)口電能表和電壓電流互感器的輸出端與采集終端連接，所述采集終端的輸出端與主控服務(wù)器連通，所述主控服務(wù)器與升壓站的二次系統(tǒng)服務(wù)器連通。

進(jìn)一步地，一種并網(wǎng)型風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)的方法，步驟為：

1)采集一個周期內(nèi)關(guān)口電能表和支路電能表的交流信號，計算每個采樣周期內(nèi)瞬時功率、發(fā)電量和波形畸變率THD；

2)采集終端接收關(guān)口電能表和支路電能表的實時數(shù)據(jù)，監(jiān)測實施設(shè)備工況和電能質(zhì)量，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，上傳至主控服務(wù)器；

3)主控服務(wù)器接收升壓站的二次測控保護(hù)設(shè)備信號；

4)主控服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依據(jù)關(guān)口電能表的關(guān)口發(fā)電量數(shù)據(jù)和各支路上支路電能表的發(fā)電量數(shù)據(jù)差值計算總損耗，考慮負(fù)荷波動、諧波和三相不平衡等各個因素對電能損耗的影響，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行建模和計算，得到各支路的電能損耗，統(tǒng)計光伏支路和風(fēng)力支路的發(fā)電量；

5)依據(jù)國家對可再生能源發(fā)電上網(wǎng)計價辦法，計算上網(wǎng)電量和補(bǔ)助金額。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中：

升壓站中主變壓器基礎(chǔ)綜合損耗ΔP₁模型如式：

ΔP₀＝P₀+β²P_K

ΔQ＝Q₀+Kβ²Q_K

ΔP₁＝ΔP₀+KQ×ΔQ

式中：ΔP₀--負(fù)載損耗，P₀--空載損耗，P_k--額定負(fù)載損耗，β--平均負(fù)載系數(shù)，K--負(fù)荷波動系數(shù)，KQ--無功損耗增加系數(shù)，β--平均負(fù)載系數(shù)，Q₀＝I₀％S_N,Q_K＝U_K％S_N,I₀％--空載電流百分比,U_K％--短路電壓百分比,S_N--變壓器額定容量。

升壓站中主變壓器諧波損耗模型ΔP₂如式：

${\mathrm{\ΔP}}_2=\underset{n=2}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{I}_n^2\sqrt{n}{R}_T$

式中：I--基波電流；U_N--變壓器歸算額定電壓。

三相不平衡附加損耗模型ΔP₃如式：

ΔP₃＝{[(I_a-I_b)²+(I_a-I_c)²+(I_b-I_c)²]/3}×R_T×10^-3

式中：I_a、I_b、I_c--基波電流。

線路損耗模型ΔP₄如式：

${\mathrm{\ΔP}}_4=3I_i^{2}R$

采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變壓器和線路損耗模型，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對其進(jìn)行計算，輸入層為負(fù)載率、第一光伏電路電流畸變率、第一光伏電路平均電流、三相不平衡度、第n風(fēng)力電路電流畸變率、第n風(fēng)力電路平均電流，第一輸出層和第二輸出層為各支路損耗值，通過關(guān)口電能表計量的有功P₀和各支路電能表計量的P_i(i＝1、2……N)，計算其總損耗為進(jìn)而計算得到各支路損耗比，統(tǒng)計光伏支路和風(fēng)力支路數(shù)量，從而計算得到光伏支路和風(fēng)力支路損耗電量，隨后可計算各列光伏支路和各列風(fēng)機(jī)支路的發(fā)電量。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案解決了傳統(tǒng)風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)獨立計量的弊端，對風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電統(tǒng)一計量，省去了大量的變壓器、斷路器和導(dǎo)線等設(shè)備，大大節(jié)約了工程投資，精確計量上網(wǎng)電量，促進(jìn)了大規(guī)模風(fēng)光可再生資源的合理利用。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖中：光伏陣列1、風(fēng)力發(fā)電陣2、逆變器3、箱式變壓器4、升壓站進(jìn)線柜5、升壓站6、對端變電站公共電網(wǎng)7、支路電能表8、關(guān)口電能表9、電壓電流互感器10、采集終端11、主控服務(wù)器12、輸入層I、隱藏層II、第一輸出層III、第二輸出層IV、負(fù)載率A、第一光伏電路電流畸變率B、第一光伏電路平均電流C、三相不平衡度D、第n風(fēng)力電路電流畸變率E、第n風(fēng)力電路平均電流F、損耗比G。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1-2，本發(fā)明一種并網(wǎng)型風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)，包括光伏陣列1和風(fēng)力發(fā)電陣2，所述光伏陣列1的各個輸出端分別與其對應(yīng)的逆變器3的輸入端連通，所述逆變器3的輸出端與箱式變壓器4的輸入端連通，所述風(fēng)力發(fā)電陣2的各個輸出端分別與其對應(yīng)的箱式變壓器4的輸入端連通，所述箱式變壓器4的輸出端與升壓站進(jìn)線柜5的輸入端連通，所述升壓站進(jìn)線柜5輸出端與升壓站6的主變壓器輸入端連通，所述升壓站6與對端變電站公共電網(wǎng)7連通；

所述各個箱式變壓器4與升壓站進(jìn)線柜5之間還設(shè)有支路電能表8，所述支路電能表8輸出端與采集終端10連接；

所述對端變電站公共電網(wǎng)7內(nèi)設(shè)有關(guān)口電能表9和電壓電流互感器10，所述關(guān)口電能表9和電壓電流互感器10的輸出端與采集終端11連接，所述采集終端11的輸出端與主控服務(wù)器12連通，所述主控服務(wù)器12與升壓站6的二次系統(tǒng)服務(wù)器連通。

進(jìn)一步地，一種并網(wǎng)型風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)的方法，步驟為：

1)采集一個周期內(nèi)關(guān)口電能表9和支路電能表8的交流信號，計算每個采樣周期內(nèi)瞬時功率、發(fā)電量和波形畸變率THD；

2)采集終端11接收關(guān)口電能表9和支路電能表8的實時數(shù)據(jù)，監(jiān)測實施設(shè)備工況和電能質(zhì)量，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，上傳至主控服務(wù)器12；

3)主控服務(wù)器12接收升壓站6的二次測控保護(hù)設(shè)備信號；

4)主控服務(wù)器12對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依據(jù)關(guān)口電能表9的關(guān)口發(fā)電量數(shù)據(jù)和各支路上支路電能表8的發(fā)電量數(shù)據(jù)差值計算總損耗，考慮負(fù)荷波動、諧波和三相不平衡等各個因素對電能損耗的影響，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行建模和計算，得到各支路的電能損耗，統(tǒng)計光伏支路和風(fēng)力支路的發(fā)電量；

5)依據(jù)國家對可再生能源發(fā)電上網(wǎng)計價辦法，計算上網(wǎng)電量和補(bǔ)助金額。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中：

升壓站6中主變壓器基礎(chǔ)綜合損耗ΔP₁模型如式：

ΔP₀＝P₀+β²P_K

ΔQ＝Q₀+Kβ²Q_K

ΔP₁＝ΔP₀+KQ×ΔQ

式中：ΔP₀--負(fù)載損耗，P₀--空載損耗，P_k--額定負(fù)載損耗，β--平均負(fù)載系數(shù)，K--負(fù)荷波動系數(shù)，KQ--無功損耗增加系數(shù)，β--平均負(fù)載系數(shù)，Q₀＝I₀％S_N,Q_K＝U_K％S_N,I₀％--空載電流百分比,U_K％--短路電壓百分比,S_N--變壓器額定容量。

升壓站6中主變壓器諧波損耗模型ΔP₂如式：

${\mathrm{\ΔP}}_2=\underset{n=2}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{I}_n^2\sqrt{n}{R}_T$

式中：I--基波電流；U_N--變壓器歸算額定電壓。

三相不平衡附加損耗模型ΔP₃如式：

ΔP₃＝{[(I_a-I_b)²+(I_a-I_c)²+(I_b-I_c)²]/3}×R_T×10^-3

式中：I_a、I_b、I_c--基波電流。

線路損耗模型ΔP₄如式：

${\mathrm{\ΔP}}_4=3I_i^{2}R$

采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變壓器和線路損耗模型，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對其進(jìn)行計算，輸入層I為負(fù)載率A、第一光伏電路電流畸變率B、第一光伏電路平均電流C、三相不平衡度D、第n風(fēng)力電路電流畸變率E、第n風(fēng)力電路平均電流F，第一輸出層III和第二輸出層IV為各支路損耗值，通過關(guān)口電能表9計量的有功P₀和各支路電能表8計量的P_i(i＝1、2……N)，計算其總損耗為進(jìn)而計算得到各支路損耗比，統(tǒng)計光伏支路和風(fēng)力支路數(shù)量，從而計算得到光伏支路和風(fēng)力支路損耗電量，隨后可計算各列光伏支路和各列風(fēng)機(jī)支路的發(fā)電量。

主控服務(wù)器12除了數(shù)據(jù)存儲和處理外，也用于接收調(diào)度信號，并可發(fā)出遠(yuǎn)程信號令遠(yuǎn)動程序動作，關(guān)閉部分支路，協(xié)調(diào)光伏陣列1和風(fēng)力發(fā)電陣2的輸出功率特性，保證聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。