CN104111388A - 一种风电场储能测试系统及评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种风电场储能测试系统及评估方法。本发明是由风电场主变高压侧为出线，低压侧为母线，母线上连接各风机集电线路进线、风电场无功补偿装置及储能装置。本发明可有效检测储能装置的性能，验证其对风电场稳定性的改善效果。简化了工作量，操作简单、灵活方便、处理能力强，数据处理更灵活，测试方法简单实用，采集数据量较少，具有图形输出等优点，还能提供友好的对外数据接口，测试结果分析可对储能装置性能进行全面评估。适用于对风电场配备储能装置的性能测试分析。

Description

一种风电场储能测试系统及评估方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种风电场储能测试系统及评估方法。

背景技术

风能是一种间歇性能源，且风速预测存在一定的误差，因此风电场不能提供持续稳定的功率，发电稳定性较差。大中型风电场越来越多投入运行，一般直接接入输电网，风电场的功率波动会影响当地电网的电能质量，产生电压波动与闪变，故电网对风电电能质量的要求越来越高。电池技术和电力电子技术的发展促进了电池储能装置在电力系统中的应用，将储能装置与风力发电单元相结合，有利于减少风电场输出波动对电网的影响，改善并网风电场的稳定性问题。目前，有的风电场已经配备了相应的储能装置，但对于风电场储能装置的配置、测试方法及性能评价还有待逐步完善。

发明内容

根据现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种风电场储能测试系统及评估方法。目的是考虑到现有大型风电场出力随风力变化的波动，给电网带来一定的影响，为了检测风电场配备储能装置后其性能的改善，提出了一种风电场储能装置的测试及评估方法。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下方式实现的：

一种风电场储能测试系统，风电场主变高压侧为出线，低压侧为母线，母线上连接各风机集电线路进线、风电场无功补偿装置及储能装置；包括数据采集模块、数据转换模块、数据处理模块、结果统计分析与图形化输出模块；数据采集模块接入测试点，采集的数据传输到数据转换模块，再经过数据处理模块进行处理，根据测试需要，在结果统计分析与图形化输出模块可得到相应的测试结果。

一种风电场储能测试评估方法，包括储能装置性能测试、储能单元性能测试、储能逆变器性能测试、储能电池性能测试、储能装置投运前后风电场运行特性对比测试、以及储能装置性能评估指标和评估方法。

所述的储能装置性能测试包括：储能装置容量测试，储能装置充电和放电响应时间测试，储能装置充电和放电转换响应时间测试。测试设备与接线，采用功率分析仪，将测试设备与被测设备接线，记录储能装置的电压、电流、有功功率、无功功率。所述的储能装置是风电场配置设备，由储能电池组、电池管理系统(BMS)、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统组成；所述储能电站监控系统用于跟踪计划发电或储能、平滑风电功率输出，还具备暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑功能。

所述的储能装置容量测试，给风电场出储能装置充电和放电整个过程的测试曲线，其中包括储能装置有功功率曲线和储能装置瞬时电流波形曲线，储能装置有功功率曲线能够较为直观地观察到储能装置充电状态和放电状态的特性，而储能装置瞬时电流波形曲线能够更为准确地判断其整个过程中事件发生的准确时间。

所述的储能装置充电和放电响应时间测试，是给出风电场储能装置充电功率和放电功率跃变时的有功功率曲线和瞬时电流波形曲线，响应时间以储能装置瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

所述的储能装置充电和放电转换响应时间测试，是给出从充电功率跃变为放电功率时的储能装置有功功率曲线和储能装置瞬时电流波形曲线，响应时间以储能装置瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

所述的储能单元性能测试包括：储能单元容量测试，储能单元充电和放电响应时间测试，储能单元充电和放电转换响应时间测试，储能单元过载能力测试；

(1)储能单元容量测试：给出储能单元充电和放电整个过程的测试曲线，其中包括储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，储能单元有功功率曲线能够较为直观地观察到储能单元充电状态和放电状态的一些特性，而储能单元瞬时电流波形曲线能够更为准确地判断其整个过程中事件发生的准确时间；

(2)储能单元充电和放电响应时间测试：给出充电功率跃变时的储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，响应时间以储能单元瞬时电流波形曲线进行分析与统计；

(3)储能单元充电和放电转换响应时间测试：给出从充电功率跃变为放电功率时的储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，响应时间以储能单元瞬时电流波形曲线进行分析与统计；

(4)储能单元过载能力测试：储能单元能够以1.5倍额定功率充电10分钟，以1.2倍额定功率充电30分钟，给出储能单元瞬时电流波形曲线。储能单元能够以1.5倍额定功率放电10分钟，以1.2倍额定功率放电30分钟，给出储能单元瞬时电流波形曲线。

所述的储能逆变器与储能电池性能测试包括：储能逆变器充放电转换效率测试，储能电池平均充放电电压和开路电压测试；

(1)储能逆变器充放电转换效率测试：将储能逆变器功率分别设定在100％额定功率、75％额定功率、50％额定功率、25％额定功率，分别测量储能装置充电与放电时逆变器交流侧与直流侧的有功功率，计算储能逆变器在充电与放电工作状态下的能量转换效率。

(2)储能电池性能测试：包括储能电池平均充放电电压和开路电压测试；储能电池平均充放电电压测试：检测储能电池的充电平均电压与放电平均电压；储能电池的开路电压测试，是将测试设备与接线，采用功率分析仪，记录储能电池的电压。

所述的储能装置投运前后运行特性对比测试包括：电能质量对比测试，有功功率变化最大值对比测试；

(1)电能质量对比测试：通过测试数据对风电场的谐波电压、不平衡度、闪变进行统计分析；对储能装置投产前和投产后风电场的电能质量进行比对，进而得出储能装置对风电场电能质量的影响；包括投产前后风电场主变高压侧谐波电压、谐波电流，电压总畸变率，闪变等的统计分析；

(2)有功功率变化最大值对比测试：对储能装置投产后风电场的测试数据进行统计分析，计算出风电场1分钟和10分钟有功功率变化最大值，从而判断储能装置平滑风电场有功功率输出的实际效果。风电场有功功率变化最大值对比测试，验证储能装置投入运行后，风电场有功功率变化率是否得到改善。

所述的储能装置性能评估包括：风电场储能装置有功功率评估指标、储能装置效益评估；

(1)风电场储能装置有功功率评估指标：

采用的η_LPSP和η_EXC，这两个指标属于衡量联合系统供电可靠性的指标，可以间接评价联合系统输出功率波动；

η_LPSP为系统不能满足的负荷需求除以评估期总负荷需求的比值，当储能装置放电至最小值C_batmin时，控制系统断开储能装置和负荷的连接，负荷需求即不能满足；

t时间内的供电损失值为：

E_LPS(t)＝P_loadΔt-[P_WG(t)Δt+C_bat(t)-C_batmin]η_inv

评估期T内，供电损失率表示为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{LPSP}}\left(T\right)=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{LPS}}\left(t\right)/\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{load}}\left(t\right)\mathrm{\Δt}$

式中：Δt为用于计算的步长；T为评估期，并假设评估期内风力发电出力保持不变；

η_EXC为风力发电浪费的功率与评估期负载总的功率要求的比值，当

P_WG(t)+P_bat(t)＝P_total(t)＞P_ref(t)时，风力发电浪费的能量为：

E_WE(t)＝[P_WG(t)]Δt-{P_ref(t)Δt/η_inv+[C_batmax-C_bat(t-1)]/η_cha}

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{EXC}}\left(T\right)=E_{\mathrm{WE}}\left(T\right)/\left[2\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{load}}\left(t\right)\mathrm{\Δt}\right]$

式中E_WE(t)是在满足负荷要求和储能元件充电要求的基础上，风力发电浪费的能量；

这两个指标主要针对风-储系统的电源，偏向评价供电可靠性；提出三个衡量总有功功率特性的指标，主要偏向风-储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性；

有功功率偏差率α是类比方差，方差是用来度量随机变量及其数学期望之间的偏离程度，而有功功率偏差率是衡量风-储总输出有功功率相对于P_ref(t)的偏离程度，它的表达式为：

$\mathrm{\α}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left\{\right[P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]/P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\}}^2$

式中α越大，总输出的功率相对于P_ref(t)偏离越大，输出功率波动越大，对负载的冲击越大；

当风力发电出力满足负荷需求和蓄电池充电需求且仍然还有富余的情况下，加大蓄电池容量，有功功率输出波动没有改善；因此，排除这种情况，在有功功率偏差率的基础上，定义部分有功功率偏差率，即当：

P_WG(t)+P_bat(t)＝P_total(t)＞P_ref(t)时，有功功率偏差率为：

$\mathrm{\β}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left\{\right[P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]/P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\}}^2$

风-储联合系统总输出曲线是将评估期T内风-储系统输出有功功率的离散时间序列相邻值由线段连接形成的折线图；峰谷斜率总和γ是总输出曲线每个仿真步长的功率峰谷斜率绝对值之和，计算公式为：

$\mathrm{\γ}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|k\left(t\right)\right|=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{total}}(t+1)|/\mathrm{\Δt})$

式中：k(t)为第t步长的线段斜率；β可以定性衡量输出功率急速上升或下降的快慢，β越大，输出功率急速变化的速度越快；

风-储联合系统总输出有功功率波动的三个指标α、β、γ，引入常用的供电可靠性指标η_LPSP和η_EXC间接衡量总输出有功功率波动；α、β、γ主要针对风-储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性，η_LPSP和η_EXC主要针对风-储系统电源，偏向于评价供电可靠性；当衡量系统有功功率特性时，则将上述五项指标综合考虑。

本发明是一种综合多种功能的工控机和数据转换接口组成的检测装置，具有图形化输出的结果分析功能，可有效检测储能装置的性能，验证其对风电场稳定性的改善效果，并给出了一种储能装置的评估方法。适用于对风电场配备储能装置的性能测试分析。

本发明采用的测试方法可实现对储能装置的容量、充电和放电响应时间、充电和放电转换响应时间测试，可实现对储能单元的的容量、充电和放电响应时间、充电和放电转换响应时间、过载能力测试，可实现储能逆变器充放电转换效率测试，以及储能电池平均充放电电压和开路电压测试，并对储能装置投运前后，风电场运行特性对比测试，包括电能质量和有功功率变化最大值。所述风电场储能装置的评估方法，依据指标可对风电场储能装置的有功功率及应用效益进行评估。

本发明的优点效果是：本发明采用先进的测试设备，简化了工作量，操作简单、灵活方便、处理能力强，数据处理更灵活，测试方法简单实用，采集数据量较少，不会对储能装置产生影响，具有图形输出等优点，还能提供友好的对外数据接口，测试结果分析可对储能装置性能进行全面评估。

下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明加以详细描述，但本发明的实施不限于此。

附图说明

图1是本发明风电场储能装置一次系统接线图；

图2是本发明储能装置性能测试的接线示意图；

图3是本发明储能单元性能测试的接线示意图；

图4是本发明储能逆变器测试的接线示意图；

图5是本发明储能电池性能测试的接线示意图；

图6是本发明储能装置投运前后运行特性对比测试的接线示意图；

图7是本发明测试设备简图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种风电场储能测试系统及评估方法，可用于风电场储能装置的测试与评估。图1所示为风电场储能装置一次系统接线图，风电场主变高压侧为出线，低压侧为母线，母线上连接各风机集电线路进线、风电场无功补偿装置及储能装置。实施时，风电场主变高压侧可以选用66kV出线，低压侧选用35kV母线，35kV母线上连接各风机集电线路进线、风电场无功补偿装置。储能装置连接在35kV母线上，本发明测试点位于储能装置和35kV母线连接点处。

风电场储能测试系统，包括数据采集模块、数据转换模块、数据处理模块、结果统计分析与图形化输出模块。数据采集模块接入测试点，采集的数据传输到数据转换模块，再经过数据处理模块进行处理，根据测试需要，在结果统计分析与图形化输出模块可得到相应的测试结果。

风电场储能测试评估方法包括风电场储能装置性能测试、储能单元性能测试、储能逆变器性能测试、储能电池性能测试、储能装置投运前后运行特性对比测试、以及储能装置性能评估指标和评估方法。依据评估指标可对风电场储能装置性能进行评估。

一、风电场储能装置性能测试：

包括：风电场储能装置容量测试，储能装置充电和放电响应时间测试，储能装置充电和放电转换响应时间测试。

具体接线示意图如图2所示，测试设备与接线，采用功率分析仪，将测试设备与被测设备接线，记录储能装置的电压、电流、有功功率、无功功率。

风电场储能装置是风电场配置设备，由储能电池组、电池管理系统(BMS)、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统等设备组成。所述储能系统将用于跟踪计划发电或储能、平滑风电功率输出，还将具备暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑功能。

1、储能装置容量测试，储能装置从放电终止条件，怠机运行至稳定状态以额定功率充电至充电终止条件，怠机运行至稳定状态，然后再以额定功率放电至放电终止条件，怠机运行至稳定状态，测试储能装置在此SOC区间段的充电容量、放电容量和能量转换效率。

给风电场出储能装置充电和放电整个过程的测试曲线，其中包括储能装置有功功率曲线和储能装置瞬时电流波形曲线，储能装置有功功率曲线能够较为直观地观察到储能装置充电状态和放电状态的一些特性，而储能装置瞬时电流波形曲线能够更为准确地判断其整个过程中事件发生的准确时间。

2、储能装置充电和放电响应时间测试，储能装置SOC在50％以上时，储能装置以10％额定功率开始充电，稳定运行10分钟后，以90％额定功率充电；储能装置再以10％额定功率放电，稳定运行10分钟后，以90％额定功率放电，测试储能装置充电响应时间和放电响应时间。

给出风电场储能装置充电功率和放电功率跃变时的有功功率曲线和瞬时电流波形曲线，响应时间以储能装置瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

3、储能装置充电和放电转换响应时间测试，储能装置SOC在50％以上时，储能装置以90％额定功率开始充电，稳定运行10分钟后，以90％额定功率放电，再次稳定运行10分钟后，以90％额定功率充电，测试储能装置充电转放电和放电转充电的响应时间。

给出从充电功率跃变为放电功率时的储能装置有功功率曲线和储能装置瞬时电流波形曲线，响应时间以储能装置瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

二、风电场储能单元性能测试：

所述风电场储能单元性能测试包括：储能单元容量测试，储能单元充电和放电响应时间测试，储能单元充电和放电转换响应时间测试，储能单元过载能力测试。

具体接线示意图如图3所示。将测试设备与被测设备接线，测试设备与接线，采用功率分析仪，记录储能单元的电压、电流、有功功率、无功功率。

1、储能单元容量测试，储能单元从放电终止条件，怠机运行至稳定状态以额定功率充电至充电终止条件，怠机运行至稳定状态，然后再以储能单元额定功率放电至放电终止条件，怠机运行至稳定状态，测试储能单元在此SOC区间段的充电容量、放电容量和能量转换效率。

给出储能单元充电和放电整个过程的测试曲线，其中包括储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，储能单元有功功率曲线能够较为直观地观察到储能单元充电状态和放电状态的一些特性，而储能单元瞬时电流波形曲线能够更为准确地判断其整个过程中事件发生的准确时间。

2、储能单元充电和放电响应时间测试，储能单元SOC在50％以上时，储能单元以10％额定功率开始充电，稳定运行10分钟后，以90％额定功率充电；储能单元再以10％额定功率放电，稳定运行10分钟后，以90％额定功率放电，测试储能单元充电响应时间和放电响应时间。

给出充电功率跃变时的储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，响应时间以储能单元瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

3、储能单元充电和放电转换响应时间测试，储能单元SOC在50％以上时，储能单元以90％额定功率开始充电，稳定运行10分钟后，以90％额定功率放电，再次稳定运行10分钟后，以90％额定功率充电，测试储能单元充电转放电和放电转充电的响应时间。

给出从充电功率跃变为放电功率时的储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，响应时间以储能单元瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

4、储能单元过载能力测试，储能单元SOC在50％以上时，储能单元以1.5倍额定功率开始充电，稳定运行10分钟后，以1.2倍额定功率开始充电30分钟；储能单元再以1.5倍额定功率开始放电，稳定运行10分钟后，以1.2倍额定功率开始放电30分钟。

储能单元能够以1.5倍额定功率充电10分钟，以1.2倍额定功率充电30分钟，给出储能单元瞬时电流波形曲线。储能单元能够以1.5倍额定功率放电10分钟，以1.2倍额定功率放电30分钟，给出储能单元瞬时电流波形曲线。

三、储能逆变器性能测试。

所述储能逆变器性能测试包括：储能逆变器充放电转换效率测试。

具体接线示意图如图4所示。测试设备与接线，采用功率分析仪，将测试设备与被测设备接线，记录储能逆变器的电压、电流、有功功率、无功功率。

储能逆变器充放电转换效率测试，将储能逆变器功率分别设定在100％额定功率、75％额定功率、50％额定功率、25％额定功率，分别测量储能装置充电与放电时逆变器交流侧与直流侧的有功功率，计算储能逆变器在充电与放电工作状态下的能量转换效率。

四、储能电池性能测试。

所述储能电池性能测试包括：包括储能电池平均充放电电压和开路电压测试。在储能电池充电状态下，记录储能电池直流电压10分钟，计算出储能电池充电平均电压；在储能电池放电状态下，记录储能电池直流电压10分钟，计算出储能电池放电平均电压；在电池充满电的状态下开路，测试储能电池的开路电压。

1、储能电池平均充放电电压测试，检测储能电池的充电平均电压与放电平均电压。具体接线示意图如图5所示。将测试设备与被测设备接线，测试设备与接线，采用功率分析仪。记录储能电池的电压，检测储能电池的充电平均电压与放电平均电压。

具体实施方式：

(1)在储能电池充电状态下，记录储能电池电压10min；

(2)在储能电池放电状态下，记录储能电池电压10min；

(3)再一次重复(1)、(2)的步骤。

2、储能电池的开路电压测试，是将测试设备与接线，采用功率分析仪，记录储能电池的电压。具体接线示意图如图5所示。将测试设备与被测设备接线，记录储能电池的电压。测试设备与接线，采用功率分析仪。

具体实施方式：

(1)将储能电池充满电；

(2)在储能电池开路状态下，测量储能电池电压。

五、储能装置投运前后运行特性对比测试。

所述储能装置投运前后运行特性对比测试包括：电能质量对比测试，有功功率变化最大值对比测试。

1、电能质量对比测试，对储能装置投产前和投产后风电场的电能质量进行比对，进而得出储能装置对风电场电能质量的影响。主要包括投产前后风电场主变高压侧谐波电压、谐波电流，电压总畸变率，闪变等的统计分析。

具体接线示意图如图6所示。将测试设备与被测设备接线，记录风电场并网点的电压、电流、有功功率、谐波电压、谐波电流、不平衡度、闪变。测试设备与接线，采用电能质量分析仪。

具体实施方式：

1)储能系统未投运时，测量风电场并网点的电能质量数据。测试数据应包括每个功率段至少有5个10min的连续数据；以风电场额定容量的10％为一个功率段，初步测试只测0到50％的功率段，后期测试测0到100％的功率段。

2)储能系统投运时，测量风电场并网点的电能质量数据。测试数据应包括每个功率段至少有5个10min的连续数据；初步测试只测0到50％的功率段，后期测试测0到100％的功率段。

通过测试数据对风电场的谐波电压、不平衡度、闪变进行统计分析。风电场储能系统投运前后的电能质量数据对比及分析，进而得出储能装置对风电场电能质量的影响。

2、有功功率变化最大值对比测试，对储能装置投产后风电场的测试数据进行统计分析，计算出风电场1分钟和10分钟有功功率变化最大值，从而判断储能装置平滑风电场有功功率输出的实际效果。

风电场有功功率变化最大值对比测试，验证储能装置投入运行后，风电场有功功率变化率是否得到改善。具体接线示意图如图6所示。将测试设备与被测设备接线，记录风电场并网点的电压、电流、有功功率、谐波电压、谐波电流、不平衡度、闪变。测试设备与接线，采用电能质量分析仪。

具体实施方式是：

(1)将储能系统充电至可进行功率平滑的理想容量。

(2)储能系统未投运时，测量风电场并网点的有功功率。测试数据应包括每个功率段至少有5个10min的连续数据；以风电场额定容量的10％为一个功率段，初步测试只测0到50％的功率段，后期测试测0到100％的功率段。

(3)储能系统投运时，测量风电场并网点的有功功率。测试数据应包括每个功率段至少有5个10min的连续数据；初步测试只测0到50％的功率段，后期测试测0到100％的功率段。

该项测试可与电能质量对比测试同时进行，通过测试数据计算出1min与10min有功功率变化率最大值。风电场储能系统投运前后的1分钟有功功率变化最大值与10分钟有功功率变化最大值对比及分析，从而判断储能装置平滑风电场有功功率输出的实际效果。

所述工控机内部配备功率曲线和电能质量数据处理功能可视化软件。测试设备简图如图7所示。在测试点安装电压互感器和电流互感器，通过多功能高速数据采集器采集数据，将数据传入测试系统工控机，软件分析计算，可得到图形化输出的测试结果，数据统计分析结果以及测试结果评估。

本发明中所述的数据采集系统，可以根据测试项目的不同，选择性地接入不同信号传感器信号。当测试储能装置功率曲线时，数据采集器的数据输入端口直接与电压传感器、电流传感器、有功功率传感器的数据输出端口相连；当测试储能装置电能质量时，数据采集器的数据输入端口直接与电压传感器、电流传感器的数据输出端口相连。

本发明基于工控机的风电场储能装置性能测试方法是：三相电压和电流信号分别通过CT和PT，将储能装置输出的电压和电流转换成低电压小电流模拟信号，再由多功能高速数据采集器进行每路每周波64点的高速交流同步采样、预处理，转换成数字信号，并将数据传送到工控机上进行数据处理；由工控机中的软件自动完成数据的计算分析，并在显示器上显示监测数据电压电流波形及功率波动曲线。

六、风电场储能装置性能评估指标和评估方法，用于风电场储能装置性能评估，包括：风电场储能装置有功功率评估指标、储能装置效益评估。

国内外文献提出了很多指导风光储储能容量配比的指标，如供电可靠性指标、经济指标等，本发明引入国际上较多参考文献采用的η_LPSP和η_EXC，这二个指标属于衡量联合系统供电可靠性的指标，可以间接评价联合系统输出功率波动。

η_LPSP为系统不能满足的负荷需求除以评估期总负荷需求的比值。它是一个广泛运用于联合系统中优化容量配置的工程应用标准。当储能装置放电至最小值C_batmin时，控制系统断开储能装置和负荷的连接，负荷需求即不能满足。

t时间内的供电损失值为

E_LPS(t)＝P_loadΔt-[P_WG(t)Δt+C_bat(t)-C_batmin]η_inv

评估期T内，供电损失率表示为

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{LPSP}}\left(T\right)=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{LPS}}\left(t\right)/\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{load}}\left(t\right)\mathrm{\Δt}$

式中：Δt为用于计算的步长；T为评估期，并假设评估期内风力发电出力保持不变。

η_EXC为风力发电浪费的功率与评估期负载总的功率要求的比值。当

P_WG(t)+P_bat(t)＝P_total(t)＞P_ref(t)时，风力发电浪费的能量为

E_WE(t)＝[P_WG(t)]Δt-{P_ref(t)Δt/η_inv+[C_batmax-C_bat(t-1)]/η_cha}

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{EXC}}\left(T\right)=E_{\mathrm{WE}}\left(T\right)/\left[2\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{load}}\left(t\right)\mathrm{\Δt}\right]$

式中E_WE(t)是在满足负荷要求和储能元件充电要求的基础上，风力发电浪费的能量。

这两个指标主要针对风-储系统的电源，偏向评价供电可靠性。由于目前尚未提出一个较全面地衡量不同容量储能的平抑有功功率波动能力的指标，本发明提出三个衡量总有功功率特性的指标，主要偏向风-储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性。

有功功率偏差率α是类比方差，方差是用来度量随机变量及其数学期望之间的偏离程度，而有功功率偏差率是衡量风-储总输出有功功率相对于P_ref(t)的偏离程度，它的表达式为

$\mathrm{\α}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left\{\right[P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]/P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\}}^2$

式中α越大，总输出的功率相对于P_ref(t)偏离越大，输出功率波动越大，对负载的冲击越大。

当风力发电出力满足负荷需求和蓄电池充电需求且仍然还有富余的情况下，加大蓄电池容量，有功功率输出波动没有改善。因此，排除这种情况，在有功功率偏差率的基础上，定义部分有功功率偏差率，即当

P_WG(t)+P_bat(t)＝P_total(t)＞P_ref(t)时，有功功率偏差率为

$\mathrm{\β}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left\{\right[P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]/P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\}}^2$

风-储联合系统总输出曲线是将评估期T内风-储系统输出有功功率的离散时间序列相邻值由线段连接形成的折线图。峰谷斜率总和γ是总输出曲线每个仿真步长的功率峰谷斜率绝对值之和，计算公式为

$\mathrm{\γ}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|k\left(t\right)\right|=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{total}}(t+1)|/\mathrm{\Δt})$

式中：k(t)为第t步长的线段斜率；β可以定性衡量输出功率急速上升或下降的快慢，β越大，输出功率急速变化的速度越快。

风-储联合系统总输出有功功率波动的三个指标α、β、γ，引入常用的供电可靠性指标η_LPSP和η_EXC间接衡量总输出有功功率波动。α、β、γ主要针对风-储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性，η_LPSP和η_EXC主要针对风-储系统电源，偏向于评价供电可靠性。当衡量系统有功功率特性时，应将上述五项指标综合考虑。

Claims (10)

1.一种风电场储能测试系统，其特征是：风电场主变高压侧为出线，低压侧为母线，母线上连接各风机集电线路进线、风电场无功补偿装置及储能装置；

包括数据采集模块、数据转换模块、数据处理模块、结果统计分析与图形化输出模块；数据采集模块接入测试点，采集的数据传输到数据转换模块，再经过数据处理模块进行处理，根据测试需要，在结果统计分析与图形化输出模块可得到相应的测试结果。

2.一种风电场储能测试评估方法，其特征是：包括储能装置性能测试、储能单元性能测试、储能逆变器性能测试、储能电池性能测试、储能装置投运前后风电场运行特性对比测试、以及储能装置性能评估指标和评估方法。

3.根据权利要求2所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能装置性能测试包括：储能装置容量测试，储能装置充电和放电响应时间测试，储能装置充电和放电转换响应时间测试；

测试设备与接线，采用功率分析仪，将测试设备与被测设备接线，记录储能装置的电压、电流、有功功率、无功功率；

所述的储能装置是风电场配置设备，由储能电池组、电池管理系统(BMS)、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统组成；所述储能电站监控系统用于跟踪计划发电或储能、平滑风电功率输出，还具备暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑功能。

4.根据权利要求3所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能装置容量测试，给风电场出储能装置充电和放电整个过程的测试曲线，其中包括储能装置有功功率曲线和储能装置瞬时电流波形曲线，储能装置有功功率曲线能够较为直观地观察到储能装置充电状态和放电状态的特性，而储能装置瞬时电流波形曲线能够更为准确地判断其整个过程中事件发生的准确时间。

5.根据权利要求3所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能装置充电和放电响应时间测试，是给出风电场储能装置充电功率和放电功率跃变时的有功功率曲线和瞬时电流波形曲线，响应时间以储能装置瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

6.根据权利要求3所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能装置充电和放电转换响应时间测试，是给出从充电功率跃变为放电功率时的储能装置有功功率曲线和储能装置瞬时电流波形曲线，响应时间以储能装置瞬时电流波形曲线进行分析与统计。

7.根据权利要求2所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能单元性能测试包括：储能单元容量测试，储能单元充电和放电响应时间测试，储能单元充电和放电转换响应时间测试，储能单元过载能力测试；

(1)储能单元容量测试：给出储能单元充电和放电整个过程的测试曲线，其中包括储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，储能单元有功功率曲线能够较为直观地观察到储能单元充电状态和放电状态的一些特性，而储能单元瞬时电流波形曲线能够更为准确地判断其整个过程中事件发生的准确时间；

(2)储能单元充电和放电响应时间测试：给出充电功率跃变时的储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，响应时间以储能单元瞬时电流波形曲线进行分析与统计；

(3)储能单元充电和放电转换响应时间测试：给出从充电功率跃变为放电功率时的储能单元有功功率曲线和储能单元瞬时电流波形曲线，响应时间以储能单元瞬时电流波形曲线进行分析与统计；

(4)储能单元过载能力测试：储能单元能够以1.5倍额定功率充电10分钟，以1.2倍额定功率充电30分钟，给出储能单元瞬时电流波形曲线。储能单元能够以1.5倍额定功率放电10分钟，以1.2倍额定功率放电30分钟，给出储能单元瞬时电流波形曲线。

8.根据权利要求2所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能逆变器与储能电池性能测试包括：储能逆变器充放电转换效率测试，储能电池平均充放电电压和开路电压测试；

(1)储能逆变器充放电转换效率测试：将储能逆变器功率分别设定在100％额定功率、75％额定功率、50％额定功率、25％额定功率，分别测量储能装置充电与放电时逆变器交流侧与直流侧的有功功率，计算储能逆变器在充电与放电工作状态下的能量转换效率。

(2)储能电池性能测试：包括储能电池平均充放电电压和开路电压测试；

储能电池平均充放电电压测试：检测储能电池的充电平均电压与放电平均电压；

储能电池的开路电压测试，是将测试设备与接线，采用功率分析仪，记录储能电池的电压。

9.根据权利要求2所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能装置投运前后运行特性对比测试包括：电能质量对比测试，有功功率变化最大值对比测试；

(1)电能质量对比测试：通过测试数据对风电场的谐波电压、不平衡度、闪变进行统计分析；对储能装置投产前和投产后风电场的电能质量进行比对，进而得出储能装置对风电场电能质量的影响；包括投产前后风电场主变高压侧谐波电压、谐波电流，电压总畸变率，闪变等的统计分析；

(2)有功功率变化最大值对比测试：对储能装置投产后风电场的测试数据进行统计分析，计算出风电场1分钟和10分钟有功功率变化最大值，从而判断储能装置平滑风电场有功功率输出的实际效果；

风电场有功功率变化最大值对比测试，验证储能装置投入运行后，风电场有功功率变化率是否得到改善。

10.根据权利要求2所述的一种风电场储能测试评估方法，其特征是：所述的储能装置性能评估包括：风电场储能装置有功功率评估指标、储能装置效益评估；

(1)风电场储能装置有功功率评估指标：

采用的η_LPSP和η_EXC，这两个指标属于衡量联合系统供电可靠性的指标，可以间接评价联合系统输出功率波动；

η_LPSP为系统不能满足的负荷需求除以评估期总负荷需求的比值，当储能装置放电至最小值C_batmin时，控制系统断开储能装置和负荷的连接，负荷需求即不能满足；

t时间内的供电损失值为：

E_LPS(t)＝P_loadΔt-[P_WG(t)Δt+C_bat(t)-C_batmin]η_inv

评估期T内，供电损失率表示为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{LPSP}}\left(T\right)=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{LPS}}\left(t\right)/\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{load}}\left(t\right)\mathrm{\Δt}$

式中：Δt为用于计算的步长；T为评估期，并假设评估期内风力发电出力保持不变；

η_EXC为风力发电浪费的功率与评估期负载总的功率要求的比值，当

P_WG(t)+P_bat(t)＝P_total(t)＞P_ref(t)时，风力发电浪费的能量为：

E_WE(t)＝[P_WG(t)]Δt-{P_ref(t)Δt/η_inv+[C_batmax-C_bat(t-1)]/η_cha}

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{EXC}}\left(T\right)=E_{\mathrm{WE}}\left(T\right)/\left[2\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{load}}\left(t\right)\mathrm{\Δt}\right]$

式中E_WE(t)是在满足负荷要求和储能元件充电要求的基础上，风力发电浪费的能量；

这两个指标主要针对风-储系统的电源，偏向评价供电可靠性；提出三个衡量总有功功率特性的指标，主要偏向风-储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性；

有功功率偏差率α是类比方差，方差是用来度量随机变量及其数学期望之间的偏离程度，而有功功率偏差率是衡量风-储总输出有功功率相对于Pref(t)的偏离程度，它的表达式为：

$\mathrm{\α}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left\{\right[P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]/P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\}}^2$

式中α越大，总输出的功率相对于P_ref(t)偏离越大，输出功率波动越大，对负载的冲击越大；

当风力发电出力满足负荷需求和蓄电池充电需求且仍然还有富余的情况下，加大蓄电池容量，有功功率输出波动没有改善；因此，排除这种情况，在有功功率偏差率的基础上，定义部分有功功率偏差率，即当：

P_WG(t)+P_bat(t)＝P_total(t)＞P_ref(t)时，有功功率偏差率为：

$\mathrm{\β}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left\{\right[P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)]/P_{\mathrm{ref}}\left(t\right)\}}^2$

风-储联合系统总输出曲线是将评估期T内风-储系统输出有功功率的离散时间序列相邻值由线段连接形成的折线图；峰谷斜率总和γ是总输出曲线每个仿真步长的功率峰谷斜率绝对值之和，计算公式为：

$\mathrm{\γ}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|k\left(t\right)\right|=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{\mathrm{total}}\left(t\right)-P_{\mathrm{total}}(t+1)|/\mathrm{\Δt})$

式中：k(t)为第t步长的线段斜率；β可以定性衡量输出功率急速上升或下降的快慢，β越大，输出功率急速变化的速度越快；

风-储联合系统总输出有功功率波动的三个指标α、β、γ，引入常用的供电可靠性指标η_LPSP和η_EXC间接衡量总输出有功功率波动；α、β、γ主要针对风-储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性，η_LPSP和η_EXC主要针对风-储系统电源，偏向于评价供电可靠性；当衡量系统有功功率特性时，则将上述五项指标综合考虑。