CN107645177A - 一种结合储能的风电场能量管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种结合储能的风电场能量管理系统，包括：能量管理模块及与所述能量管理模块相连的风电场升压站数据采集模块、储能设备数据采集模块、调度数据接收模块、风电机组数据采集模块、存储模块、历史数据查询模块、风电机组控制模块、储能设备控制模块，还包括监测报警模块，与所述存储模块相连，本发明平抑了风电场有功、无功波动，优化了风电调度，并能很好地完成风电场无功功率、无功电压及功率因素控制，满足电网导则对并网电压控制精度的要求。

Description

一种结合储能的风电场能量管理系统
技术领域
本发明涉及一种风电场能量管理领域，特别涉及一种风储一体化风电场的能量管理系统。
背景技术
近两年，我国多地频发严重雾霾天气，“等风来”成为人们最殷切的企盼。这是一种戏谑，更是一种无奈。这背后折射出的是以化石能源为主宰的发展方式已经超出了环境的承载负荷，发展风电、太阳能、潮汐能等清洁能源上升为国家的战略选择。随着“十三五”规划的深入，风电发展的目标有望进一步调升。但是，与发展速度和规模相悖的是，弃风限电现象愈发突出，已成为影响我国风电产业健康发展的主要瓶颈。弃风问题难解，暴露了我国能源规划、建设和运行中的种种矛盾。
由此，储能技术在风电系统中的使用越发引起关注。国家发改委、国家能源局与工信部联合下发的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，在重点任务中的第一项“推动建设智能化能源生产消费基础设施”明确要求“开发储电等大容量、低成本、高效率、长寿命储能产品及系统。推动在集中式新能源发电基地配置适当规模的储能电站，实现储能系统与新能源、电网的协调优化运行。”
目前，风电场存在有功、无功功率波动，风电机组无功功率闲置，并网电压变化范围大等问题。风储一体化是一种能很好利用储能充放电、调节无功的特性，有效地实现风电场的稳定运行、平抑有功波动、优化风电调度，并能很好地完成风电场无功功率、无功电压及功率因素控制。因此，风储一体化的风电场能量管理系统开发是当前开发风储项目开发过程中需要研究的重点。
发明内容
本发明为克服目前风电场存在的功率波动、无功功率闲置、并网电压变化范围大等问题，提出了一种结合储能的风电场能量管理系统。
为了达到上述目的，本发明提供一种结合储能的风电场能量管理系统，包括：能量管理模块及与所述能量管理模块相连的风电场升压站数据采集模块、储能设备数据采集模块、调度数据接收模块、风电机组数据采集模块、存储模块、历史数据查询模块、风电机组控制模块、储能设备控制模块，还包括监测报警模块，与所述存储模块相连，其中：
所述风电场升压站数据采集模块用于连接风电场出口点数据测量设备，获取有功功率、无功功率、电网电压数据；
所述储能设备数据采集模块与储能设备进行通讯，用于采集储能设备工作状态数据；
所述调度数据接收模块用于接收调度中心下发的风电场运行调节指令；
所述风电机组数据采集模块与风电场各台风电机组通讯连接，获取机组运行信息；
所述能量管理模块用于根据当前电网调度运行要求，执行相应控制策略；
所述风电机组控制模块用于获取能量管理模块计算的各台风电机组的有功、无功指令，并将指令下发至各台风电机组；
所述储能设备控制模块用于获取能量管理模块计算的储能设备的有功、无功指令，并将指令下发至储能设备控制单元；
所述存储模块用于存储能量管理平台系统运行数据；
所述历史数据查询模块是用于获取所述存储模块的存储数据，查询某段时间能量管理系统运行信息；
所述监测报警模块用于监测能量管理系统运行状态。
较佳的实施方式中，所述调度数据接收模块与电网调度中心直接连接，接收所述电网调度中心下发的风电场运行调节指令。
较佳的实施方式中，所述调度数据接收模块与风电场端远动数据信息系统连接，接收所述风电场端远动数据信息系统下发的风电场运行调节指令。
较佳的实施方式中，还包括光纤建设环网，所述能量管理系统接入光纤建设环网与所述各台风电机组进行通讯。
较佳的实施方式中，所述能量管理模块包括有功功率控制单元和无功功率控制单元，所述有功控制单元用于实现计划调度控制、有功变化率控制和频率控制，所述无功功率控制单元用于实现无功功率控制、功率因数控制、电压控制。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明平抑了风电场有功、无功波动，优化了风电调度，并能很好地完成风电场无功功率、无功电压及功率因素控制，满足电网导则对并网电压控制精度的要求。
附图说明
图1为本发明结合储能的风电场能量管理系统设计的原理示意图；
图2为本发明有功功率控制单元的控制方式的示意图；
图3为本发明无功功率控制单元的控制方式的示意图。
附图标记说明：11-风电场升压站数据采集模块；12-储能设备数据采集模块；13-调度数据接收模块；14-风电机组数据采集模块；15-能量管理模块；16-风电机组控制模块；17-储能设备控制模块；18-存储模块；19-历史数据查询模块；10-监测报警模块；2-风电机组；3-风电场储能设备。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，为结合储能的风电场能量管理系统设计的原理示意图，本发明的结合储能的风电场能量管理系统涉及到与诸多设备的通讯和控制，也涉及到自身决策系统多个功能模块协调控制，根据其功能细分为多个功能模块，具体包括风电场升压站数据采集模块11、储能设备数据采集模块12、调度数据接收模块13、风电机组数据采集模块14、能量管理模块15、风电机组控制模块16、储能设备控制模块17、存储模块18、历史数据查询模块19及监测报警模块10。风电场升压站数据采集模块11、储能设备数据采集模块12、调度数据接收模块13、风电机组数据采集模块14、风电机组控制模块16、储能设备控制模块17、存储模块18均与能量管理模块15相连，历史数据查询模块19及监测报警模块10与存储模块18相连。其中：
风电场升压站数据采集模块11用于连接风电场出口点数据测量设备，获取有功功率、无功功率、电网电压等数据。其中，附图1中的升压站信息系统为数据服务端，数据测量设备为数据源。风电场出口点数据测量设备一般有电力系统设备厂家提供通讯协议及数据点表，常用的协议有IEC104协议、MODBUS/TCP协议。
储能设备数据采集模块12与风电场储能设备3进行通讯，用于采集风电场储能设备3工作状态数据，包括运行状态、无功功率、电压、电流等。
调度数据接收模块13与电网调度中心直接连接或者与风电场端远动数据信息系统连接，接收电网调度中心或风电场端远动数据信息系统下发的风电场运行调节指令。与调度中心直连常用IEC104协议，与风电场端远动数据信息系统连接常用的通讯方式有：IEC104协议、MODBUS/TCP协议、OPC协议、串口等。
风电机组数据采集模块14与风电场各台风电机组2通过网络建立通讯连接，获取机组运行信息，包括：有功功率、无功功率、风速、电压等信息。风电场网络建设常用光纤建设环网，能量管理系统15只需接入风场的光纤建设环网即可与所有风电机组进行通讯，常用MODBUS/TCP协议。
能量管理模块15用于根据当前电网调度运行要求，执行相应控制策略。风电场的能量管理模块15包括有功功率控制单元和无功功率控制单元两大部分。有功功率控制单元用于实现计划调度控制、有功变化率控制和频率控制；无功功率控制单元又包含无功功率控制、无功电压控制和功率因数控制。能量管理模块15需根据当地电网调度指令要求，自动切换不同的控制方式，结合风电机组运行情况和当前储能设备实际，计算储能设备需发出或吸收的有功功率指令和无功功率控制指令，计算各台风电机组2所需的有功控制指令和无功功率控制指令。
风电机组控制模块16用于获取能量管理模块15计算的各台风电机组的有功、无功指令，并将指令下发至各台机组。
储能设备控制模块17用于获取能量管理模块15计算的储能设备的有功、无功指令，并将指令下发至储能设备控制单元。
存储模块18用于存储能量管理系统运行数据，包括：调度指令(计划曲线)、系统运行模式、有功功率、无功功率等信息。
历史数据查询模块19是用于获取存储模块18的存储数据，查询某段时间能量管理系统运行信息，如计划调度信息、发电量信息等，还可计算损失电量，并且可生产报表。
监测报警模块10用于监测能量管理系统运行状态，一旦发生功能模块运行异常或者与风电场内其他设备通讯中断等异常情况时，能自动判断故障级别，并给出警告提示或者故障报警信号。
如图2所示，为本发明有功功率控制单元的控制方式的示意图；具体的控制方式如下：
(1)风功率预测模块接收来自于风电场风功率预测系统给出的风电场未来功率预测。预测数据包括未来4小时的功率预测值和第二天的风电场功率预测值，参考两种功率预测值，根据当前储能设备运行情况，有功功率控制系统可以为储能设备安排充放电计划，避免储能设备过度放电和盲目充电。
(2)调度调控指令模块接收调度调控指令，根据风电场出口点信息计算有功功率输出偏差，整定当前有功功率输出控制模块的指令值。
(3)能量管理系统有功功率控制模块根据风电场风电机组2和风电场储能设备3运行情况，并考虑储能设备的充放电计划，制定风电机组有功功率输出指令和储能设备当前充、放电指令。同时根据风电机组的有功功率输出指令，通过各机组实际运行情况计算各台机组有功功率输出指令。
(4)储能系统充、放电功率计算模块下发有功功率输出指令至风电场储能设备3，并由储能设备数据采集模块实时获取储能设备有功功率输出，同时有功功率输出控制模块计算有功功率输出偏差。
(5)风机群有功控制模块下发有功功率输出指令至风电场各台风电机组2，并由风电机组数据采集模块实时获取风电机组功率输出，同时有功功率输出控制模块计算功率输出偏差。
(6)储能设备功率控制单元连接储能设备，下发充、放电控制指令到设备。
(7)储能系统状态监测模块用于监控储能设备运行情况，并将信息反馈至储能系统充、放电功率计算模块中，为制定下一步策略提供数据支持。
(8)累加(4)(5)反馈的偏差，若超出功率偏差的死区阀值范围，则重新整定风电机组和储能设备的有功功率输出计划，即返回(3)；若功率偏差在死区阀值范围内，则返回(1)。
如图3所示，为本发明无功功率控制单元的控制方式的示意图，具体控制方式步骤如下：
(1)能量管理系统无功控制运行模式选择模块直接接收无功调度指令，根据调度指令无功功率、电压或功率因数来计算当前需求的无功功率。
(2)判断风电场内各机组的运行情况，划分为可控风机和不可控风机，不可控风机不参与无功控制，并将储能设备划分为可控状态和不可控状态，在不可控状态时储能设备不参与无功控制。
(3)并网无功功率需求整定值计算模块用于判断当前运行模块，综合风电场风机无功极限和储能系统当前状况，整定无功功率需求值。
(4)无功功率一级分配模块综合储能设备无功容量和机组无功功率出力范围，根据优先调节储能设备无功，其次调节风电机组无功的原则，将风电场无功指令值在风电机组与储能设备间进行协调分配，；
(5)风电机组无功功率二级分配按照等功率因数分配原则，将分配到风电场的无功容量，根据各机组无功功率实时调节范围进行逐一分配；
(6)按照风电场、储能设备及机组间的无功分配结果，向风电场、储能设备及机组发出无功控制命令；
(7)当风电场、储能设备及机组执行命令动作完成后，返回步骤(1)。
综上所述，本发明平抑了风电场有功、无功波动，优化了风电调度，并能很好地完成风电场无功功率、无功电压及功率因素控制，满足电网导则对并网电压控制精度的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种结合储能的风电场能量管理系统，其特征在于，包括：能量管理模块及与所述能量管理模块相连的风电场升压站数据采集模块、储能设备数据采集模块、调度数据接收模块、风电机组数据采集模块、存储模块、历史数据查询模块、风电机组控制模块、储能设备控制模块，还包括监测报警模块，与所述存储模块相连，其中：
所述风电场升压站数据采集模块用于连接风电场出口点数据测量设备，获取有功功率、无功功率、电网电压数据；
所述储能设备数据采集模块与储能设备进行通讯，用于采集储能设备工作状态数据；
所述调度数据接收模块用于接收调度中心下发的风电场运行调节指令；
所述风电机组数据采集模块与风电场各台风电机组通讯连接，获取机组运行信息；
所述能量管理模块用于根据当前电网调度运行要求，执行相应控制策略；
所述风电机组控制模块用于获取能量管理模块计算的各台风电机组的有功、无功指令，并将指令下发至各台风电机组；
所述储能设备控制模块用于获取能量管理模块计算的储能设备的有功、无功指令，并将指令下发至储能设备控制单元；
所述存储模块用于存储能量管理平台系统运行数据；
所述历史数据查询模块是用于获取所述存储模块的存储数据，查询某段时间能量管理系统运行信息；
所述监测报警模块用于监测能量管理系统运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种结合储能的风电场能量管理系统，其特征在于，所述调度数据接收模块与电网调度中心直接连接，接收所述电网调度中心下发的风电场运行调节指令。
3.根据权利要求1所述的一种结合储能的风电场能量管理系统，其特征在于，所述调度数据接收模块与风电场端远动数据信息系统连接，接收所述风电场端远动数据信息系统下发的风电场运行调节指令。
4.根据权利要求1所述的一种结合储能的风电场能量管理系统，其特征在于，还包括光纤建设环网，所述能量管理系统接入光纤建设环网与所述各台风电机组进行通讯。
5.根据权利要求1所述的一种结合储能的风电场能量管理系统，其特征在于，所述能量管理模块包括有功功率控制单元和无功功率控制单元，所述有功控制单元用于实现计划调度控制、有功变化率控制和频率控制，所述无功功率控制单元用于实现无功功率控制、功率因数控制、电压控制。
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