CN107645194A - 一种基于储能的风电场电能质量优化系统 - Google Patents
一种基于储能的风电场电能质量优化系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于储能的风电场电能质量优化系统,包括:风电场混合储能装置,所述风电场混合储能装置与多个风电机组相连,所述多个风电机组与电网相连,其中:风电场混合储能装置包括AC/DC储能变换器、双向DC/DC直流变换器、蓄电池组及超级电容器组,所述双向DC/DC直流变换器与所述超级电容器组串联连接后再与所述蓄电池组并联连接,最终与所述AC/DC储能变换器串联连接,所述AC/DC储能变换器利用解耦直接功率控制实现总储能功率控制,所述DC/DC变换器则实现所述蓄电池组与所述超级电容组之间的储能功率分配。本发明实现了平抑风电场功率波动的目的,提高了风电场电能质量,为风电场电能质量优化提供了一套确实可行的技术参考。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域,特别涉及一种基于储能的风电场电能质量优化系统。
背景技术
随着工业的迅速发展,开发和利用可再生能源是解决能源危机、优化能源结构、实现能源可持续发展的重要途径之一。风能以其清洁、绿色环保、储量丰富等特点得到了广泛关注,并有着广阔的发展前景和发展空间。然而,由于风功率的波动性、难于精确预测等特点,在一定程度上增大了系统运行控制及调度的难度。因此,电力部门往往通过限制风电的接入规模来降低由于风电接入电力系统带来的安全运行风险,这极大地阻碍了风电大规模的开发和利用。成熟的储能技术可以及大地改善风电的随机性、间歇性和风功率预测的准确性等问题,有效地改善风电输出质量。通过配置与风电场规模相匹配的储能系统,利用储能系统对功率、能量的灵活快速调节,使风力发电具有更强的生命力。
目前应用较广的风电系统储能形式主要有抽水储能、压缩空气储能、蓄电池储能、飞轮储能、超级电容储能以及超导储能等形式。其中电池储能系统一般由多个单体电池串联形成,容量扩展性好,易于安装,形式灵活,能量密度大,非常适用于风力发电。缺点是电池功率密度低,不能深度充放电,且充放电电流不能过大,否则会大大缩短电池寿命,增加维护工作量。超级电容储能具有耐压高、充放电速度快、功率密度大等特点。其功率密度时电池的10倍以上,充放电循环寿命长,可达十万次以上,因此超级电容十分适合用于平抑风电场的瞬时功率波动。其缺点主要是能量密度低、端电压波动范围大。
因此,如何将上述技术问题加以解决,而设计一种基于储能的风电场电能质量优化系统,即为本领域技术人员的研究方向所在。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其具有基于蓄电池和超级电容的混合储能装置,具有更好的平抑风电功率波动性能。该系统利用滤波器将风电场功率分为低频、中频和高频三个部分,并且利用混合储能装置吸收中高频电功率,根据蓄电池和超级电容的储能特性,中频部分由蓄电池吸收,高频部分由超级电容吸收,从而实现了平抑风电场功率波动的目的,提高了风电场电能质量,为风电场电能质量优化提供了一套确实可行的技术参考。
为了达到上述目的,本发明提供一种基于储能的风电场电能质量优化系统,包括:风电场混合储能装置,所述风电场混合储能装置与多个风电机组相连,所述多个风电机组与电网相连,其中:
风电场混合储能装置包括AC/DC储能变换器、双向DC/DC直流变换器、蓄电池组及超级电容器组,其中,所述双向DC/DC直流变换器与所述超级电容器组串联连接后再与所述蓄电池组并联连接,最终与所述AC/DC储能变换器串联连接,所述AC/DC储能变换器利用解耦直接功率控制实现总储能功率控制,所述DC/DC变换器则实现所述蓄电池组与所述超级电容组之间的储能功率分配。
较佳的实施方式中,所述蓄电池组为多个蓄电池串并联组成,所述超级电容器组由多个超级电容串并联组成。
较佳的实施方式中,所述AC/DC储能变换器实现对储能系统总功率Pst的控制,所述双向DC/DC直流变换器实现对所述超级电容吸收功率PC的控制,剩余部分功率PB则由所述蓄电池吸收。
较佳的实施方式中,风电场实际发出的有功功率为:
Pw=Pgrid+PB+PC
其中,Pw为风电场实际发出的有功功率,Pgrid为经过储能系统平抑后注入电网的有功功率,PB为蓄电池吸收的有功功率,PC为超级电容吸收的有功功率。
较佳的实施方式中,风电场实际发出的有功功率Pw经过第一低通滤波器,限幅后得到注入电网功率期望值所述限幅值由电力调度部门给定,剩余部分则是储能期望功率该储能期望功率经过第二低通滤波器,将所述储能期望功率中高频部分滤除掉。
较佳的实施方式中,所述注入电网的功率期望值计算公式为:
其中,T1为低通滤波器时间常数。
较佳的实施方式中,所述蓄电池、所述超级电容吸收功率参考值为:
其中,T2为低通滤波器时间常数。
较佳的实施方式中,所述的双向DC/DC直流变换器是双向非隔离型直流变换器,直接控制所述超级电容组的充放电过程,采用恒功率充放电策略。
较佳的实施方式中,所述AC/DC储能变换器采用直接功率控制实现对所述蓄电池组及所述超级电容器组的功率控制。
与现有技术相比,本发明提出了一个完整的基于储能的风电场电能质量优化系统,混合储能系统综合了蓄电池储能和超级电容储能的优点,延长了蓄电池使用寿命,储能容量大并且对瞬时功率波动平抑效果增强。功率控制方法逻辑简单,易于工程实现,充分发挥了蓄电池和超级电容的储能优点,能够有效实现风电场功率控制,提高风场风能使用效率,并且达到优化风电场电能质量的目的。
附图说明
图1为本发明的一种基于储能的风电场电能质量优化系统结构示意图;
图2为本发明储能功率分配流程图。
附图标记说明:1-风电场混合储能装置;2-风电机组;3-电网;11-AC/DC储能变换器;12-双向DC/DC直流变换器;13-蓄电池组;14-超级电容器组。
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,为本发明的一种基于储能的风电场电能质量优化系统的结构示意图,本发明的包括一风电场混合储能装置1,风电场混合储能装置1与多个风电机组2相连,多个风电机组2与电网3相连,其中:风电场混合储能装置1包括AC/DC储能变换器11、双向DC/DC直流变换器12、蓄电池组13及超级电容器组14,其中,双向DC/DC直流变换器12与超级电容器组14串联连接后再与蓄电池组13并联连接,最终与AC/DC储能变换器11串联连接。AC/DC储能变换器11实现对储能系统总功率Pst的控制,双向DC/DC直流变换器12实现对超级电容吸收功率PC的控制,剩余部分功率PB则由蓄电池吸收。
AC/DC储能变换器11实现整个储能装置的功率控制,该储能装置指蓄电池组13及超级电容器组14。当风场输出功率大于电网吸收功率时,储能装置吸收功率;反之,储能装置释放功率。
双向DC/DC直流变换器12是双向非隔离型直流变换器,其直接控制超级电容组4的充放电过程,根据参考功率来控制超级电容器组4的电流大小和方向,实现超级电容的储能和释能。
蓄电池组3优选由多个单体蓄电池串并联组成。超级电容器组4优选由多个单体超级电容串并联组成。
在风储系统中,在忽略储能系统及电力电子器件损耗的情况下,风电场实际发出的有功功率可以表示为:
Pw=Pgrid+PB+PC
其中,Pw为风电场实际发出的有功功率,Pgrid为经过储能系统平抑后注入电网的有功功率,PB为蓄电池吸收的有功功率,PC为超级电容吸收的有功功率。
图2为本发明储能功率分配流程图。本发明采用低通滤波器来实现风电场储能功率配置,风电场实际发出的有功功率Pw经过第一低通滤波器得到Pw的低频部分经过限幅后得到注入电网的期望功率其中,限幅值和一般由电力调度部门给定的,剩余部分则是储能期望功率当小于大于时,全部注入电网,Pw的高频部分被储能系统吸收;当超过时,过剩的风能也被储存在储能系统中,从而避免了风资源的浪费;当超出下限值时,储能系统释放能量,以达到并网功率要求,从而实现储能系统“削峰填谷”的作用。同样,储能期望功率经过第二低通滤波器,将储能期望功率中高频部分滤除掉,从而避免蓄电池的频繁充放电,延长蓄电池的使用寿命。中高频部分则经过双向DC/DC直流变换器12被超级电容器组吸收。因此,本发明通过上述两个低通滤波器,将风电场功率分为了和三个部分。
本发明采用低通滤波器来实现风电场储能功率配置,将风功率中波动较大的功率滤除掉,波动平缓的功率注入电网,故经过平抑后注入电网的有功功率参考值计算公式为:
其中,T1为低通滤波器时间常数。故,所述混合储能装置吸收功率参考值为:
根据蓄电池和超级电容的储能特性,利用低通滤波器将所述混合储能功率分为中频和高频两部分,中频部分由蓄电池吸收,高频部分由超级电容吸收,故蓄电池、超级电容吸收功率参考值为:
其中,T2为低通滤波器时间常数。将功率参考值和分别送到所述AC/DC储能变换器11和双向DC/DC直流变换器12控制器中,从而实现对风电场功率的控制,达到平抑风电场并入电网功率的目的。
本发明所述方案不仅充分利用了蓄电池能量密度大的优点,而且还利用了超级电容功率密度大、适合频繁充放电的特点,有效提高了蓄电池的使用寿命。利用两个低通滤波器,将风电场功率分为了和三个部分,并且通过所述的AC/DC储能变换器11和双向DC/DC直流变换器12对其进行控制,最终达到优化风电场电能质量的目的。
由此可见,本发明具有以下优点:混合储能系统综合了蓄电池储能和超级电容储能的优点,延长了蓄电池使用寿命,储能容量大并且对瞬时功率波动平抑效果增强。功率控制方法逻辑简单,易于工程实现,充分发挥了蓄电池和超级电容的储能优点,能够有效实现风电场功率控制,提高风场风能使用效率,并且达到优化风电场电能质量的目的。
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 (9)
1.一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,包括:风电场混合储能装置,所述风电场混合储能装置与多个风电机组相连,所述多个风电机组与电网相连,其中:
风电场混合储能装置包括AC/DC储能变换器、双向DC/DC直流变换器、蓄电池组及超级电容器组,其中,所述双向DC/DC直流变换器与所述超级电容器组串联连接后再与所述蓄电池组并联连接,最终与所述AC/DC储能变换器串联连接,所述AC/DC储能变换器实现储能总功率控制,所述DC/DC变换器则实现所述蓄电池组与所述超级电容组之间的储能功率分配。
2.根据权利要求1所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述蓄电池组为多个蓄电池串并联组成,所述超级电容器组由多个超级电容串并联组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述AC/DC储能变换器实现对储能系统总功率Pst的控制,所述双向DC/DC直流变换器实现对所述超级电容吸收功率PC的控制,剩余部分功率PB则由所述蓄电池吸收。
4.根据权利要求3所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,风电场实际发出的有功功率为:
Pw=Pgrid+PB+PC
其中,Pw为风电场实际发出的有功功率,Pgrid为经过储能系统平抑后注入电网的有功功率,PB为蓄电池吸收的有功功率,PC为超级电容吸收的有功功率。
5.根据权利要求4所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述风电场实际发出的有功功率Pw经过第一低通滤波器,限幅后得到注入电网功率期望值所述限幅值由电力调度部门给定,剩余部分则是储能期望功率该储能期望功率经过第二低通滤波器,将所述储能期望功率中高频部分滤除掉。
6.根据权利要求5所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述注入电网的功率期望值计算公式为:
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其中,T1为低通滤波器时间常数。
7.根据权利要求5所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述蓄电池、所述超级电容吸收功率参考值为:
<mfenced open = "{" close = "">
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其中,T2为低通滤波器时间常数。
8.根据权利要求1所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述的双向DC/DC直流变换器是双向非隔离型直流变换器,直接控制所述超级电容组的充放电过程,采用恒功率充放电策略。
9.根据权利要求1所述的一种基于储能的风电场电能质量优化系统,其特征在于,所述AC/DC储能变换器采用直接功率控制实现对所述蓄电池组及所述超级电容器组的功率控制。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180130 |
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