CN109713705A - 一种低风速风电机组内置式储能系统及储能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低风速风电机组内置式储能系统，包括设置在风电机组塔筒内部的变压器、储能变流器、蓄电池组和电池管理系统，变压器入口端用于与风电机组交流母线侧连接，变压器出口端通过储能变流器与蓄电池组连接，电池管理系统与储能变流器和蓄电池组连接。风电机组塔筒内部设置有多层平台架，变压器、储能变流器、蓄电池组和电池管理系统分别放置在该多层平台架上。本发明还公开了一种低风速风电机组的内置式储能方法。本发明通过采用设置在风电机组塔筒内部的单机版储能系统，形成与风电机组一对一组合接入的储能模式，无需大规模投建单独的厂级储能承载建筑，节约场地，节约成本，且能有效平抑电网波动，提高相应速度，提升电能质量。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组储能技术领域，特别是涉及一种低风速风电机组内置式储能系统及储能方法。
背景技术
随着经济高速发展，整个社会对能源的需求度不断提高，风能等可再生能源开发和利用已经成为我国电力供应的重要增长点。风力发电缺点是受天气、季节、时间限制非常大，发电量不稳定，大范围推广对电网安全带来了新的挑战，对于电网的运行和调度提出了更高要求。
风力发电随机性大，对电网稳定性造成一定的影响，采用储能设备可以解决。目前风力发电场采用场级储能设备，需要单独建设储能系统的承载体，占地面积和建设成本大，且响应速度慢。
由此可见，上述现有的风电场储能系统在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的低风速风电机组内置式储能系统及储能方法，使其有效平抑电网波动，提升电能质量，且无需大规模投建单独的储能承载建筑，成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低风速风电机组内置式储能系统，使其有效平抑电网波动，提升电能质量，且无需大规模投建单独的储能承载建筑，从而克服现有的风电场储能系统的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低风速风电机组内置式储能系统，包括设置在风电机组塔筒内部的变压器、储能变流器、蓄电池组和电池管理系统，所述变压器入口端用于与风电机组交流母线侧连接，所述变压器出口端通过所述储能变流器与所述蓄电池组连接，所述电池管理系统与所述储能变流器和蓄电池组连接。
作为本发明的一种改进，所述风电机组塔筒内部设置有多层平台架，所述变压器、储能变流器、蓄电池组和电池管理系统分别放置在所述多层平台架上。
进一步改进，所述多层平台架包括三层平台，分别用于放置所述变压器和储能变流器的变压器柜和储能变流器柜设置在最上层平台上，所述蓄电池组和电池管理系统设置在中间层平台上的电池柜中，所述中间层平台还包括汇流柜，最底层平台设置一体化柜，用于放置所述风电机组的主控制器和通讯设备。
进一步改进，所述储能系统各设备之间以及所述储能系统与风电机组主控制器和风电场网络之间均通过以太网通讯连接，所述储能变流器内部采用RS485和CANopen冗余通讯。
进一步改进，所述蓄电池组包括多个电池组和电池组控制器，所述电池组控制器与所述储能变流器、电池管理系统和风电机组主控制器连接，用于接收风电场厂级指令并控制所述蓄电池组电能能量的收发。
进一步改进，所述储能系统还包括用于检测所述储能系统能量输出端电能的电能监测设备。
进一步改进，所述电池组控制器还连接用于传输风电机组风功率预测值的前馈控制器。
本发明还提供一种低风速风电机组的内置式储能方法，所述储能方法为在风电机组塔筒内部设置单机版储能系统，所述储能系统采用上述的低风速风电机组内置式储能系统；
所述内置式储能系统的变压器直接连接风电机组交流母线侧，用于将风电机组获得的交流电能通过所述变压器和储能变流器转换，存储在所述蓄电池组中。
进一步改进，所述内置式储能方法还包括储能系统能量输出的闭环控制方法，所述储能系统能量输出的闭环控制方法是通过测量所述储能系统能量输出端的电能实现的闭环控制。
进一步改进，所述内置式储能方法还包括储能系统能量输出的前馈控制方法，所述储能系统能量输出的前馈控制方法是通过接收所述风电机组的风功率预测值实现的前馈控制。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1.本发明通过采用设置在风电机组塔筒内部的单机版储能系统，形成与风电机组一对一组合接入的储能模式，无需大规模投建单独的厂级储能承载建筑，节约场地，节约成本。并且该内置式储能系统通过直接接入风电机组交流母线侧，可有效平抑风电机组出口电能波动，平抑电网波动，且响应速度快，最终达到提升电能质量的目的。
2.本发明低风速风电机组内置式储能系统体积小，易于维护，且其在市电故障的紧急情况下，可以作为风电机组的应急备用电源，以进行紧急偏航、紧急变桨等功能，增加风电机组的可靠性。
3.本发明内置式储能方法通过对储能系统出口端输出电能的监测，形成该储能方法的闭环控制方法，还通过加入对风功率预测值的前馈控制，使该储能系统输出电能控制更快速、更精准。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明低风速风电机组内置式储能系统与风电机组连接的结构示意图。
图2是本发明低风速风电机组内置式储能系统与风电机组及风电场网络连接的结构示意图。
图3是本发明低风速风电机组内置式储能系统各设备之间的通讯连接关系图。
图4是本发明低风速风电机组内置式储能系统设置在风电机组塔筒内部的安装位置示意图。
图5是本发明低风速风电机组内置式储能系统输出电能时的性能控制原理图。
具体实施方式
本发明风电机组内置式储能系统是应用于低风速的风电机组内部的紧凑型化学储能系统，其具体结构以下述实施例为例进行说明。
参照附图1和2所示，本实施例低风速风电机组内置式储能系统，包括设置在风电机组塔筒内部的变压器1、储能变流器2、蓄电池组3和电池管理系统4，该变压器1入口端与风电机组5交流母线侧连接，该变压器1出口端通过该储能变流器2与该蓄电池组3连接，该电池管理系统4与该储能变流器2和蓄电池组3连接。其中，该储能系统各设备之间以及该储能系统与风电机组主控制器和风电场网络之间均通过以太网通讯连接。该储能变流器内部采用RS485和CANopen冗余通讯，能提高风电机组的可靠性能，如附图3所示。
具体的，该风电机组塔筒内部设置有多层平台架，该变压器1、储能变流器2、蓄电池组3和电池管理系统4分别放置在该多层平台架上。
参照附图4所示，本实施例中该多层平台架包括三层平台，分别用于放置该变压器1和储能变流器2的变压器柜11和储能变流器柜12设置在最上层平台上；该蓄电池组3和电池管理系统4设置在中间层平台上的电池柜13中，该中间层平台还包括汇流柜14；最底层平台设置一体化柜15，用于放置该风电机组5的主控制器和通讯设备。
还有，参照附图5所示，该蓄电池组3包括多个电池组和电池组控制器8，该电池组控制器8与该储能变流器2、电池管理系统4和风电机组主控制器连接，用于接收风电场厂级指令并控制该蓄电池组电能能量的收发。
本实施例中该储能系统还包括设置在该储能系统能量输出端的电能监测设备6，用于检测该储能系统能量输出端的输出电能，以实现该储能系统输出电能的闭环控制，达到快速、精准的电能输出控制。
进一步的改进，该电池组控制器8还连接用于接收风电机组的风功率预测值的前馈控制器7，该电池组控制器8结合前馈控制器7发送的预测值，能更快速、更精准的控制电能输出，进一步提高该储能系统的放电功率和放电能量。
基于上述设置在风电机组塔筒内部内置式储能系统，该低风速风电机组内置式储能方法就是采用该内置式储能系统，该内置式储能系统的变压器直接连接风电机组交流母线侧，用于将风电机组获得的690V交流电能通过该变压器和储能变流器转换，存储在该蓄电池组中，形成风电机组与储能系统一对一的组合接入模式，使风电机组和储能系统合并出力，起到改善风电机组并网性能的目的。
本实施例中该内置式储能方法还包括储能系统能量输出的闭环控制方法和前馈控制方法。该储能系统能量输出的闭环控制方法是通过测量该储能系统能量输出端的电能来实现的闭环控制，该储能系统能量输出的前馈控制方法是通过接收该风电机组的风功率预测值来实现的前馈控制，大大提高了该内置式储能系统的储能及放电性能。
本发明低风速风电机组内置式储能系统通过采用设置在风电机组塔筒内部的单机版储能设置，与风电机组一对一组合接入模式，无需大规模投建单独的厂级储能承载建筑，节约场地，节约成本。该内置式储能系统通过直接接入风电机组出口，可有效平抑风电机组出口电能波动，平抑电网波动，且响应速度快，最终提升电能质量。
本发明低风速风电机组内置式储能系统体积小，易于维护，且其在市电故障的紧急情况下，可以作为风电机组的应急备用电源，以进行紧急偏航等功能，增加风电机组的可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，包括设置在风电机组塔筒内部的变压器、储能变流器、蓄电池组和电池管理系统，所述变压器入口端用于与风电机组交流母线侧连接，所述变压器出口端通过所述储能变流器与所述蓄电池组连接，所述电池管理系统与所述储能变流器和蓄电池组连接。
2.根据权利要求1所述的低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，所述风电机组塔筒内部设置有多层平台架，所述变压器、储能变流器、蓄电池组和电池管理系统分别放置在所述多层平台架上。
3.根据权利要求2所述的低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，所述多层平台架包括三层平台，分别用于放置所述变压器和储能变流器的变压器柜和储能变流器柜设置在最上层平台上，所述蓄电池组和电池管理系统设置在中间层平台上的电池柜中，所述中间层平台还包括汇流柜，最底层平台设置一体化柜，用于放置所述风电机组的主控制器和通讯设备。
4.根据权利要求1所述的低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，所述储能系统各设备之间以及所述储能系统与风电机组主控制器和风电场网络之间均通过以太网通讯连接，所述储能变流器内部采用RS485和CANopen冗余通讯。
5.根据权利要求1至4任一项所述的低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，所述蓄电池组包括多个电池组和电池组控制器，所述电池组控制器与所述储能变流器、电池管理系统和风电机组主控制器连接，用于接收风电场厂级指令并控制所述蓄电池组电能能量的收发。
6.根据权利要求5所述的低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括用于检测所述储能系统能量输出端电能的电能监测设备。
7.根据权利要求5所述的低风速风电机组内置式储能系统，其特征在于，所述电池组控制器还连接用于传输风电机组风功率预测值的前馈控制器。
8.一种低风速风电机组的内置式储能方法，其特征在于，所述储能方法为：在风电机组塔筒内部设置单机版储能系统，所述储能系统采用如权利要求1至7任一项所述的低风速风电机组内置式储能系统；
所述内置式储能系统的变压器直接连接风电机组交流母线侧，用于将风电机组获得的交流电能通过所述变压器和储能变流器转换，存储在所述蓄电池组中。
9.根据权利要求8所述的低风速风电机组内置式储能方法，其特征在于，所述内置式储能方法还包括储能系统能量输出的闭环控制方法，所述储能系统能量输出的闭环控制方法是通过测量所述储能系统能量输出端的电能实现的闭环控制。
10.根据权利要求8所述的低风速风电机组内置式储能方法，其特征在于，所述内置式储能方法还包括储能系统能量输出的前馈控制方法，所述储能系统能量输出的前馈控制方法是通过接收所述风电机组的风功率预测值实现的前馈控制。
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