CN113363966A - 一种分布式储能系统的承载装置及风电场能量管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式储能系统的承载装置及风电场能量管理方法，属于风电场能量管理领域，分散式储能体系设置于风机塔筒内，分散式储能体系由风电场的能量管理装置集中控制,分散式储能体系包括若干分立的储能设备；储能设备的电池管理系统与能量管理装置通讯，能量管理装置调度各个储能设备的出力；分散式储能体系与风机共用变流器的逆变单元，变流器的直流母线上接入所述储能设备的直流电源；本发明实现了分布在风机塔筒内的储能设备可集中控制，为风场整体提供出力，也可单独为风机供电；通过与风机共用变流器逆变单元，为风场提供必要电源，既能提供有功出力，也能在必要的时候提供无功功率，替代目前存在的SVG设备，减小设备投资。
Description
技术领域
本发明涉及风电场能量管理领域，特别涉及一种分布式储能系统的承载装置及风电场能量管理方法。
背景技术
近年来随着风电发电设备和并网技术日益成熟，大量的风电接入电网。然而与传统电力相比，风电由于受自然因素随机影响较大，风电呈现了较强的不确定性和波动性，当风电对电网渗透达到一定比例，则会为电网安全稳定运行带来隐患。储能作为一种稳定的友好型需求相应资源，在风电消纳中受到更多重视。
现有的风电厂一般在升压站内安装单台大容量储能设备，并且配备相匹配容量的大功率变流器，用以为系统提供出力或吸收功率，储能设备包括化学电池、超级电容以及飞轮等机械储能设备等，大容量储能设备能量密度大，附属安全设备多，调节方式单一，对系统冲击大；目前，集中式储能设备当作独立调度个体，仅当做“电厂”看待，只为系统提供出力或吸收功率，不能增加系统的旋转备用，功能较为单一。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种分布式储能系统的能量管理方法，用以解决现有集中式储能设备能量密度大、附属安全设备多、调节方式单一、对系统冲击大和功能较为单一的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种基于分布式储能系统的风电场能量管理方法，包括分散式储能体系，所述分散式储能体系设置于风机塔筒内，所述分散式储能体系由风电场的能量管理装置集中控制,所述分散式储能体系包括多个分立的储能设备；所述储能设备的电池管理系统与所述能量管理装置通讯，所述能量管理装置调度各个所述储能设备的出力；所述分散式储能体系与风机共用变流器的逆变单元，所述变流器的直流母线上接入所述储能设备的直流电源。
进一步可选的，所述储能设备为飞轮储能器、化学电池、超级电容、超导储能器中的一种或多种。
作为上述技术方案的进一步限定，所述能量管理装置包括在风电场并网点安装的监测模块，所述监测模块采集场站并网点的电能质量参数，实时获得并网点处的有功和无功功率曲线。
作为一种可行的技术方案，还包括功率因素调节装置，所述功率因素调节装置从风功率预测系统和SCADA系统中获得风电场内各机位风速和风机运行情况，关联风机主控逻辑，提前预判和计算风机偏航、启动所需的无功容量，在风机偏航或启动时，同步控制同区域内正在运行的风机网侧变流器发出无功功率，实现风场内的无功功率就地平衡；所述监测模块通过电能质量参数实时分析并网点处的无功变化趋势，并将实际无功含量与国标参考值的偏差ΔQ传输到所述功率因数调节装置。
进一步的，还包括无功闭环控制装置，所述无功闭环控制装置接收风功率预测系统和风电场SCADA系统数据，通过分析风功率预测系统的风况，关联SCADA系统中风机运行状态和运行方式，预测风机偏航或启动时间，以及所需要的无功功率Q1，站内无功负荷消耗无功功率Q2。
进一步的，所述无功闭环控制装置根据当前风场各风机的发电状态和备用容量，以及相应风况，根据电气连接的最佳潮流路径，调度偏航或启动风机附近的可发电机组发出无功功率Q3，将所需无功功率就近补偿。
进一步的，在风力不足时，所述无功闭环控制装置控制储能系统通过变流器发出无功功率Q4，保证电机启动时所需的无功电流。
风场内无功平衡方程如下：
ΔQ+Q1+Q2+Q3+Q4＝0
式中，
ΔQ为实际无功含量与国标参考值的偏差，
Q1为风机所需要的无功功率，
Q2为站内无功负荷消耗无功功率，
Q3为偏航或启动风机附近的可发电机组发出无功功率，
Q4为无功闭环控制装置控制储能系统通过变流器发出的无功功率。
进一步的，当风力达到阈值时，所述储能系统接入变流器后，针对网侧的变流器进行单独控制，在必要时，利用储能系统发出合乎需求的有功或无功功率。
本发明还提供了一种储能设备的承载装置，用以解决对于设置分布式储能设备，并没有相应的承载装置设计的问题。
所述储能设备通过承载装置固定放置在风机塔筒内，所述承载装置包括承载圆盘，所述承载圆盘的外圆周均匀设置有两个以上的伸缩固定杆，所述伸缩固定杆将承载圆台固定到风机塔筒内部，所述伸缩固定杆包括伸缩部和吸盘部，所述承载圆盘的中心开设有通孔，所述通孔用于风机塔筒的内部电缆通过，所述承载圆盘的上表面绕所述通孔环绕设置有若干个放置槽体，所述放置槽体与承载圆台固定连接，所述放置槽体用于放置所述储能设备，所述放置槽体靠近通孔的一侧设置有接线通口。
作为上述技术方案的进一步限定，所述承载装置还包括吊装装置，所述吊装装置包括吊装环和连接杆，所述吊装环通过连接杆与所述承载圆台的内圆周固定连接，所述连接杆至少三根；所述承载装置还包括伸缩支撑杆，所述伸缩支撑杆设置于相邻两个所述放置槽体之间，所述承载圆台设置有与所述伸缩支撑杆相互匹配的滑槽。
本发明具有以下积极的技术效果：
1、本发明提供了一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，分布在风机塔筒内的储能设备可集中控制，为风场整体提供出力，也可单独为风机供电。通过与风机共用变流器逆变单元，为风场提供必要电源，既能提供有功出力，也能在必要的时候提供无功功率，替代目前存在的SVG设备，减小设备投资；利用位于风机塔筒内的储能系统接入风机变流器直流母线，所增加控制器与功率因数调节装置联接，跟据上述风电场出口功率因数等电能质量情况，采用相应控制策略，调整风机出口有功、无功出力，从而调节出口功率因数。在风机变流器直流母线上接入分散式储能设备的直流电源，可以为风电场系统提供感性或容性的无功功率，为本区域(集电线路或相邻集电线路)内风机的启动提供所需的无功电流，实现无功就地平衡。
2、本发明在风电场的出口处实时监测功率因数情况，保证风电场出口处功率因数等电能质量得到闭环控制和保证。由于分散式储能设备利用的是风机的变流器，比较于同容量的集中式储能设备，数量多，单机容量小，为系统提供出力时，控制方式灵活多变，且对系统冲击小，利于风场微电网精细化管理。在风功率预测系统不准的时候，为风机提供合适出力，贴近电网下发功率曲线，提升风机风功率预测准确性，增加电网备用容量，加强电网运行稳定性。
3、通过本发明公开的一种分布式储能系统的承载装置，可以实现承载所有分布式储能系统，并且可以集中控制，装配简单，承载可靠，放置位置固定，检修容易；并且承载装置设置的通孔可以便于风机塔筒内部接线和检修，不影响风机塔筒原本的工作过程；承载装置的吊装结构连接可靠并使得吊装十分方便，可以多层装配，由于设置的伸缩支撑杆具有限位的作用，不会造成多层之间相互碰撞，最大程度上节约装配空间。
附图说明
图1是本发明分布式储能系统的风电场能量管理方法的原理图；
图2是本发明承载装置的工作状态示意图；
图3是本发明承载装置的立体结构示意图；.
图4是本发明承载装置俯视视角的平面结构示意图；
图5是本发明承载装置多层布置时的立体结构示意图；
图中标记：1—风机塔筒；2—承载装置；21—承载圆台；22—伸缩固定杆；23—放置槽体；24—吊装装置；25—伸缩支撑杆；26—滑槽；221—伸缩部；222—吸盘部；241—吊装环；242—连接杆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是：本发明所说的风力足够时，是指风力足够驱动风力发电机转动，并能启动变流器，对有功无功输出可解耦控制。此时，位于风机塔筒内的分布式储能系统接入变流器后，可针对网侧变流器单独控制，在必要时，利用储能系统发出合乎需求的有功或无功功率。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种分布式储能系统安装安装装置及其能量管理方法，包括分散式储能体系，所述分散式储能体系设置于风机塔筒内，所述分散式储能体系由风电场的能量管理装置集中控制,所述分散式储能体系包括多个分立的储能设备；所述储能设备的电池管理系统与所述能量管理装置通讯，所述能量管理装置调度各个所述储能设备的出力；所述分散式储能体系与风机共用变流器的逆变单元，所述变流器的直流母线上接入所述储能设备的直流电源。
作为优选的，所述储能设备为飞轮储能器、化学电池、超级电容、超导储能器中的一种或多种。
进一步的，所述能量管理装置包括在风电场并网点安装的监测模块，所述监测模块采集场站并网点的电能质量参数，实时获得并网点处的有功和无功功率曲线。
进一步的，还包括功率因素调节装置，所述功率因素调节装置从风功率预测系统和SCADA系统中获得风电场内各机位风速和风机运行情况，关联风机主控逻辑，提前预判和计算风机偏航、启动所需的无功容量，在风机偏航或启动时，同步控制同区域内正在运行的风机网侧变流器发出无功功率，实现风场内的无功功率就地平衡；所述监测模块通过电能质量参数实时分析并网点处的无功变化趋势，并将实际无功含量与国标参考值的偏差ΔQ传输到所述功率因数调节装置。功率调节装置是现有技术，如AGC、AVC系统。也可以是风场自行研发的功率控制系统，目前有现成的技术应用。
进一步的，还包括无功闭环控制装置，所述无功闭环控制装置接收风功率预测系统和风电场SCADA系统数据，通过分析风功率预测系统的风况，关联SCADA系统中风机运行状态和运行方式，预测风机偏航或启动时间，以及所需要的无功功率Q1，站内无功负荷消耗无功功率Q2。
进一步的，所述无功闭环控制装置根据当前风场各风机的发电状态和备用容量，以及相应风况，根据电气连接的最佳潮流路径，调度偏航或启动风机附近的可发电机组发出无功功率Q3，将所需无功功率就近补偿。
进一步的，在风力不足时，所述无功闭环控制装置控制储能系统通过变流器发出无功功率Q4，保证电机启动时所需的无功电流。
风场内无功平衡方程如下：
ΔQ+Q1+Q2+Q3+Q4＝0
式中，
ΔQ为实际无功含量与国标参考值的偏差，
Q1为风机所需要的无功功率，
Q2为站内无功负荷消耗无功功率，
Q3为偏航或启动风机附近的可发电机组发出无功功率，
Q4为无功闭环控制装置控制储能系统通过变流器发出的无功功率。
本发明将集中式储能设备拆分成分散式储能体系，可以是化学电池、飞轮等机械储能设备或超级电容等等，存放于风机塔筒内，单体容量变小，能量密度降低，可简化安全辅助设施建设。分散式储能设备由风电场能量管理装置集中控制，能量管理装置与各分立的储能设备BMS(电池管理系统)通讯，调度各储能设备出力。能量管理装置在风电场并网点安装高分辨监测模块，高速采集场站并网点的电压、电流、频率等电能质量参数，实时获得并网点处有功和无功功率曲线。能量管理装置，保证大系统频率和电压稳定，接收AGC、AVC下发定值，分解并下发指令到风机，精细化地让各风机依照最佳流潮流方式发有功和无功，并让储能装置充放电，就近补充或消纳有功、无功功率，保证微电网内功率均衡。
上述运行方式是风力足够驱动风力发电机转动，并能启动变流器，对有功无功输出可解耦控制。位于风机塔筒内的分布式储能系统接入变流器后，可针对网侧变流器单独控制，在必要时，利用储能系统发出合乎需求的有功或无功功率。
功率因素调节装置从风功率预测系统和SCADA系统中获得风电场内各机位风速和风机运行情况，关联风机主控逻辑，提前预判和计算风机偏航、启动所需无功容量，在风机偏航或启动时，同步控制同区域内(电气连接近处的同集电线路或者其他邻近集电线路内)正在运行的风机网侧变流器发出无功功率，实现风场内的无功功率就地平衡，保证风电场公共连接点处功率因数不变(即风场对外不发出或吸收无功)。检测模块通过高分辨数据实时分析并网点处无功变化趋势，并将实际无功含量与国标参考值的偏差ΔQ传输到风电场功率因数控制装置。ΔQ跟据容性和感性，自带正负号。
无功闭环控制装置接收风功率预测系统和风电场SCADA系统数据(实际上，风功率预测系统会从SCADA系统中采集分辨率不高的各风机气象站风速数据)，通过分析风功率预测系统的风况，关联SCADA系统中风机运行状态和运行方式，预测风机偏航或启动时间，以及所需要的无功功率Q1。站内无功负荷消耗无功功率Q2。无功闭环控制装置根据目前风场各风机的发电状态和备用容量，以及相应风况，根据电气连接的最佳潮流路径，调度偏航或启动风机“附近”的可发电机组发出无功功率Q3，尽量将所需无功“就近补偿”。
在低风状态下，风机频繁偏航，但没有风机稳定发电以提供风机偏航或启动的无功功率，则无功闭环控制装置控制站内储能系统通过变流器发出无功功率Q4，保证电机启动时所需的无功电流。
风场内无功平衡方程中的ΔQ与大电网系统AVC下发定值有关，保证大系统电压稳定性，Q1，Q2，Q3，Q4非线性变化，且相互关联，需无功闭环控制装置不断迭代计算，逼近闭环控制值。
实施例2
如图2至图4所示，本发明还公开了一种放置分散式储能设备的承载装置，所述储能设备通过承载装置2固定放置在风机塔筒内，所述承载装置2包括承载圆盘21，所述承载圆盘21的外圆周均匀设置有两个以上的伸缩固定杆22，所述伸缩固定杆22将承载圆台21固定到风机塔筒内部，伸缩固定杆包括伸缩部221和连接在伸缩部221端部的吸盘部222，所述承载圆盘21的中心开设有通孔，所述通孔用于风机塔筒的内部电缆通过，所述承载圆盘21的上表面绕所述通孔环绕设置有若干个放置槽体23，所述放置槽体23与承载圆台21固定连接，所述放置槽体23用于放置所述储能设备，所述放置槽体靠近通孔的一侧设置有接线通口321，所述承载装置2还包括吊装装置24，所述吊装装置24包括吊装环241和连接杆242，所述吊装环241通过连接杆242与所述承载圆台21的内圆周固定连接，所述连接杆242至少三根。
承载装置2的工作原理为：首先选择要设置的放置槽体23数量，比如选择为6个，即是含有6个放置槽体23的承载圆台21，然后通过吊装工具，利用吊装装置24将承载装置2吊入到风机塔筒内，待其平稳后，通过遥控伸缩固定杆22，伸缩固定杆22的伸缩部221扩展，将吸盘部222顶在风机塔筒内壁，即完成固定，需要注意的是，由于风机塔筒内部可能存在攀爬梯等障碍物，所以在实际使用时，可以将伸缩部221设计得长一些，两个相邻的伸缩固定杆22之间的距离设计得大一些，能够保证这些攀爬梯等障碍物的正常使用即可。
另外需要说明的是，储能设备的接线和风机塔筒内接线都可以通过承载装置2的中间空隙进行，并不会影响到正常的接线需要。
实施例3
如图5所示，本实施例在实施例2的基础之上，可以根据需要选择承载装置2的层数，由于储能设备的体积和个数限制，有时一层承载装置2不能承载所有的储能设备，故而需要多层布置，所述承载装置2还包括伸缩支撑杆25，所述伸缩支撑杆25设置于相邻两个所述放置槽体23之间，所述承载圆台21设置有与所述伸缩支撑杆25相互匹配的滑槽26。
本实施例利用伸缩支撑杆25进行支撑限位，伸缩支撑杆25是的高度调整到大于储能设备的高度，然后在第一层承载装置2布置好之后，依次吊装并安装第二层承载装置2，直至所有储能设备安装完毕，设置伸缩支撑杆25的主要目的在限位，避免上层的承载装置2挤压下层的承载装置2的安装空间，使得储能设备可以顺利安装。
在上文中，结合具体的实施例对本发明的各种实施方式进行了描述。然而，应当得出的理解是：本发明的对各个实施例描述的用意不是对本发明的限制，以上所述仅是本发明的示范性实施例，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求确定。
Claims (10)
1.一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，包括分散式储能体系，所述分散式储能体系设置于风机塔筒内，所述分散式储能体系由风电场的能量管理装置集中控制,所述分散式储能体系包括多个分立的储能设备；所述储能设备的电池管理系统与所述能量管理装置通讯，所述能量管理装置调度各个所述储能设备的出力；所述分散式储能体系与风机共用变流器的逆变单元，所述变流器的直流母线上接入所述储能设备的直流电源。
2.根据权利要求1所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，所述储能设备为飞轮储能器、化学电池、超级电容中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，所述能量管理装置包括在风电场并网点安装的监测模块，所述监测模块采集场站并网点的电能质量参数，实时获得并网点处的有功和无功功率曲线。
4.根据权利要求3所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，还包括功率因素调节装置，所述功率因素调节装置从风功率预测系统和SCADA系统中获得风电场内各机位风速和风机运行情况，关联风机主控逻辑，提前预判和计算风机偏航、启动所需的无功容量，在风机偏航或启动时，同步控制同区域内正在运行的风机网侧变流器发出无功功率，实现风场内的无功功率就地平衡；所述监测模块通过电能质量参数实时分析并网点处的无功变化趋势，并将实际无功含量与国标参考值的偏差ΔQ传输到所述功率因数调节装置。
5.根据权利要求4所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，还包括无功闭环控制装置，所述无功闭环控制装置接收风功率预测系统和风电场SCADA系统数据，通过分析风功率预测系统的风况，关联SCADA系统中风机运行状态和运行方式，预测风机偏航或启动时间，以及所需要的无功功率Q1，站内无功负荷消耗无功功率Q2。
6.根据权利要求5所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，所述无功闭环控制装置根据当前风场各风机的发电状态和备用容量，以及相应风况，根据电气连接的最佳潮流路径，调度偏航或启动风机附近的可发电机组发出无功功率Q3，将所需无功功率就近补偿。
7.根据权利要求6所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，在风力不足时，所述无功闭环控制装置控制储能系统通过变流器发出无功功率Q4，保证电机启动时所需的无功电流；
风场内无功平衡方程如下：
ΔQ+Q1+Q2+Q3+Q4＝0
式中，
ΔQ为实际无功含量与国标参考值的偏差，
Q1为风机所需要的无功功率，
Q2为站内无功负荷消耗无功功率，
Q3为偏航或启动风机附近的可发电机组发出无功功率，
Q4为无功闭环控制装置控制储能系统通过变流器发出的无功功率。
8.根据权利要求6所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，当风力达到阈值时，所述储能系统接入变流器。
9.根据权利要求1所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，所述储能设备通过承载装置(2)固定放置在风机塔筒内，所述承载装置(2)包括承载圆盘(21)，所述承载圆盘(21)的外圆周均匀设置有两个以上的伸缩固定杆(22)，所述伸缩固定杆(22)将承载圆台(21)固定到风机塔筒内部，所述伸缩固定杆包括伸缩部(221)和连接在伸缩部(221)端部的吸盘部(222)，所述吸盘部(222)可吸附于风机塔筒，所述承载圆盘(21)的中心开设有通孔，所述通孔用于风机塔筒的内部电缆通过，所述承载圆盘(21)的上表面绕所述通孔环绕设置有若干个放置槽体(23)，所述放置槽体(23)用于放置所述储能设备，所述放置槽体靠近通孔的一侧设置有接线通口(321)。
10.根据权利要求1所述的一种分布式储能系统的风电场能量管理方法，其特征在于，所述承载装置(2)还包括吊装装置(24)，所述吊装装置(24)包括吊装环(241)和连接杆(242)，所述吊装环(241)通过连接杆(242)与所述承载圆台(21)的上表面固定连接，所述连接杆(242)至少三根；所述承载装置(2)还包括伸缩支撑杆(25)，所述伸缩支撑杆(25)设置于相邻两个所述放置槽体(23)之间，所述承载圆台(21)设置有与所述伸缩支撑杆(25)相互匹配的滑槽(26)。
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