CN113629773A - 一种风力发电系统及其发电方法 - Google Patents

一种风力发电系统及其发电方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种风力发电系统及其发电方法，其中该发电系统包括：发电子系统、电网子系统和储能子系统；发电子系统设置于海岛上，用于进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；电网子系统，用于为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；储能子系统，用于根据本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整储能子系统和电网子系统之间的传输关系。本申请中的储能子系统可以适时地从电网子系统中吸收或释放电能，为平抑风力发电功率波动、提高风力发电接入电网的能力提供了有效的手段，提高了风电的并网接入能力，可从源头降低风力发电并网功率的波动性，大幅提升风力发电并网消纳能力，确保了既有电网的安全稳定运行。

Description

一种风力发电系统及其发电方法
技术领域
本申请风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电系统及其发电方法。
背景技术
当前，气候变化是人类面临的全球性问题，随着二氧化碳的排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，开发利用大规模再生能源为解决世界性的能源危机与环境污染问题开辟了新途径，对改善能源结构并保证国民经济可持续发展具有重要的战略意义。
风能是目前最具大规模商业化开发潜能的非水能可再生资源，尤其海上风力资源丰富，采用海上风力发电联网运行是实现风能大规模开发利用的有效途径。但是，风力发电的功率具有波动性和间歇性，对其接入电网带来了显著不利影响。因此，如何在既有电网中接入风力发电系统，确保既有电网安全稳定运行是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种风力发电系统及其发电方法，可以在既有电网中接入风力发电系统，确保既有电网安全稳定运行。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种风力发电系统，包括：发电子系统、电网子系统和储能子系统；
所述发电子系统设置于海岛上，用于进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；
所述电网子系统，用于为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；
所述储能子系统，用于根据所述本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整所述储能子系统和所述电网子系统之间的传输关系。
可选地，
所述储能子系统，具体用于当所述本地负荷大于风力发电的风力出力时，将所述储能子系统中存储的电能发送至电网子系统中；当所述本地负荷小于所述风力出力时，从所述电网子系统中获取剩余电能，并进行存储。
可选地，
本实施例中的风力发电系统还包括：
输电子系统；
所述输电子系统，用于将所述电网子系统中除去运行电能以外的剩余电能输送至陆上外部电网。
可选地，
所述输电子系统还用于，当所述本地负荷大于所述风力出力且储能系统释放的电能小于负荷差额时，从所述陆上外部电网获取电能并发送至所述电网子系统，其中，所述负荷差额为所述本地负荷和所述风力出力之间的差值。
可选地，
所述输电子系统为柔性直流输电子系统。
可选地，
所述柔性直流输电子系统包括：AC/DC换流器和DC/DC换流器；
所述电网子系统、所述DC/DC换流器、所述AC/DC换流器和所述外部电网依次连接。
可选地，
所述AC/DC换流器为双向AC/DC换流器；
所述DC/DC换流器为双向DC/DC换流器。
可选地，
所述输电子系统通过电缆连接所述陆上外部电网和所述电网子系统。
可选地，
所述电网子系统具体为直流电网子系统。
本申请第二方面提供了应用于任一种第一方面所述的风力发电系统的发电方法，包括：
发电子系统进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；
电网子系统为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；
储能子系统根据所述本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整所述储能子系统和所述电网子系统之间的传输关系。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请中的风力发电系统包括：发电子系统、电网子系统和储能子系统；发电子系统设置于海岛上，用于进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；电网子系统，用于为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；储能子系统，用于根据本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整储能子系统和电网子系统之间的传输关系。本申请中的储能子系统可以适时地从电网子系统中吸收或释放电能，为平抑风力发电功率波动、提高风力发电接入电网的能力提供了有效的手段，提高了风电的并网接入能力，可从源头降低风力发电并网功率的波动性，大幅提升风力发电并网消纳能力，确保了既有电网的安全稳定运行。
附图说明
图1为本申请实施例中一种风力发电系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中一种风力发电系统的发电方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种风力发电系统及其发电方法，可以在既有电网中接入风力发电系统，确保既有电网安全稳定运行。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，图1为本申请实施例中一种风力发电系统的结构示意图。
如图1所示，本实施例中风力发电系统，包括：发电子系统、电网子系统和储能子系统；
发电子系统设置于海岛上，用于进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；
电网子系统，用于为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；
储能子系统，用于根据本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整储能子系统和电网子系统之间的传输关系。
可以理解的是，海岛可以是一个，也可以是由多个海岛构成的海岛群，在此不做具体限定。
进一步地，储能子系统，具体用于当本地负荷大于风力发电的风力出力时，将储能子系统中存储的电能发送至电网子系统中；当本地负荷小于风力出力时，从电网子系统中获取剩余电能，并进行存储。即储能子系统可以适时吸收释放功率，平滑风力发电的出力，提高风电的并网接入能力，可从源头降低风力发电并网功率的波动性，大幅提升风力发电并网消纳能力。
可以理解的是，在一种实施方式中，本实施例中的风力发电系统，还包括：输电子系统；
输电子系统，用于将电网子系统中除去运行电能以外的剩余电能输送至陆上外部电网。
可以理解的是，输电子系统还用于，当本地负荷大于风力出力且储能系统释放的电能小于负荷差额时，从陆上外部电网获取电能并发送至电网子系统，其中，负荷差额为本地负荷和风力出力之间的差值。
进一步地，输电子系统为柔性直流输电子系统。
进一步地，在一种实施方式中，柔性直流输电子系统包括：AC/DC换流器和DC/DC换流器；
电网子系统、DC/DC换流器、AC/DC换流器和外部电网依次连接。
进一步地，在一种实施方式中，AC/DC换流器为双向AC/DC换流器；
DC/DC换流器为双向DC/DC换流器。
可以理解的是，输电子系统通过电缆连接陆上外部电网和电网子系统。
进一步地，在一种实施方式中，电网子系统具体为直流电网子系统。
与现有技术相比，本实施例中的风力发电系统具有如下优点：
(1)储能子系统可以适时吸收释放功率，为平抑风力发电功率波动、提高风力发电接入电网的能力提供了有效的手段，平滑风力发电的出力，提高风电的并网接入能力，可从源头降低风力发电并网功率的波动性，大幅提升风力发电并网消纳能力。
(2)储能子系统可以实现削峰填谷，保障短时尖峰负荷供电，大幅节省电网投资。传统电网投资需建设能够满足尖峰负荷的容量，但尖峰往往持续时间非常短，采用储能来保障尖峰负荷供电，相对于电网建设可大幅节省投资额。而风电输出功率与资源相关，可预测性较差，而且无法控制，配置储能可以有效减少弃风率，避免弃电损失。本申请可以实现路上外部电网与海岛群的功率互济，储能子系统可以最大程度减少路上外部电网与海岛群的功率交互，降低柔性直流输电系统的造价。
(3)在陆上外部电网发生故障的情况下，功率无法输送到陆上外部电网的情况下，海岛群本地负荷和储能可以最大化吸收风力发电功率，减少弃风。
(4)储能子系统可以提升海岛群供电可靠性。
(5)采用直流组网技术消除传统交流方式传输时线路容性效应，可以减少传输损耗，增大传输极限容量。同时各台风机可以根据自己的频率异步运行，无需考虑同步问题，大大提升海岛群之间的电力安全性，对外部电网影响小。
(6)采用电网子系统可以方便储能和风电的接入，减少变换环节，提高效率。
本实施例中的风力发电系统包括：发电子系统、电网子系统和储能子系统；发电子系统设置于海岛上，用于进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；电网子系统，用于为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；储能子系统，用于根据本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整储能子系统和电网子系统之间的传输关系。本申请中的储能子系统可以适时地从电网子系统中吸收或释放电能，为平抑风力发电功率波动、提高风力发电接入电网的能力提供了有效的手段，提高了风电的并网接入能力，可从源头降低风力发电并网功率的波动性，大幅提升风力发电并网消纳能力，确保了既有电网的安全稳定运行。
以上为本申请中一种风力发电系统的实施例，以下为一种风力发电系统的发电方法的实施例。
请参阅图2，图2为本申请实施例中种风力发电系统的发电方法的流程示意图。
本实施例中的种风力发电系统的发电方法包括：
步骤201、发电子系统进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统。
步骤202、电网子系统为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能。
步骤203、储能子系统根据本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整储能子系统和电网子系统之间的传输关系。
本实施例中的风力发电系统的发电方法，发电子系统进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；电网子系统为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；储能子系统根据本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整储能子系统和电网子系统之间的传输关系。本申请中的储能子系统可以适时地从电网子系统中吸收或释放电能，为平抑风力发电功率波动、提高风力发电接入电网的能力提供了有效的手段，提高了风电的并网接入能力，可从源头降低风力发电并网功率的波动性，大幅提升风力发电并网消纳能力，确保了既有电网的安全稳定运行。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风力发电系统，其特征在于，包括：发电子系统、电网子系统和储能子系统；
所述发电子系统设置于海岛上，用于进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；
所述电网子系统，用于为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；
所述储能子系统，用于根据所述本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整所述储能子系统和所述电网子系统之间的传输关系。
2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述储能子系统，具体用于当所述本地负荷大于风力发电的风力出力时，将所述储能子系统中存储的电能发送至电网子系统中；当所述本地负荷小于所述风力出力时，从所述电网子系统中获取剩余电能，并进行存储。
3.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于，还包括：输电子系统；
所述输电子系统，用于将所述电网子系统中除去运行电能以外的剩余电能输送至陆上外部电网。
4.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述输电子系统还用于，当所述本地负荷大于所述风力出力且储能系统释放的电能小于负荷差额时，从所述陆上外部电网获取电能并发送至所述电网子系统，其中，所述负荷差额为所述本地负荷和所述风力出力之间的差值。
5.根据权利要求4所述的风力发电系统，其特征在于，所述输电子系统为柔性直流输电子系统。
6.根据权利要求5所述的风力发电系统，其特征在于，所述柔性直流输电子系统包括：AC/DC换流器和DC/DC换流器；
所述电网子系统、所述DC/DC换流器、所述AC/DC换流器和所述外部电网依次连接。
7.根据权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于，所述AC/DC换流器为双向AC/DC换流器；
所述DC/DC换流器为双向DC/DC换流器。
8.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述输电子系统通过电缆连接所述陆上外部电网和所述电网子系统。
9.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述电网子系统具体为直流电网子系统。
10.应用于如权利要求1至9中任一项所述的风力发电系统的发电方法，其特征在于，包括：
发电子系统进行风力发电，并将风力发电后得到的发电电能发送至电网子系统；
电网子系统为海岛上的本地负荷提供运行时的运行电能；
储能子系统根据所述本地负荷和风力发电时风力出力的大小关系，调整所述储能子系统和所述电网子系统之间的传输关系。
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