CN211480937U - 一种基于风电储能的直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于风电储能的直流供电系统，变电站综合自动化系统对风力发电机组产生的电能进行监控并将数据传输至主控系统，主控系统分析后通过无线通信模组将信号传输给控制模块，控制模块控制储能单元进行充电或放电；具体的，当风电场风力较大而电网负荷较低时，控制模组控制储能单元进行充电；当电网负荷较高而风电场风力较小时，控制模组控制储能单元进行放电，来自储能单元的电能与来自风力发电机组的电能一同由升压站母线进入国家电网，可大大减轻对电网“谷”期的压力，并增加“峰”期的供电能力，实现了削峰填谷；此外，该系统还使进入国家电网时的电能更加稳定，起到了均衡供电的作用，增强了风电场上网的电能质量。

Description

一种基于风电储能的直流供电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电及储能技术领域，具体涉及一种基于风电储能的直流供电系统。

背景技术

风电既是绿色清洁的可再生能源，但也具有间歇性和波动性的特点，电能质量较低，规模并网会对电力系统稳定运行造成冲击。同时，我国大部分地区在午夜后风力增大使风电场产生较多的电力，而此时正是电网负荷的“谷”期，风电并网实际上增加了电网“调峰”的负担。特别是实行分时计价中，“谷”电的电价很低，此时上网的风电越多，电网公司的经济损失就越大，燃煤电厂因电网“调峰”需要而减发的任务也加重。因此解决弃风限电问题，进行合理调峰显得越发重要。

蓄电池是变电站整个二次系统的心脏，当交流电失电时，蓄电池是变电站照明、控制、信号灯二次系统正常运行的关键动力。通过多个电站的调查统计可知，升压站交流失电情况极少，铅酸蓄电池组长期处于闲置状态。同时，蓄电池通常采用铅酸蓄电池，由于铅酸蓄电池本身的充放电特性及安全性，不能大规模使用，且寿命较短，在按照规定定期充放电、定期补充电解液，定期检查落后电池并进行补充电的情况下，其使用寿命不超过十年，且运行维护成本较高。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有风电场弃风限电的缺陷，从而提供一种基于风电储能的直流供电系统。

本实用新型提供一种基于风电储能的直流供电系统，包括风力发电机组和向国家电网输送电能的升压站母线，所述风力发电机组与升压站母线连接，还包括，

储能单元，包括彼此连接用以控制所述储能单元进行充电或放电操作的控制模组及接受控制信号并将控制信号传输给控制模组的无线通信模组；

主控系统及变电站综合自动化系统，所述变电站综合自动化系统分别与主控系统和风力发电机组连接，用于监控所述风力发电机组的发电能并将该信号反馈至主控系统，所主控系统通过所述无线通信模组与所述控制模组连接。

进一步地，所述储能单元上设置有用以采集所述储能单元信息的采集模组；

所述直流供电系统还包括电池管理系统，所述采集模组的输出端与电池管理系统的输入端连接，所述电池管理系统的输出端与主控系统连接。

进一步地，所述基于风电储能的直流供电系统还包括，具有第一高压端和第一低压端的第一变压器，所述第一高压端与升压站母线连接；

具有第一连接端和第二连接端的变流器，所述第一连接端与第一低压端连接，所述第二连接端与储能单元连接。

进一步地，所述变流器包括至少一个储能变流器；

所述储能单元包括至少一个储能电池组。

进一步地，所述储能变流器与至少一个储能电池组连通，多个储能电池组并联设置。

进一步地，所述储能变流器至少为两个，储能变流器之间彼此并联设置。

进一步地，所述基于风电储能的直流供电系统还包括直流母线，所述直流母线与储能单元连通，直流屏及交流不停电电源分别与所述直流母线连通，且所述交流不停电电源及直流母线之间设置有交直流转换装置。

进一步地，所述储能电池组为磷酸铁锂电池组。

进一步地，所述风力发电机组与升压站母线之间还设置有第二变压器，所述第二变压器具有第二高压端和第二低压端，其中所述第二低压端与风力发电机组连接，所述第二高压端与升压站母线连接。

进一步地，所述升压站母线上并联连接有至少一组风力发电机组与第二变压器。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的基于风电储能的直流供电系统，所述风力发电机组产生的电能进入升压站母线，变电站综合自动化系统对所述风力发电机组产生的电能进行监控，并将数据传输至主控系统，主控系统经过分析后，通过无线通信模组将充电或放电的信号传输给控制模块，并由控制模块控制储能单元的充电或放电；具体的，当风电场风力较大，而电网负荷较低无法接收电量时，控制模组控制储能单元进行充电；当电网负荷较高，而风电场风力较小时，控制模组控制储能单元进行放电，来自储能单元的电能与来自风力发电机组的电能一同由升压站母线进入国家电网，可大大减轻对电网“谷”期的压力，并增加“峰”期的供电能力，实现了削峰填谷；此外，来自风电场的间断和不稳定的电能经储能单元储存后，从储能单元输出时转变为稳定的高质量电能，并通过主控系统、储能单元与变电站综合自动化系统的配合控制其输出的电能大小，使该电能与来自风力发电机组的电能一同进入国家电网时具有更加稳定的总电能，从而起到了均衡供电的作用，增强了风电场上网的电能的质量。

2.本实用新型提供的基于风电储能的直流供电系统，采集模组将储能单元的数据传输至电池管理系统，电池管理系统对数据进行整合分析后将数据信息传输至主控系统，并由主控系统上传至变电站综合自动化系统，从而使运行维护人员实时监测储能单元的运行情况，有利于对储能单元的管理和维护，降低了储能单元的运维成本。进一步地，本申请将直流屏及交流不停电电源分别通过所述直流母线与储能单元连通，使储能单元用于变电站二次系统而替代了传统的铅酸蓄电池，从而避免了铅酸蓄电池定期浮充、定期运检、定期更换所产生的人力及经济成本，并实现了储能单元的充分利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施例1中提供的基于风电储能的直流供电系统的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例2中提供的基于风电储能的直流供电系统的结构示意图；

附图标记说明：

1－第一变压器；2－变流器；21－储能变流器；3－储能单元；31－储能电池组；4－直流母线；5－直流屏；6－交流不停电电源；7－交直流转换装置；8-升压站母线；9-风力发电机组。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种基于风电储能的直流供电系统，包括风力发电机组9和向国家电网输送电能的升压站母线8，风力发电机组9与升压站母线8连接，还包括，储能单元3，包括彼此连接用以控制储能单元3进行充电或放电操作的控制模组及接受控制信号并将控制信号传输给控制模组的无线通信模组，具体地，储能电池组31为磷酸铁锂电池组；主控系统及变电站综合自动化系统，变电站综合自动化系统分别与主控系统和风力发电机组9连接，用于监控风力发电机组9的发电能并将该信号反馈至主控系统，所主控系统通过无线通信模组与控制模组连接，其中，主控系统的型号为南瑞继保的PCS－9700储能主控系统(集成能量管理系统功能)，变电站综合自动化系统的型号为北京四方继保自动化股份有限公司的CSC－2000。

上述基于风电储能的直流供电系统，风力发电机组9产生的电能进入升压站母线8，变电站综合自动化系统对风力发电机组9产生的电能进行监控，并将数据传输至主控系统，主控系统经过分析后，通过无线通信模组将充电或放电的信号传输给控制模块，并由控制模块控制储能单元3的充电或放电；具体的，当风电场风力较大，而电网负荷较低无法接收电量时，主控系统接收到来自变电站综合自动化系统的电能较大的数据，继而通过无线通信模组将信号传输给控制模组，控制模组随即控制储能单元3进行充电；当电网负荷较高，而风电场风力较小时，主控系统接收到来自变电站综合自动化系统的电能较小的数据，继而通过无线通信模组将信号传输给控制模组，控制模组随即控制储能单元3进行放电，来自储能单元3的电能与来自风力发电机组9的电能一同由升压站母线8进入国家电网，可大大减轻对电网“谷”期的压力，并增加“峰”期的供电能力，实现了削峰填谷；此外，来自风电场的间断和不稳定的电能经储能单元储存后，从储能单元输出时转变为稳定的高质量电能，并通过主控系统、储能单元与变电站综合自动化系统的配合控制其输出的电能大小，使该电能与来自风力发电机组的电能一同进入国家电网时具有更加稳定的总电能，从而起到了均衡供电的作用，增强了风电场上网的电能的质量。

进一步地，如图1所示，基于风电储能的直流供电系统还包括，具有第一高压端和第一低压端的第一变压器1，第一高压端与升压站母线8连接；具有第一连接端和第二连接端的变流器2，第一连接端与第一低压端连接，第二连接端与储能单元3连接。当风电场风力较大时，风力发电机组9产生的较多电能经第一变压器1降压、并由变流单元转换为直流电后储存于储能单元3中；当风电场风力较小使风力发电机组9产生的电力不足时，主控系统接收到来自变电站综合自动化系统的电能较小的数据，继而通过无线通信模组将信号传输给控制模组，控制模组随即控制储能单元3进行放电，来自储能单元3的直流电经变流单元转换为交流电，并由第一变压器1升压后与来自风力发电机组9 的电能一同由升压站母线8进入国家电网。

作为一种可选的实施方式，变流器2包括至少一个储能变流器21；储能单元3包括至少一个储能电池组31。进一步地，储能变流器21与至少一个储能电池组31连通，多个储能电池组31并联设置；进一步地，储能变流器21至少为两个，储能变流器21之间彼此并联设置。具体的，变流器2包括一个储能变流器21，储能变流器21可以连接一个储能电池组31，也可以连接多个储能电池组31，多个储能电池组31并联设置；或，变流器2包括多个储能变流器21，各个储能变流器21可以连接一个储能电池组31，也可以连接多个储能电池组 31，与同一个储能变流器21连接的多个储能电池组31并联设置。储能变流器 21与储能电池组31具体的连接方式及连接数量由两者的容量和风力发电机组9 需要充放电的电量大小确定，可以根据实际情况进行调整。

磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小等一系列独特优点，因此适用于风力发电中的大规模电能储存。

作为一种改进的实施方式，储能单元3上设置有用以采集储能单元3信息的采集模组；直流供电系统还包括电池管理系统，采集模组的输出端与电池管理系统的输入端连接，电池管理系统的输出端与主控系统连接。具体的，采集模组在电池充放电过程中，实时采集电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，并将储能单元3的数据传输至电池管理系统，电池管理系统对数据进行整合分析后将数据信息传输至主控系统，并由主控系统上传至变电站综合自动化系统，从而使运行维护人员实时监测储能单元3的运行情况，防止电池发生过充电或过放电现象，有利于对储能单元3的管理和维护，降低了储能单元3的运维成本。

进一步地，风力发电机组9与升压站母线8之间还设置有第二变压器，第二变压器具有第二高压端和第二低压端，其中第二低压端与风力发电机组9连接，第二高压端与升压站母线8连接。风力发电机组9产生的电能经第二变压器升压后进入升压站母线8。进一步地，升压站母线8上并联连接有至少一组风力发电机组9与第二变压器，发电机组数越多，产生的电量越大，风力发电机组9与第二变压器的数量与所需电量有关，可以根据实际情况进行选择。

具体的，来自风力发电机组9和储能单元3的电量在输送到国家电网之前还经过主变压器进行进一步升压。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种基于风电储能的直流供电系统，与实施例 1不同的是，本实施例提供的基于风电储能的直流供电系统还包括直流母线4，直流母线4与储能单元3连通，直流屏5及交流不停电电源6分别与直流母线 4连通，且交流不停电电源6及直流母线4之间设置有交直流转换装置7。交直流转换装置7可以为逆变器，逆变器由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，是将直流电转变为交流电的转换器。将直流屏5及交流不停电电源6分别通过直流母线4与储能单元3连通，使储能单元3用于变电站二次系统而替代了传统的铅酸蓄电池，从而避免了铅酸蓄电池定期浮充、定期运检、定期更换所产生的人力及经济成本，并实现了储能单元3的充分利用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于风电储能的直流供电系统，包括风力发电机组和向国家电网输送电能的升压站母线，所述风力发电机组与升压站母线连接，其特征在于，还包括，

储能单元，包括彼此连接用以控制所述储能单元进行充电或放电操作的控制模组及接受控制信号并将控制信号传输给控制模组的无线通信模组；

主控系统及变电站综合自动化系统，所述变电站综合自动化系统分别与主控系统和风力发电机组连接，用于监控所述风力发电机组的发电能并将该信号反馈至主控系统，所主控系统通过所述无线通信模组与所述控制模组连接。

2.根据权利要求1所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，所述储能单元上设置有用以采集所述储能单元信息的采集模组；

所述直流供电系统还包括电池管理系统，所述采集模组的输出端与电池管理系统的输入端连接，所述电池管理系统的输出端与主控系统连接。

3.根据权利要求2所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，还包括，

具有第一高压端和第一低压端的第一变压器，所述第一高压端与升压站母线连接；

具有第一连接端和第二连接端的变流器，所述第一连接端与第一低压端连接，所述第二连接端与储能单元连接。

4.根据权利要求3所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，

所述变流器包括至少一个储能变流器；

所述储能单元包括至少一个储能电池组。

5.根据权利要求4所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，所述储能变流器与至少一个储能电池组连通，多个储能电池组并联设置。

6.根据权利要求5所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，所述储能变流器至少为两个，储能变流器之间彼此并联设置。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，还包括直流母线，所述直流母线与储能单元连通，直流屏及交流不停电电源分别与所述直流母线连通，且所述交流不停电电源及直流母线之间设置有交直流转换装置。

8.根据权利要求4-6任一项所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，所述储能电池组为磷酸铁锂电池组。

9.根据权利要求1所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，所述风力发电机组与升压站母线之间还设置有第二变压器，所述第二变压器具有第二高压端和第二低压端，其中所述第二低压端与风力发电机组连接，所述第二高压端与升压站母线连接。

10.根据权利要求9所述的基于风电储能的直流供电系统，其特征在于，所述升压站母线上并联连接有至少一组风力发电机组与第二变压器。

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