風儲混合電站的製作方法

2023-04-30 01:16:26

風儲混合電站的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種風儲混合電站，風-儲混合電站中的儲能系統由兩組同容量的電池組構成、通過功率變換器接入風電場的併網公共聯接點。在基於歷史數據分析風功率波動規律的基礎上，確定電池儲能系統的容量，使其能按預想的置信度平抑風功率波動。兩組電池中，一組處於充電狀態、用於平抑風功率的正向波動分量；另一組處於放電狀態，用於平抑風功率中的負向波動分量。當任何一組電池達到滿充、滿放狀態後，則立即對其功能進行切換。為檢驗風-儲混合電站能否按設計要求平抑風功率波動，本發明還公開了基於風功率歷史數據的儲能系統離線仿真方法。
【專利說明】風儲混合電站
[0001] 本申請是申請號：201310366132. 1、申請日；2013-08-20、名稱"風儲混合電站及 儲能系統定容、離線仿真與在線運行方法"的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及儲能技術在可再生能源發電系統中的應用，具體涉及一種基於雙電池 組拓撲的風-儲混合電站及儲能系統的定容、離線仿真與在線運行方法。

【背景技術】
[0003] 隨著化石燃料的逐漸枯竭及環境汙染的日益加劇，W風電為代表的可再生能源受 到了世界各國的普遍重視。我國風電裝機容量連續五年翻番，截至2011年8月底，全國並 網運行的風電場486個，裝機容量高達3924萬千瓦，規模居全球之首。對電網來說，風電是 一種不確定性的能量注入，具備與生俱來的間歇性與波動性，此特性在很大程度上影響電 網對風電的消納。
[0004] 在電網風電穿透水平日益提高的同時，W液流電池、軸硫電池為代表的新型電池 技術得到了快速的進步，電池技術的快速進步為將電池儲能系統應用於風電併網奠定了堅 實的技術基礎。近年來，學術界普遍認為；除進行針對性的電源、電網規劃建設外，利用電力 電子技術將電池儲能系統與風電場整合成電網友好型的風-儲混合電站亦是提高電網風 電消納能力的有效措施之一（參見文獻一《Electrical energy storage for the grid:a batteiT of 〇11〇1。63》，5。1611。6,2011年，第3：34卷，第 6058 期，第 928 頁至 935 頁）。
[0005] 文獻二《Control strategies for battery energy storage for wind farm dispatching》（IEEE Transactions on Energy Conversation, 2009 年，第 24 卷第 3 其月， 第 725 頁至 732 頁）與文獻S《Optimal control of battery energy storage for wind farm dispatching》（IEEE Transactions on Energy Conversation, 2010 年，第 25 卷第 3 期，第787頁至794頁）提出了一種基於單電池組拓撲結構的風-儲混合電站，利用電池儲 能裝置靈活的充、放電能力平滑風功率中的波動分量，取得了不錯的效果。但該技術方案 中，風功率波動的隨機性會導致電池儲能系統在充、放電狀態之間頻繁切換，從而快速耗盡 電池儲能系統的循環壽命。
[0006] 為克服基於單電池組結構的風-儲混合電站的技術缺陷，文獻四《A statistical approach to the design of a dispatchable wind power-battery energy storage system》（IEEE Transactions on Energy Conversation, 2009 年，第 24 卷第 4 期，第 916 頁 至925頁）提出了一種基於雙電池組拓撲結構的風-儲混合電站。該風-儲混合電站中的 儲能系統由兩組電池組成，其中一組電池處於充電狀態，由風功率對其進行充電；另一組電 池則處於放電狀態，將能量釋放給電網，兩組電池儲能裝置通過直流斷路器的開、關操作進 行狀態切換。此風-儲混合電站中，所有注入電網的能量均需經過充電、放電兩個環節，因 而存在著較大的能量損耗。此外，該風-儲混合電站對電池儲能系統的容量需求較大。因 而，在電池儲能系統價格非常昂貴的今天，該技術方案具有很大的局限性。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的在於提供一種充分利用電池儲能系統有限的循環壽命，能量損耗較 小，具有較好經濟性的風儲混合電站及儲能系統定容、離線仿真與在線運行方法。
[0008] 本發明的技術解決方案是：
[0009] -種風儲混合電站，其特徵是；兩組同容量的電池組分別通過功率變換器接入風 電場的併網公共聯接點；在任一時刻，兩組電池均處於不同的充、放電狀態，即一組電池處 於充電狀態、另一組處於放電狀態，分別用於平抑風功率中的正向、負向的波動分量；任意 一組電池一旦到達滿充或滿放狀態，其充、放電狀態立即進行切換；P^t為整個風儲混合電 站向電網的注入功率，為風功率與雙電池組的充、放電功率之和：
[0010] Pd,t = Pw,t+Pbl,t+Pb2,t
[0011] P，，t為風電場輸出功率；口《，1、口62，1分別為兩組電池的輸出功率訊1，1^\2，1取正值表 示對應的電池處於放電狀態；而Pbl,t/Pb2,t取負值則表示對應的電池處於充電狀態。
[0012] 一種風儲混合電站的電池儲能系統定容方法，其特徵是；其步驟如下：
[0013] 步驟1 ;按滑動平均法從分鐘級的風功率歷史數據中分離出波動分量Ptt與持 續分量Ptt,具體按照W下方法：
[0014]

【權利要求】
1. 一種風儲混合電站，其特徵是：兩組同容量的電池組分別通過功率變換器接入風電 場的併網公共聯接點；在任一時刻，兩組電池均處於不同的充、放電狀態，即一組電池處於 充電狀態、另一組處於放電狀態，分別用於平抑風功率中的正向、負向的波動分量；任意一 組電池一旦到達滿充或滿放狀態，其充、放電狀態立即進行切換；pd，t為整個風儲混合電站 向電網的注入功率,為風功率與雙電池組的充、放電功率之和： Pd,t = Pw,t+Pbl,t+Pb2,t Pw，t為風電場輸出功率；Pbl，t、P b2, t分別為兩組電池的輸出功率；Pbl，t/Pb2, t取正值表示對 應的電池處於放電狀態；而Pbl，t/Pb2，t取負值則表示對應的電池處於充電狀態； 其電池儲能系統定容方法： 步驟1 :按滑動平均法從分鐘級的風功率歷史數據Pw，t中分離出波動分量Pf， t與持續分 量Pc^t，具體按照以下方法：
Pf,t = Pw,t-Pc,t 上式中，風功率持續分量實質上為分鐘級風功率的30分鐘滑動平均值，風功率波動分 量則為風功率與風功率持續分量之差； 步驟2 :計算風功率每次波動對應的波動能量Eti ;風功率波動分量Ptt相鄰兩個過零 點之間的波動稱為1次波動；若其間風功率波動分量Ptt的數值大於零，則此次波動為正向 波動；否則，稱之為負向波動； 風功率第i次波動的波動能量Eti為：
式中，tia與tib分別為風功率第i次波動的波動起始時間與波動終了時間； 步驟3 :做出波動分量Ptt波動幅值的概率直方圖；同樣做出每次波動對應波動能量 Eti的概率直方圖； 步驟4 :採用Matlab軟體包中的概率密度擬合工具箱dfittool進行概率密度函數擬 合，尋找適合描述風功率波動幅值與能量統計規律的概率密度函數； 步驟5 :根據風功率波動幅值與能量的概率密度函數求出其對應的累積概率分布函數 F1(X)與&〇〇 ;其中，Fl(X)為風功率波動幅值|Pf，t|的累積概率密度函數，F2(x)為風功率 波動能量Eti的累積概率密度函數；按以下方法確定風-儲混合電站中電池儲能系統的額 定充、放電功率Pm與容量Em; F1(Pffl) = ^ F2 [ a % X Em] = ^ 上式中，P為預先設定的置信概率，即期望電池儲能系統能概率P平抑風功率波動。
2. 根據權利要求1所述的風儲混合電站，其特徵是：任意一組電池一旦到達滿充狀態， 其充、放電狀態立即進行切換。
3. 根據權利要求1所述的風儲混合電站，其特徵是：任意一組電池一旦到達滿放狀態， 其充、放電狀態立即進行切換。
【文檔編號】H02J3/32GK104362657SQ201410582080
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】李智, 張新松, 顧菊平, 郭曉麗, 華亮, 朱建紅, 易龍芳 申請人:南通大學