基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法
2023-04-28 01:12:41 2
基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法
【專利摘要】基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法。涉及風電場混合儲能系統組合方式以及容量控制方法。技術要點是。包括以下步驟：1)根據風電場預測風速計算傳統控制模式下的風電場預測捕獲功率；2)將風電場預測功率進行快速傅立葉變換，得到風電功率頻譜特性曲線和輸出功率高頻信號、低頻信號；3)利用機組本身慣性動能存儲當對風電場輸出功率進行第一次平滑，抑制機組有功出力的高頻分量；4)採用鋰電池儲能完成對風電場輸出功率波低頻分量的平滑任務；5)建立評價指標，優化控制風電場鋰電池容量。採用本發明技術方案，可提高電能質量和儲能經濟效益，延長電池壽命。
【專利說明】基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於風電場有功功率控制【技術領域】，尤其涉及到儲能系統運行控制方法。【背景技術】
[0002]風力發電是解決環境汙染和能源危機的重要途徑，是我國實現「調結構、促轉型」的戰略重點和發展低碳經濟的主要方向，也是我國能源發展的重點。但風能具有隨機性、間歇性導致風電的波動性，帶來風電電能質量和消納方面的挑戰。儲能系統可按控制策略吸收和釋放能量，是平滑風電輸出功率的可用手段。
[0003]可用於風電場的儲能方式主要包括化學電池儲能，飛輪儲能，電磁儲能，抽水儲能，壓縮空氣儲能，機組慣性儲能。由於化學電池儲能系統響應速度慢，難以平滑0.01?IHz的風電功率波動,而電力系統對這一頻段的功率波動十分敏感。飛輪儲能響應時間快，且循環壽命長，維護方便，有很好的發展前景，但是目前在轉子強度設計、低功耗磁軸承等技術方面急需突破。電磁儲能包括超導儲能和超級電容器儲能，這兩種儲能方式本身具有概率密度高、充放電循環壽命長、充電時間短、可靠性高等優點，但價格過於昂貴，電容器耐壓能力不夠高，不宜在風電場中大容量應用。另外，從抽水和壓縮空氣儲能能大範圍平滑風電場輸出功率輸，但受地理條件的約束，建設局限性大，無法廣泛應用。風電機組轉子慣性儲能，通過調節轉子轉速，將捕獲的部分風能以動能的形式暫時存儲在轉子上，在需要的時候釋放。此種儲能方式響應速度快，能量密度高，能有效平滑高頻功率波動，但由於轉子儲能容量和時間有限，難於抑制低頻功率波動。
[0004]可見，單一的儲能方式很難達到理想的風電場功率平滑效果。因此需要合適的儲能方式進行組合，通過混合儲能實現對風電場輸出功率波動平滑；需要合適的儲能系統運行控制方法，在提升電能質量的同時延長儲能設備使用壽命，降低儲能投資和維護成本。
【發明內容】
[0005]本發明利用機組本身慣性儲能和鋰電池儲能兩種方式特性互補，組成混合儲能系統。傳統風電場輸出功率波動大部分處於0.01?IHz之間，能量主要集中在O?10_4Hz。利用機組本身慣性動能存儲抑制0.01?IHz之間的高頻分量以及短時間內的波峰值，同時提供一種基於慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，鋰電池儲能平滑功率低頻波動(10_5?0.0lHz)部分，該方法綜合考慮儲能系統的經濟效益、鋰電池壽命、功率平滑目標等因素，解決電池儲能運行過程中頻繁充放電轉換以及過充和過放工作狀態對鋰電池壽命的帶來不利影響問題。
[0006]為實現上述目標，本發明提供了一種基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，它具體包括以下步驟:
[0007]1、根據風電場預測風速，計算傳統控制模式下風電場預測捕獲的功率，
【權利要求】
1.基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: A、根據風電場預測風速計算傳統控制模式下風電場預測捕獲的功率； B、對風電場預測捕獲功率進行快速傅立葉變換，得到風電場輸出功率高頻信號和低頻信號； C、利用機組本身慣性動能存儲當對風電場輸出功率進行第一次平滑，抑制機組有功出力的高頻分量； D、根據預測輸出功率置信區間，確定風電場計劃出力Pplan(t)，建立鋰電池容量Eb與電池充放電時間之間的數學模型，通過調節鋰電池充放電時間控制鋰電池容量，完成對風電場輸出功率波低頻分量的平滑任務； E、基於電池壽命和混合儲能系統成本之間的權衡，考慮風電場預測功率置信水平，建立評價指標，優化控制風電場鋰電池容量。
2.如權利要求1所述的基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，其特徵在於:所述步驟A)中，根據風電場預測風速，計算傳統控制模式下風電場預測捕獲的功率具體方法如下:
3.如權利要求1所述的基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，其特徵在於:所述步驟B)中，對風電場預測捕獲功率M(0進行快速傅立葉變換，得到風電功率幅頻譜特性曲線，將其劃分為高頻和低頻兩部分，高頻部分覆蓋的頻率為0.01~1Hz，低頻部分覆蓋的頻率為10_5~0.01Hz。
4.如權利要求1所述的基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，其特徵在於:所述步驟C)中，利用機組本身慣性動能存儲對風電場輸出功率進行第一次平滑，抑制機組有功出力的高頻分量，包括如下步驟: (I)建立傳統控制模式下風電機組系統模型。
5.如權利要求1所述的基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，其特徵在於:所述步驟D)中，鋰電池容量控制模型建立包括以下步驟: (1)風電場短期調度策略。根據經過機組慣性動能存儲平抑後輸出功率的置信區間 ,確定電池充放電時'i十劃出力Pplan⑴。電池充電時，由風電場預測輸出功率置信區間最低功率曲線Pi/(O確定計劃出力Pplanα);鋰電池放電時，根據風電場預測輸出功率置信區間最大功率曲線PifW確定計劃出力Pplan(t)，經鋰電池儲能二次平滑後輸出功率跟蹤計劃出力。
6.如權利要求1所述的基於機組慣性儲能的風電場儲能鋰電優化控制方法，其特徵在於:所述步驟E)中，預測功率置信水平和標準偏差不同時，得到不同的鋰電池容量值，建立儲能容量、成本(運行成本和投資成本)和電池壽命約束的儲能系統性能指標S，通過降低性能指標，優化控制鋰電池容量值。其性能指標s如下所示:
7.如權利要求4所述的利用機組本身慣性動能存儲對風電場輸出功率進行第一次平滑，抑制機組有功出力的高頻分量，其特徵在於，步驟(3)建立基於轉子慣性動能存儲的風電機組控制系統包括以下步驟: 1)對傳統控制模式下風電機組系統模型做線性化處理得到ΔΡfx、ΔEk和Δ Pwt三者之間關係如下:
【文檔編號】H02J3/32GK103887808SQ201410124216
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】段斌, 王俊, 蘇永新, 劉丹丹 申請人:湘潭大學