應用儲能系統(tǒng)的風電機場系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應用儲能系統(tǒng)的風電機場系統(tǒng)及其控制方法，包括：風電機組群、風電場監(jiān)控系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、儲能監(jiān)控系統(tǒng)及聯(lián)合控制系統(tǒng)；所述聯(lián)合控制系統(tǒng)連接所述電網(wǎng)、風電場監(jiān)控系統(tǒng)及儲能監(jiān)控系統(tǒng)，用于通過風電場監(jiān)控系統(tǒng)及儲能監(jiān)控系統(tǒng)讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)來確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。使得風電機組群的輸入電網(wǎng)的功率更加平滑，滿足國家并網(wǎng)需求。同時本發(fā)明實施例還提供了一種新型的風電機場系統(tǒng)的控制方法。
【專利說明】應用儲能系統(tǒng)的風電機場系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術，尤其涉及一種應用儲能系統(tǒng)的風電機場系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]風能作為一種清潔環(huán)保的可再生能源，越來越受到全世界的重視，同時，風能也是一種不穩(wěn)定的能源，自然風的速度和方向是隨機變化的，如何使風力發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定，是風力發(fā)電技術的一個重要課題。
[0003]近年來，中國的并網(wǎng)風電技術迅速發(fā)展，圖1為現(xiàn)有技術中風電機組拓撲結構示意圖，如圖1所示,風電場監(jiān)控系統(tǒng)101用于監(jiān)測風電機組群102(Wind Turbine GeneratorSystem, WTGS)的電能性能，如電壓、電流、輸出功率等，并控制風電機組群102通過匯流點103將電能輸送到電網(wǎng)104。但是風電機組的功率受風速的影響很大。風能的隨機性和間歇性造成風電機組群102輸出功率的波動，導致風電機組群102自身難以向電網(wǎng)104提供穩(wěn)定的電能輸出，從而容易引起電網(wǎng)104電壓和功率波動等問題，同時，在風力發(fā)電機組輸出功率大于電網(wǎng)實際用電負荷時，發(fā)生棄風現(xiàn)象，造成風能利用系數(shù)較低。同時又因為風電機組群102輸出功率的波動，所以風電機組群102會帶來無功電壓控制和電能質量問題，這樣一來就對風電系統(tǒng)提出了更高的要求，例如對電網(wǎng)104的調頻、調峰，以及電網(wǎng)104長距離送電的技術要求加大，同時也降低了電能的直接利用率。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有風機發(fā)電輸出功率的短期波動問題，改善電能質量和并網(wǎng)穩(wěn)定性，提供了 一種風電機場系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明實施例提供的一種風電機場系統(tǒng)，包括:風電機組群、風電場監(jiān)控系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、儲能監(jiān)控系統(tǒng)及聯(lián)合控制系統(tǒng)；
[0006]所述儲能系統(tǒng)的輸入端連接到所述風電機組群的輸出端，用于存儲所述風電機組群的電能；所述儲能系統(tǒng)的輸出端與所述風電機組群的輸出端通過匯流點連接到電網(wǎng)，用于共同為所述電網(wǎng)供電；
[0007]所述風電場監(jiān)控系統(tǒng)連接所述風電機組群，用于監(jiān)控所述風電機組群的工作狀態(tài)；所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)連接所述儲能系統(tǒng)，用于監(jiān)控所述儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)；
[0008]所述聯(lián)合控制系統(tǒng)連接所述電網(wǎng)、風電場監(jiān)控系統(tǒng)及儲能監(jiān)控系統(tǒng)，用于讀取所述電網(wǎng)發(fā)送的供電調度指令，讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
[0009]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述聯(lián)合控制系統(tǒng)包括:
[0010]第一讀取模塊，與所述電網(wǎng)連接，用于讀取所述電網(wǎng)發(fā)送的供電調度指令；[0011]第二讀取模塊，與所述風電場監(jiān)控系統(tǒng)連接，用于讀取所述風電機組群的工作狀態(tài)；
[0012]第三讀取模塊，與所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)連接，用于讀取所述儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)；
[0013]控制模塊，根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
[0014]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述風電機場系統(tǒng)還包括:風能功率預測模塊，與所述聯(lián)合控制系統(tǒng)連接，所述風能功率預測模塊用于預測所述風電機組群的預期風速，并根據(jù)所述風速計算風電機組群的發(fā)電參數(shù)；
[0015]所述聯(lián)合控制系統(tǒng)還包括:
[0016]第四讀取模塊，與所述風能功率預測模塊連接，用于讀取所述發(fā)電參數(shù)；
[0017]所述控制模塊具體用于，根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)及所述風電機組群的發(fā)電參數(shù)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
[0018]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述儲能系統(tǒng)包括功率型儲能設備和能量型儲能設備的組合或功率能量結合型儲能設備；
[0019]所述功率型儲能設備和能量型儲能設備的組合中所述功率型儲能設備，用于當風電機組群的輸出功率波動頻率大于或等于所述第一閾值時，對風電機組群的輸出電能的存儲或向電網(wǎng)釋放電能，平滑所述風電機組群向所述電網(wǎng)釋放功率的波動；
[0020]所述能量型儲能設備，用于當風電機組群的輸出功率波動頻率小于所述第一閾值時，對風電機組群的輸出電能的存儲或向電網(wǎng)釋放電能，大容量儲蓄或釋放電能，提高風能利用系數(shù)。
[0021]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述功率型儲能設備包括:超級電容儲能單元、飛輪儲能單元及超導儲能單元中的一種或多種。
[0022]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述能量型儲能設備包括:蓄水儲能單元和/或壓縮空氣儲能單元。
[0023]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述功率能量結合型儲能設備包括:硫化鈉Na2S電池和/或鋰離子電池。
[0024]本發(fā)明實施例還提供了一種上述的風電機場系統(tǒng)的控制方法，包括:
[0025]控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
[0026]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能具體為:
[0027]讀取供電調度指令，讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能。
[0028]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述方法還包括，
[0029]預測所述風電機組群的預期風速，并根據(jù)所述風速計算風電機組群的發(fā)電參數(shù)；
[0030]讀取所述發(fā)電參數(shù)；[0031]所述控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能進一步為:根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)及所述風電機組群的發(fā)電參數(shù)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能。
[0032]本發(fā)明提供了一種風電機場系統(tǒng)，包括:風電機組群、風電場監(jiān)控系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、儲能監(jiān)控系統(tǒng)及聯(lián)合控制系統(tǒng)；所述聯(lián)合控制系統(tǒng)連接所述電網(wǎng)、風電場監(jiān)控系統(tǒng)及儲能監(jiān)控系統(tǒng)，用于讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)來確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率，使得風電機組群的輸入電網(wǎng)的功率更加平滑，滿足國家并網(wǎng)需求。同時本發(fā)明實施例還提供了一種風電機場系統(tǒng)的控制方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為現(xiàn)有技術中風電機組拓撲結構示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實施例風電機場系統(tǒng)的拓撲結構示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實施例風電機場系統(tǒng)的并網(wǎng)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明實施例風電機場系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0037]圖2為本發(fā)明實施例風電機場系統(tǒng)拓撲結構示意圖，結合圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種風電機場系統(tǒng)，包括:風電機組群102、風電場監(jiān)控系統(tǒng)101、儲能系統(tǒng)202、儲能監(jiān)控系統(tǒng)201及聯(lián)合控制系統(tǒng)203 ;儲能系統(tǒng)202的輸入端連接到風電機組群102的輸出端，用于存儲風電機組群102的電能；儲能系統(tǒng)202的輸出端與風電機組群102的輸出端通過匯流點103連接到電網(wǎng)104，用于共同為電網(wǎng)104供電；風電場監(jiān)控系統(tǒng)101連接風電機組群102，用于監(jiān)控風電機組群102的工作狀態(tài)；儲能監(jiān)控系統(tǒng)201連接儲能系統(tǒng)202，用于監(jiān)控儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)；聯(lián)合控制系統(tǒng)203連接電網(wǎng)104，風電場監(jiān)控系統(tǒng)101及儲能監(jiān)控系統(tǒng)201，用于讀取電網(wǎng)104發(fā)送的供電調度指令，讀取風電機組群102的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)，并根據(jù)供電調度指令，讀取風電機組群102的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)確定通過儲能監(jiān)控系統(tǒng)201控制儲能系統(tǒng)202存儲或釋放電能，以補償風電機組群102的輸出功率，使儲能系統(tǒng)202的輸入/輸出功率與風電機組群102的輸出功率之和等于電網(wǎng)供電功率。
[0038]具體的，風電場監(jiān)控系統(tǒng)101用于監(jiān)測風電機組群102的工作狀態(tài)，包括當前風電機組群102的實時輸出功率，電流、電壓等參數(shù)。儲能監(jiān)控系統(tǒng)201用于監(jiān)測儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)，具體的包括儲能系統(tǒng)202當前能量存儲量、輸出功率、電能輸入情況等參數(shù)。上述監(jiān)測的工作狀態(tài)參數(shù)用于作為控制風電機組群102及儲能系統(tǒng)202動作的依據(jù)。
[0039]聯(lián)合控制系統(tǒng)203接受到電網(wǎng)104發(fā)送的供電調度指令后，控制風電機組群102及儲能系統(tǒng)202通過匯流點103共同為電網(wǎng)104供電，使儲能系統(tǒng)202為與風電機組群102的輸出功率的補償，儲能系統(tǒng)202的輸入/輸出功率與風電機組群102的輸出功率之和等于電網(wǎng)104的功率。通過設置儲能系統(tǒng)202并控制儲能系統(tǒng)202對風電機組群102輸出功率的補償，從而穩(wěn)定對電網(wǎng)104的供電，即通過儲能系統(tǒng)202對風電機組群102的輸出功率進行“削峰填谷”或抑制功率波動，針對風電機組群102的不同工況，動態(tài)調整儲能系統(tǒng)202的功率輸出。
[0040]具體的聯(lián)合控制系統(tǒng)203包括:第一讀取模塊，與電網(wǎng)104連接，用于讀取電網(wǎng)104發(fā)送的供電調度指令；第二讀取模塊，與風電場監(jiān)控系統(tǒng)101連接，用于讀取風電機組群102的工作狀態(tài)；第三讀取模塊，與儲能監(jiān)控系統(tǒng)201連接，用于讀取儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)；控制模塊，根據(jù)供電調度指令、風電機組群102的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)確定通過儲能監(jiān)控系統(tǒng)201控制儲能系統(tǒng)202存儲或釋放電能，以補償風電機組群102的輸出功率，使匯聚點103處的輸出功率滿足電網(wǎng)104的供電功率。
[0041]圖3為本發(fā)明實施例風電機場系統(tǒng)的并網(wǎng)示意圖，結合圖3所示，新型大功率儲能系統(tǒng)(Large Power Storage System, LPSS)采用新型儲能方式,可有效地提高風電場的風能利用率。風電機組群102經(jīng)過升壓變壓器T的輸出功率為Pw，儲能系統(tǒng)202的輸出或吸收功率為Plpss，輸入電網(wǎng)104功率為Py則有功功率有如下平衡關系:
[0042]Pw+Plpss=Pg
[0043]風能經(jīng)過風力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力，具有顯著的隨機性、間歇性和波動性，這就造成了輸出功率Pw不穩(wěn)定，然而電網(wǎng)公司希望注入電網(wǎng)的有功功率Pe盡量保持平穩(wěn)。聯(lián)合控制方法的思想:通過聯(lián)合控制系統(tǒng)實時監(jiān)測在不同工況下融合風電機組群和大功率儲能系統(tǒng)的能量，控制LPSS進行輸出功率的有效吞吐Pujss，對Pw的波動成分進行補償或抑制，目的是使Pe盡可能接近其目標值P*G (符合電網(wǎng)公司要求的Pe理想值)，讓風電機組及風電場的功率輸出達到最佳的并網(wǎng)要求。
[0044]舉例如下，聯(lián)合控制系統(tǒng)203通過風電場監(jiān)控系統(tǒng)101及儲能監(jiān)控系統(tǒng)201實時監(jiān)控風電機組群102及儲能系統(tǒng)202的工況:
[0045]當風電機組群102的輸出功率降低，聯(lián)合控制系統(tǒng)203讀取供電調度指令得到電網(wǎng)的供電需求，經(jīng)判斷，風電機組群102無法滿足電網(wǎng)104的用電需求，則聯(lián)合控制系統(tǒng)203控制儲能系統(tǒng)202釋放能量，即儲能系統(tǒng)202與風電機組群102均輸出功率，共同為電網(wǎng)104供電，使風電機組群102及儲能系統(tǒng)202的輸出功率之和與電網(wǎng)104的用電需求保持一致，有效保證電網(wǎng)104的輸入功率的穩(wěn)定；
[0046]當風電機組群102的輸出功率提高，聯(lián)合控制系統(tǒng)203讀取供電調度指令得到電網(wǎng)的供電需求，經(jīng)判斷，風電機組群102遠遠大于電網(wǎng)104的用電需求，則聯(lián)合控制系統(tǒng)203控制儲能系統(tǒng)202存儲能量，將風電機組群102相對于電網(wǎng)104過剩的電能存儲起來，降低風電機組群102向電網(wǎng)104輸出的功率，即風電機組群102的輸出功率與儲能系統(tǒng)202的輸入功率之和與電網(wǎng)104的用電需求保持一致，有效保證電網(wǎng)104的輸入功率的穩(wěn)定。
[0047]本發(fā)明提供了一種風電機場系統(tǒng)，該風電機場系統(tǒng)是相對于現(xiàn)有技術，如圖1中介紹的，在已有風電機組群102及風電場監(jiān)控系統(tǒng)101的基礎上，增加了新型大功率儲能系統(tǒng)202、儲能監(jiān)控系統(tǒng)201以及聯(lián)合控制系統(tǒng)203等機構，來實現(xiàn)在不同工況下風電機組群102輸出功率平滑的目的，對高效利用風能，平滑功率輸出，穩(wěn)定并網(wǎng)功率，都能夠達到預期目的。目如，電力系統(tǒng)中的儲能技術為解決電力供應鏈中存在的一些現(xiàn)有問題和實現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展提供了全新的途徑，采用大規(guī)模電力儲能技術，可以有效緩解用電供需矛盾、提高電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性、改善供電質量，并促進可再生能源的利用和發(fā)展。
[0048]本發(fā)明提供的風電機場系統(tǒng)，通過為風電機組群102增加儲能系統(tǒng)，通過控制儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，補償風電機組群的輸出功率，使儲能系統(tǒng)的輸入/輸出功率與風電機組群的輸出功率之和等于電網(wǎng)供電功率，穩(wěn)定了由于風速變化產(chǎn)生的功率波動，使得風電機組或風電場的輸出功率更加平滑，滿足國家并網(wǎng)需求。
[0049]進一步地，風電機場系統(tǒng)還包括:風能功率預測模塊204，與聯(lián)合控制系統(tǒng)203連接，風能功率預測模塊204預測風電機組群102的預期風速，并根據(jù)風速計算風電機組群102的發(fā)電參數(shù)。具體的發(fā)電參數(shù)可以包括，發(fā)電的功率、頻率等值。風能功率預測模塊具體的可以為結合天氣預報的信息，根據(jù)內置的或外部鏈接的專家知識庫，搜索先驗知識，對風速進行預測或者將風速與發(fā)電參數(shù)如發(fā)電功率之間建立預期模型。
[0050]例如2012年4月10日風電機組群102所在地區(qū)的風速為5_6級，則可以通過風能功率預測模塊，依據(jù)風電機組群對風速的監(jiān)測，以及天氣情況，預測未來一段時間內的風速情況，以及風電場的輸出功率情況，使得聯(lián)合控制系統(tǒng)203能夠提前做好對儲能系統(tǒng)能量吞吐的控制準備。當然，針對用于預測風電機組群102的預期發(fā)電功率參數(shù)的天氣預報信息可以精確到小時。
[0051]聯(lián)合控制系統(tǒng)203包括第四讀取模塊，與風能功率預測模塊204連接，用于讀取發(fā)電參數(shù)；聯(lián)合控制系統(tǒng)203的控制模塊具體用于，根據(jù)供電調度指令、風電機組群102的工作狀態(tài)、儲能系統(tǒng)202的工作狀態(tài)及風電機組群的發(fā)電參數(shù)確定通過儲能監(jiān)控系統(tǒng)201控制儲能系統(tǒng)202存儲或釋放電能，以補償風電機組群102的輸出功率，使匯聚點103處的輸出功率滿足電網(wǎng)104的供電功率。具體為通過接收電網(wǎng)104的供電調度指令，此外聯(lián)合控制系統(tǒng)203通過與風電場監(jiān)控系統(tǒng)101的連接對風電機組群102進行監(jiān)控，同時進行風能功率預測，建立風能預測模型，如根據(jù)由風能功率預測模塊204測得的發(fā)電參數(shù)建立相應的模型，并與儲能監(jiān)控系統(tǒng)201連接對儲能系統(tǒng)202進行能量需求預測，實現(xiàn)對風電機組群102的輸出功率進行補償，針對風電機組的不同工況，動態(tài)調整功率輸出。
[0052]舉例如下，當聯(lián)合控制系統(tǒng)203讀取到電網(wǎng)104的供電調度指令為用電負荷較大，而當前風電機組群102的輸出功率不能滿足需要，則聯(lián)合控制系統(tǒng)控制當前儲能系統(tǒng)202中的能量型儲能設備2022進行放電`，以達到風電場輸出功率滿足實際用電負荷。反之，聯(lián)合控制系統(tǒng)控制當前儲能系統(tǒng)202中的能量型儲能設備2022進行電能儲能。
[0053]大功率的儲能系統(tǒng)202將有效地進行風電機組群102能量的吞吐，聯(lián)合控制系統(tǒng)203通過接收電網(wǎng)104的供電調度指令和綜合風能功率預測，聯(lián)合調控風電機組群和儲能系統(tǒng)的能量傳輸，平滑穩(wěn)定輸出功率。
[0054]進一步地,儲能系統(tǒng)包括功率型儲能設備2021 (Power-usage Energy Storage,PES)和能量型儲能設備2022 (Energy-usage Energy Storage, EES)的組合或功率能量結合型儲能設備，即混合儲能系統(tǒng)(Hybrid Energy Storage System,HESS)中的一種或多種。
[0055]儲能系統(tǒng)202的輸出或吸收功率為Pujss,由功率型儲能設備2021、能量型儲能設備2022各自輸出或吸收的功率分別Ppes和Pees共同組成，即LPSS的任務則具體由兩類儲能設備PES和EES來分擔。不同的電網(wǎng)公司對于各種分布式電源的Pe有不同的要求。輸入電網(wǎng)104功率為Pe，則有功功率有如下平衡關系:
J + Plpss =
[0056]<

= Ppes + Pees
[0057]功率型儲能設備和能量型儲能設備的組合中的功率型儲能設備2021，用于當風電機組群102的輸出功率波動頻率大于或等于第一閾值時，對風電機組群102的輸出電能的存儲或向電網(wǎng)釋放電能，平滑風電機組群向電網(wǎng)釋放功率的波動；能量型儲能設備2022，用于當風電機組群102的輸出功率波動頻率小于第一閾值時，對風電機組群102的輸出電能的存儲或向電網(wǎng)104釋放電能，大容量儲蓄或釋放電能，提高風能利用系數(shù)。
[0058]具體的，功率型儲能設備2021充放電速度快，適用于風電機組群102輸出功率波動頻率曲線與電網(wǎng)104的需求功率相差較大的情況，功率型儲能設備2021可以及時充放電動作，例如可以在如2秒的時間內瞬時充放電的功率為5K千瓦。通過利用功率型儲能設備2021從而對風電機組群102的輸出功率風電機組群102的輸出功率的波動頻率大時進行調節(jié)。第一閾值具體值可以根據(jù)經(jīng)驗來設定。而能量型儲能設備2022則適用于風速較為平緩風電機組102的輸出功率相較電網(wǎng)104的需求頻率波動功率相差不大的情況下，能量型儲能設備2022起到充放電動作，從而對風電機組群102的輸出功率進行調節(jié)。兩者相配合使用可以有效的延長儲能設備202的使用壽命、提高儲能設備202的反應速度同時降低整體成本。
[0059]而功率能量結合型儲能設備自身可以自動調節(jié)對風電機組群102的輸出功率的補償。
[0060]進一步地,功率型儲能設備2021包括:超級電容儲能單元、飛輪儲能單元及超導儲能單元中的一種或多種。
[0061]具體的，超級電容儲能單元選用超級電容，作為一種電化學元件，儲能過程并不發(fā)生化學反應，且儲能過程是可逆的，因此超級電容器反復充放電可以達到數(shù)十萬次，且不會造成環(huán)境污染。另外，它具有非常高的功率密度，為電池的10-100倍，適用于短時間高功率輸出，充電速度快、模式簡單，可以采用大電流充電，能在幾十秒到數(shù)分鐘內完成充電過程。飛輪儲能單元主要利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成動能儲存起來，在需要的時候再用飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電的儲能方式。飛輪儲能裝置特點:飛輪儲能具有效率高、建設周期短、壽命長、高儲能、充放電快捷、充放電次數(shù)無限以及無污染等有點。適用于電網(wǎng)調頻和電能質量保障。超導儲能單元主要應用了原理:將一個超導體圓環(huán)置于磁場中，降溫至圓環(huán)材料的臨界溫度以下，撤去磁場，由于電磁感應，圓環(huán)中便有感生電流產(chǎn)生，只要溫度保持在臨界溫度以下，電流便會持續(xù)下去。試驗表明，這種電流的衰減時間不低于10萬年。顯然這是一種理想的儲能裝置，稱為超導儲能。超導儲能的優(yōu)點很多，主要是功率大、體積輕、體積小、損耗小、反應快等等，因此應用很廣。如大功率激光器，需要在瞬時輸出數(shù)千乃至上萬焦耳的能量，這就可有超導儲能裝置來承擔。上述的三種功率型儲能設備可以單獨用來儲能，也可以相結合進行儲能。除上述的三種功率型儲能設備外，一切可以快速充放電并適用本發(fā)明實施例的功率型儲能設備均可以應用到本實施例中。
[0062]進一步地，能量型儲能設備2022包括:蓄水儲能單元和/或壓縮空氣儲能單元。
[0063]具體地，蓄水儲能單元可以運用風電“蓄水池”即“全釩液流儲能電池系統(tǒng)”把時斷時續(xù)、時強時弱的風能所發(fā)電能通過電池“蓄水池”的作用，平穩(wěn)地輸送進電網(wǎng)，提高電網(wǎng)的安全可靠性。壓縮空氣儲能單元可以為在電網(wǎng)負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電的儲能方式。上述的兩種能量型儲能設備可以單獨用來儲能，也可以相結合進行儲能。除上述的兩種能量型儲能設備外，一切可以平穩(wěn)充放電并適用本發(fā)明實施例的能量型儲能設備均可以應用到本實施例中。
[0064]進一步地，功率能量結合型儲能設備包括=Na2S電池和/或鋰離子電池。上述的兩種功率能量結合型儲能設備可以單獨用來儲能，也可以相結合進行儲能。除上述的兩種功率能量結合型儲能設備外，一切能量型儲能設備均可以應用到本實施例中。
[0065]圖4為本發(fā)明實施例風電機場系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖，結合4所示本發(fā)明實施例還提供了一種上述的風電機場系統(tǒng)的控制方法，控制儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償風電機組群的輸出功率，使匯聚點處的輸出功率滿足電網(wǎng)的供電功率。
[0066]本發(fā)明實施例提供的風電機場系統(tǒng)的控制方法，通過控制儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，補償風電機組群的輸出功率，即:通過控制功率型儲能設備，抑制功率輸出波動，使得風電機組或風電場的輸出功率更加平滑，滿足國家并網(wǎng)需求；通過控制能量型儲能設備，削峰填谷，使得風電場輸出功率與實際用電負荷保持一致，滿足電網(wǎng)供電要求。本方法的核心思想是將原先基于風電機組最大風能追蹤為目的的發(fā)電方式，轉換為滿足國家并網(wǎng)需求的發(fā)電方式。
[0067]作為上述技術方案的優(yōu)選，該方法具體為:
[0068]步驟31:讀取電網(wǎng)發(fā)送的供電調度指令，供電調度指令具體為，例如電網(wǎng)所需的供電功率等參數(shù)。
[0069]步驟32:讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)。風電場監(jiān)控系統(tǒng)及儲能監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測的風電機組群及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以通過電流、電壓、功率、電量傳感器等實時監(jiān)測風電機組群及儲能系統(tǒng)電流、電壓、功率、電量等參數(shù)。
[0070]步驟33:根據(jù)供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償風電機組群的輸出功率。具體的例如，得到當前儲能系統(tǒng)的儲能情況及當前的風電機組群的輸出功率并與電網(wǎng)所需的供電功率比相比較:如果當前的風電機組群的輸出功率大于電網(wǎng)所需的供電功率，則功率輸出方案可以是，儲能系統(tǒng)將風電機組群除用于輸入電網(wǎng)的電能以外額外的部分存儲；如果當前的風電機組群的輸出功率小于電網(wǎng)所需的供電功率，則功率輸出方案可以是，儲能系統(tǒng)與風電機組群共同向電網(wǎng)供電，具體的儲能系統(tǒng)的供電為風電機組群輸入電網(wǎng)的電能與電網(wǎng)所需的電能的相差的部分。從而可以達到平滑輸出功率的目的。
[0071]作為上述技術方案的優(yōu)選，該方法還包括，預測風電機組群的發(fā)電參數(shù)；讀取發(fā)電參數(shù)；控制儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能進一步為:根據(jù)供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)及風電機組群的發(fā)電參數(shù)確定通過儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能。
[0072]具體的與上述相關裝置實施例的實現(xiàn)過程相同，詳細可以參考上述相關裝置實施例的記載，在此不再贅述。
[0073]本方法對風電場和儲能系統(tǒng)的能量監(jiān)控，綜合控制儲能系統(tǒng)對風電機組群功率輸出波動量的吞吐，平滑風電場的有功功率輸出，減小風電輸出功率波動對電網(wǎng)的影響。
[0074]目前，電力系統(tǒng)中的儲能技術為解決電力供應鏈中存在的一些現(xiàn)有問題和實現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展提供了全新的途徑，采用大規(guī)模電力儲能技術，結合新型大功率儲能系統(tǒng)的控制方法，可以有效緩解用電供需矛盾、提高電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性、改善供電質量，并促進可再生能源的利用和發(fā)展。[0075]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種應用儲能系統(tǒng)的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，包括:風電機組群、風電場監(jiān)控系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、儲能監(jiān)控系統(tǒng)及聯(lián)合控制系統(tǒng)； 所述儲能系統(tǒng)的輸入端連接到所述風電機組群的輸出端，用于存儲所述風電機組群的電能；所述儲能系統(tǒng)的輸出端與所述風電機組群的輸出端通過匯流點連接到電網(wǎng)，用于共同為所述電網(wǎng)供電； 所述風電場監(jiān)控系統(tǒng)連接所述風電機組群，用于監(jiān)控所述風電機組群的工作狀態(tài)；所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)連接所述儲能系統(tǒng)，用于監(jiān)控所述儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)； 所述聯(lián)合控制系統(tǒng)連接所述電網(wǎng)、風電場監(jiān)控系統(tǒng)及儲能監(jiān)控系統(tǒng)，用于讀取所述電網(wǎng)發(fā)送的供電調度指令，讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)合控制系統(tǒng)包括: 第一讀取模塊，與所述電網(wǎng)連接，用于讀取所述電網(wǎng)發(fā)送的供電調度指令； 第二讀取模塊，與所述風電場監(jiān)控系統(tǒng)連接，用于讀取所述風電機組群的工作狀態(tài)； 第三讀取模塊，與所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)連接，用于讀取所述儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)； 控制模塊，根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，所述風電機場系統(tǒng)還包括:風能功率預測模塊，與所`述聯(lián)合控制系統(tǒng)連接，所述風能功率預測模塊用于預測所述風電機組群的預期風速，并根據(jù)所述風速計算風電機組群的發(fā)電參數(shù)； 所述聯(lián)合控制系統(tǒng)還包括: 第四讀取模塊，與所述風能功率預測模塊連接，用于讀取所述發(fā)電參數(shù)； 所述控制模塊具體用于，根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)及所述風電機組群的發(fā)電參數(shù)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
4.根據(jù)權利要求1一 3中任一項所述的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)包括功率型儲能設備和能量型儲能設備的組合或功率能量結合型儲能設備； 所述功率型儲能設備和能量型儲能設備的組合中所述功率型儲能設備，用于當風電機組群的輸出功率波動頻率大于或等于所述第一閾值時，對風電機組群的輸出電能的存儲或向電網(wǎng)釋放電能，平滑所述風電機組群向所述電網(wǎng)釋放功率的波動； 所述能量型儲能設備，用于當風電機組群的輸出功率波動頻率小于所述第一閾值時，對風電機組群的輸出電能的存儲或向電網(wǎng)釋放電能，大容量儲蓄或釋放電能，提高風能利用系數(shù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，所述功率型儲能設備包括:超級電容儲能單元、飛輪儲能單元及超導儲能單元中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求4所述的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，所述能量型儲能設備包括:蓄水儲能單元和/或壓縮空氣儲能單元。
7.根據(jù)權利要求4所述的風電機場系統(tǒng)，其特征在于，所述功率能量結合型儲能設備包括:硫化鈉Na2S電池和/或鋰離子電池。
8.—種如權利要求1至7中任一項所述的風電機場系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,包括: 控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能，以補償所述風電機組群的輸出功率，使所述匯聚點處的輸出功率滿足所述電網(wǎng)的供電功率。
9.根據(jù)權利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能具體為: 讀取供電調度指令，讀取風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)及儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng) 控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能。
10.根據(jù)權利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述方法還包括， 預測所述風電機組群的預期風速，并根據(jù)所述風速計算風電機組群的發(fā)電參數(shù)； 讀取所述發(fā)電參數(shù)； 所述控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能進一步為:根據(jù)所述供電調度指令、風電機組群的工作狀態(tài)、儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)及所述風電機組群的發(fā)電參數(shù)確定通過所述儲能監(jiān)控系統(tǒng)控制所述儲能系統(tǒng)存儲或釋放電能。
【文檔編號】H02J3/38GK103515972SQ201210224453
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月28日 優(yōu)先權日:2012年6月28日
【發(fā)明者】王兆奎, 蘇麗營, 溫南楠, 辛理夫, 袁瑛 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司