風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法
【專利摘要】一種風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法；首先判定風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)是否處于風(fēng)電反調(diào)峰，并分析在不同時(shí)間尺度下，風(fēng)電出力的波動(dòng)幅值變化對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓的影響，進(jìn)而確定在相應(yīng)時(shí)間尺度下電網(wǎng)能夠接受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值,確定電網(wǎng)中給定風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)限值；進(jìn)一步，考慮占用的儲(chǔ)能充放電功率盡可能小等因素，通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方式獲取不同負(fù)荷分區(qū)內(nèi)相鄰時(shí)段風(fēng)電實(shí)際出力變化值，并由風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的比較器把相鄰兩時(shí)段風(fēng)電實(shí)際出力值的差值與風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值做比較，將比較結(jié)果信號(hào)發(fā)送予儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器，所述控制器根據(jù)接收信號(hào)控制儲(chǔ)能裝置充放電。
【專利說(shuō)明】風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展，其在全網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)中所占的比例越來(lái)越大。而風(fēng)電是典型的隨機(jī)性、間歇性電源，大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)必然會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)一系列挑戰(zhàn)。風(fēng)電接入電網(wǎng)造成的影響主要有:(1)風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng)性使得風(fēng)電成為擾動(dòng)源，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅；(2)電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組受低電壓穿越能力限制將自動(dòng)脫網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行狀況惡化；(3)由于電網(wǎng)承受擾動(dòng)的能力有限，超過(guò)電網(wǎng)容納能力的風(fēng)電將難以消納；(4)風(fēng)電的波動(dòng)性會(huì)造成系統(tǒng)接入點(diǎn)的電壓波動(dòng)，帶來(lái)閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題。而儲(chǔ)能的接入能夠較好地改善風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的這些問(wèn)題。
[0003]儲(chǔ)能具有動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放的特點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性、波動(dòng)性等缺點(diǎn)，改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可控性，提高穩(wěn)定性水平。采用不同的控制儲(chǔ)能充放電的策略，所需的儲(chǔ)能容量也各不相同。中國(guó)專利CN102005771A通過(guò)微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部分布式電源發(fā)電量的仿真預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算同一時(shí)段發(fā)電功率與負(fù)荷需求的電量差，依據(jù)電量差和相關(guān)約束，計(jì)算儲(chǔ)能設(shè)備容量需求；文獻(xiàn)I (Arefeh Danesh Shakib.EnergyStorage Design and Optimization for Power System with Wind Feeding, EuropeanWind Energy Conference EWEC2006, Athena, Greek, Session B3, 2010, 10 (4)，4-59)提出一種用于補(bǔ)償風(fēng)電短期預(yù)報(bào)誤差的最優(yōu)儲(chǔ)能容量計(jì)算模型。但這兩種方法都主要是針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)本身，而對(duì)電網(wǎng)側(cè)考慮較少，比如電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限以及風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)的反調(diào)峰等。
[0004]另外，目前國(guó)內(nèi)外研究都是提出利用儲(chǔ)能平抑風(fēng)電出力的波動(dòng)、補(bǔ)償風(fēng)功率預(yù)報(bào)誤差等。但都沒(méi)有從利用儲(chǔ)能抑制風(fēng)電反調(diào)峰和出力波動(dòng)方面考慮，所以如何控制儲(chǔ)能充放電進(jìn)而利用其達(dá)到抑制風(fēng)電反調(diào)峰和出力波動(dòng)的目的具有積極的工程實(shí)踐意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有儲(chǔ)能充放電控制方法忽略電網(wǎng)穩(wěn)定性的缺點(diǎn)，考慮到風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，提出一種風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制方法，本發(fā)明基于隨機(jī)生產(chǎn)模擬原理，可抑制風(fēng)電出力反調(diào)峰和出力波動(dòng)。
[0006]本發(fā)明為解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:首先依據(jù)風(fēng)電反調(diào)峰的判斷方法確定風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)是否處于風(fēng)電反調(diào)峰，并分析在不同時(shí)間尺度下，風(fēng)電出力的波動(dòng)幅值變化對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓的影響，進(jìn)而確定在相應(yīng)時(shí)間尺度下電網(wǎng)能夠接受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值，確定電網(wǎng)中給定風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)限值；進(jìn)一步，考慮占用的儲(chǔ)能充放電功率盡可能小等因素，通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方式獲取不同負(fù)荷分區(qū)內(nèi)相鄰時(shí)段風(fēng)電實(shí)際出力變化值，并由風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的比較器把相鄰兩時(shí)段風(fēng)電實(shí)際出力值的差值與風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值做比較，將比較結(jié)果信號(hào)發(fā)送予儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器，所述控制器根據(jù)接收信號(hào)控制儲(chǔ)能裝置充放電。[0007]判斷所述的判定風(fēng)電反調(diào)峰的方法為:根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的日變化規(guī)律曲線，依據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)可以得到日負(fù)荷平均值PaVR，把日負(fù)荷幅值小于PavR ? 1/3的負(fù)荷段定義為谷荷區(qū)，即處在水平線PavR ?R1/3以下的一部分負(fù)荷曲線；把日負(fù)荷幅值大于PavR ?(1+2/3)的負(fù)荷段定義為峰荷區(qū)，即處在水平線PavR ? (1+2/3)以上的一部分負(fù)荷曲線；除谷荷區(qū)和峰荷區(qū)之外，再把整個(gè)負(fù)荷曲線中剩余的兩部分定義為強(qiáng)壯2區(qū)和強(qiáng)壯1區(qū)；其中夾在谷荷區(qū)和峰荷區(qū)的一部分曲線定義為強(qiáng)壯2區(qū)，其余一部分負(fù)荷曲線定義為強(qiáng)壯I區(qū)。這樣，劃分出一個(gè)負(fù)荷較低時(shí)段:谷荷區(qū)和一個(gè)負(fù)荷較高時(shí)段:峰荷區(qū)，進(jìn)而將整個(gè)負(fù)荷劃分為強(qiáng)壯1區(qū)、谷荷區(qū)、強(qiáng)壯2區(qū)、峰荷區(qū)共計(jì)4個(gè)區(qū)域。當(dāng)在谷荷區(qū)時(shí)風(fēng)電出力上升或者在峰荷區(qū)時(shí)風(fēng)電出力下降，即視該種情形為風(fēng)電反調(diào)峰。在風(fēng)電反調(diào)峰情形下，在風(fēng)電場(chǎng)處于谷荷區(qū)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)盡可能吸收多余風(fēng)能；在風(fēng)電場(chǎng)處于峰荷區(qū)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)盡可能根據(jù)需要釋放電能，以滿足高用電負(fù)荷需求。
[0008]確定電網(wǎng)中給定風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)的極限幅值的步驟為:
[0009]首先，基于給定的電網(wǎng)約束條件，比如靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束等，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處能夠接入的風(fēng)電場(chǎng)最大容量Pwmax ;
[0010]其次，比較風(fēng)電場(chǎng)容量Pm是否小于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處能夠接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)最大容量Pwmax，若風(fēng)電場(chǎng)容量pWr小于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能夠接入的風(fēng)電場(chǎng)最大容量PwmΔx,則根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)容量wer，并根據(jù)仿真得到的該風(fēng)電場(chǎng)出力在不同時(shí)間尺度下的波動(dòng)量變化對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓影響的f- Δ P和v- Δ P波動(dòng)曲線圖，確定在相應(yīng)時(shí)間尺度下電網(wǎng)能夠接受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值入max。
[0011]其計(jì)算方法具體為:
[0012](I)借助相關(guān)電力系統(tǒng)分析仿真軟件可以仿真得出給定裝機(jī)容量的風(fēng)電場(chǎng)，在給定時(shí)間尺度內(nèi)的不同出力波動(dòng)量ΔPp ΔP2, ΔP3 ΔPn下電網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓波動(dòng)曲線和系統(tǒng)頻率波動(dòng)曲線，如給定裝機(jī)容量148.5MW的風(fēng)電場(chǎng)，采集10分鐘內(nèi)的不同出力波動(dòng)量為6(MW、9(MW…100麗，通過(guò)仿真得到上述10分鐘內(nèi)不同出力波動(dòng)量的電網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓波動(dòng)曲線和系統(tǒng)頻率波動(dòng)曲線。可從電壓波動(dòng)曲線和系統(tǒng)頻率波動(dòng)曲線中直觀看出當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)量大于等于某一波動(dòng)量ΔPi = (i=l，2...n)時(shí)，系統(tǒng)頻率波動(dòng)大于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行所要求的頻率變化幅值Δf，根據(jù)公式Δmax= ΔPi÷Δf，計(jì)算得到電網(wǎng)能夠承受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值入max;
[0013](2)將計(jì)算得到的電網(wǎng)能夠承受的風(fēng)電出力波動(dòng)限值與表1所示的《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》(國(guó)家電網(wǎng)公司，〔2009〕1465號(hào)，2009.12.22)規(guī)定的不同時(shí)間尺度下的風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)限值推薦值進(jìn)行比對(duì)，兩者之中取小值作為電網(wǎng)中給定風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)的極限幅值。
[0014]表1風(fēng)電場(chǎng)有功功率變化限值推薦值(單位:MW)
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法，其特征在于，所述的控制方法首先判定風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)是否處于風(fēng)電反調(diào)峰，并分析在不同時(shí)間尺度下，風(fēng)電出力的波動(dòng)幅值變化對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓的影響，進(jìn)而確定在相應(yīng)時(shí)間尺度下電網(wǎng)能夠接受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值，確定電網(wǎng)中給定風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)限值；進(jìn)一步，考慮占用的儲(chǔ)能充放電功率盡可能小等因素，通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方式獲取不同負(fù)荷分區(qū)內(nèi)相鄰時(shí)段風(fēng)電實(shí)際出力變化值，并由風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的比較器把相鄰兩時(shí)段風(fēng)電實(shí)際出力值的差值與風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值做比較，將比較結(jié)果信號(hào)發(fā)送予儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器，所述控制器根據(jù)接收信號(hào)控制儲(chǔ)能裝置充放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法，其特征在于，所述的判定風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)是否處于反調(diào)峰的方法為:根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的日變化規(guī)律曲線，得到日負(fù)荷平均值PAVK，把日負(fù)荷幅值小于Pavk.1/3的負(fù)荷段定義為谷荷區(qū)，即處在水平線Pavk.1/3以下的那一部分負(fù)荷曲線；把日負(fù)荷幅值大于Pavk.(1+2/3)的負(fù)荷段定義為峰荷區(qū)，即處在水平線Pavk.(1+2/3)以上的那一部分負(fù)荷曲線；除谷荷區(qū)和峰荷區(qū)之外，再把整個(gè)負(fù)荷曲線中剩余的兩部分定義為強(qiáng)壯2區(qū)和強(qiáng)壯I區(qū)；其中夾在谷荷區(qū)和峰荷區(qū)的那一部分曲線定義為強(qiáng)壯2區(qū)，其余一部分負(fù)荷曲線定義為強(qiáng)壯I區(qū)；負(fù)荷較低時(shí)段為谷荷區(qū)，負(fù)荷較高時(shí)段為峰荷區(qū)；當(dāng)風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)處于谷荷區(qū)時(shí)風(fēng)電出力上升，或者在峰荷區(qū)時(shí)風(fēng)電出力下降，即視該種情形為風(fēng)電反調(diào)峰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法，其特征在于，確定在相應(yīng)時(shí)間尺度下所述的電網(wǎng)中給定的風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)幅值極限值的步驟為: 首先，基于給定的電網(wǎng)約束條件計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處能夠接入的風(fēng)電場(chǎng)最大容量Pwmax ; 其次，比較風(fēng)電場(chǎng)容·量Pm是否小于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處能夠接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)最大容量Pwmax，若風(fēng)電場(chǎng)容量PwZh于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處能夠接入的風(fēng)電場(chǎng)最大容量Pwmax，則根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)容量P?，通過(guò)仿真得到該風(fēng)電場(chǎng)出力在不同時(shí)間尺度下的波動(dòng)幅值變化對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓的影響，進(jìn)而確定在相應(yīng)時(shí)間尺度下電網(wǎng)能夠接受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值λ_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法，其特征在于，所述的在相應(yīng)時(shí)間尺度下電網(wǎng)能夠接受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值λ_的計(jì)算方法為: (1)借助相關(guān)電力系統(tǒng)分析仿真軟件仿真得出給定裝機(jī)容量的風(fēng)電場(chǎng)在給定時(shí)間尺度內(nèi)的不同出力波動(dòng)量ΛΡρΛΡρΛΡ^..ΛΡη下電網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓波動(dòng)曲線和系統(tǒng)頻率波動(dòng)曲線，從電壓波動(dòng)曲線和系統(tǒng)頻率波動(dòng)曲線中得到當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)量大于等于某一波動(dòng)量APiQ = I, 2...η)時(shí)，系統(tǒng)頻率波動(dòng)大于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行所要求的頻率變化幅值A(chǔ)f，根據(jù)公式λ_= APi+Af，計(jì)算得到電網(wǎng)能夠承受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值λ_; (2)將計(jì)算結(jié)果與《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定的不同時(shí)間尺度下的風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)限值推薦值進(jìn)行比較，兩者之中取小值作為最終的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值λ_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能充放電控制方法，其特征在于，所述的儲(chǔ)能裝置充放電方法如下:通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方式獲取任一 k-Ι時(shí)刻的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值PmH和其相鄰時(shí)刻k的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值Pmk，在不同的負(fù)荷分區(qū)內(nèi)，風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的比較器依據(jù)k-Ι時(shí)刻的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值Pmlrl與其相鄰時(shí)刻k的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際處理值Pmk的差值與電網(wǎng)能夠承受的風(fēng)電出力波動(dòng)極限幅值λ_的關(guān)系，儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的比較器發(fā)出控制信號(hào)予儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充放電: (1)強(qiáng)壯I區(qū)內(nèi)，當(dāng)IPmk-Pmk-1l< λ _時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置放電，且其放電功率范圍為:0 ( psk < Ρ^-Ρ^+λ^χ ;當(dāng)Pmk-Pmk-1≥^max時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充電，且其充電功率范圍為λ max > psk≥pmk_pmk_「λ max ;當(dāng)ΡπΛ-Pn ^ ^ max時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置放電，且其放電功率范圍為.Pmk-1 Pmk 入 max ^ Psk〈 Pmk-1 Pmk+ 入 max ? (2)谷荷區(qū)內(nèi)，當(dāng)Pmk-Pmlri^ O時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充電，且其充電功率范圍為λ max > Psk≥Pmk-Pmk-!;當(dāng)-λ ΜΧ < Pmk-Pmk-1 < O時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置放電，且其放電功率范圍為:psk ( Ρ^-Ρλ ^Pmk-Pmk-! ^ - λ max時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置放電，且其放電功率范圍為>Psk ^ Pmk-1 Pmk 入 max ? (3)強(qiáng)壯2區(qū)內(nèi)，當(dāng)IPmk-PmlriI< λ _時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充電，且其充電功率范圍為:0 ( psk < Pfflk-Pfflk-^Afflax ;當(dāng)Pmk-PmH≥λmax時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充電，且其充電功率范圍為λ max ( psk < Pmk-Pmlrl+ λ max ；當(dāng)Ρπλ-Ph ^ - λ max時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置放電，且其放電功率范圍為:Pmk-1 Pmk+ 入 max〉Psk ^ Pmk-1 Pmk 入 max ? (4)峰荷區(qū)內(nèi)，當(dāng)Pmk-Pmlrl( O時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置放電，且其放電功率范圍為:Pmk-Pmk-1+ λmax> Psk≥Pmk-Pmk-!;當(dāng)入眶〉Pmk-Pmk-1 > O時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充電，且其充電功率范圍為:0 ( Psk < Pmk-Pmlri ;當(dāng)Pmk-Pmk-! ^ λ _時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制器控制儲(chǔ)能裝置充電，且其充電功率范圍為:Pmk Pmk-1 入 max ^ Psk〈 Pmk Pmk-1 °
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK103580043SQ201310468836
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】袁鐵江, 陳潔, 劉沛漢, 楊青斌, 孫誼媊, 熊雄 申請(qǐng)人:新疆大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院