基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法
【专利摘要】基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法。涉及风电场混合储能系统组合方式以及容量控制方法。技术要点是。包括以下步骤：1)根据风电场预测风速计算传统控制模式下的风电场预测捕获功率；2)将风电场预测功率进行快速傅里叶变换，得到风电功率频谱特性曲线和输出功率高频信号、低频信号；3)利用机组本身惯性动能存储当对风电场输出功率进行第一次平滑，抑制机组有功出力的高频分量；4)采用锂电池储能完成对风电场输出功率波低频分量的平滑任务；5)建立评价指标，优化控制风电场锂电池容量。采用本发明技术方案，可提高电能质量和储能经济效益，延长电池寿命。
【专利说明】基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风电场有功功率控制【技术领域】，尤其涉及到储能系统运行控制方法。【背景技术】
[0002]风力发电是解决环境污染和能源危机的重要途径，是我国实现“调结构、促转型”的战略重点和发展低碳经济的主要方向，也是我国能源发展的重点。但风能具有随机性、间歇性导致风电的波动性，带来风电电能质量和消纳方面的挑战。储能系统可按控制策略吸收和释放能量，是平滑风电输出功率的可用手段。
[0003]可用于风电场的储能方式主要包括化学电池储能，飞轮储能，电磁储能，抽水储能，压缩空气储能，机组惯性储能。由于化学电池储能系统响应速度慢，难以平滑0.01?IHz的风电功率波动,而电力系统对这一频段的功率波动十分敏感。飞轮储能响应时间快，且循环寿命长，维护方便，有很好的发展前景，但是目前在转子强度设计、低功耗磁轴承等技术方面急需突破。电磁储能包括超导储能和超级电容器储能，这两种储能方式本身具有概率密度高、充放电循环寿命长、充电时间短、可靠性高等优点，但价格过于昂贵，电容器耐压能力不够高，不宜在风电场中大容量应用。另外，从抽水和压缩空气储能能大范围平滑风电场输出功率输，但受地理条件的约束，建设局限性大，无法广泛应用。风电机组转子惯性储能，通过调节转子转速，将捕获的部分风能以动能的形式暂时存储在转子上，在需要的时候释放。此种储能方式响应速度快，能量密度高，能有效平滑高频功率波动，但由于转子储能容量和时间有限，难于抑制低频功率波动。
[0004]可见，单一的储能方式很难达到理想的风电场功率平滑效果。因此需要合适的储能方式进行组合，通过混合储能实现对风电场输出功率波动平滑；需要合适的储能系统运行控制方法，在提升电能质量的同时延长储能设备使用寿命，降低储能投资和维护成本。
【发明内容】
[0005]本发明利用机组本身惯性储能和锂电池储能两种方式特性互补，组成混合储能系统。传统风电场输出功率波动大部分处于0.01?IHz之间，能量主要集中在O?10_4Hz。利用机组本身惯性动能存储抑制0.01?IHz之间的高频分量以及短时间内的波峰值，同时提供一种基于惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，锂电池储能平滑功率低频波动(10_5?0.0lHz)部分，该方法综合考虑储能系统的经济效益、锂电池寿命、功率平滑目标等因素，解决电池储能运行过程中频繁充放电转换以及过充和过放工作状态对锂电池寿命的带来不利影响问题。
[0006]为实现上述目标，本发明提供了一种基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，它具体包括以下步骤:
[0007]1、根据风电场预测风速，计算传统控制模式下风电场预测捕获的功率，
【权利要求】
1.基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤: A、根据风电场预测风速计算传统控制模式下风电场预测捕获的功率； B、对风电场预测捕获功率进行快速傅里叶变换，得到风电场输出功率高频信号和低频信号； C、利用机组本身惯性动能存储当对风电场输出功率进行第一次平滑，抑制机组有功出力的高频分量； D、根据预测输出功率置信区间，确定风电场计划出力Pplan(t)，建立锂电池容量Eb与电池充放电时间之间的数学模型，通过调节锂电池充放电时间控制锂电池容量，完成对风电场输出功率波低频分量的平滑任务； E、基于电池寿命和混合储能系统成本之间的权衡，考虑风电场预测功率置信水平，建立评价指标，优化控制风电场锂电池容量。
2.如权利要求1所述的基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，其特征在于:所述步骤A)中，根据风电场预测风速，计算传统控制模式下风电场预测捕获的功率具体方法如下:
3.如权利要求1所述的基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，其特征在于:所述步骤B)中，对风电场预测捕获功率M(0进行快速傅里叶变换，得到风电功率幅频谱特性曲线，将其划分为高频和低频两部分，高频部分覆盖的频率为0.01~1Hz，低频部分覆盖的频率为10_5~0.01Hz。
4.如权利要求1所述的基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，其特征在于:所述步骤C)中，利用机组本身惯性动能存储对风电场输出功率进行第一次平滑，抑制机组有功出力的高频分量，包括如下步骤: (I)建立传统控制模式下风电机组系统模型。
5.如权利要求1所述的基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，其特征在于:所述步骤D)中，锂电池容量控制模型建立包括以下步骤: (1)风电场短期调度策略。根据经过机组惯性动能存储平抑后输出功率的置信区间 ,确定电池充放电时'i十划出力Pplan⑴。电池充电时，由风电场预测输出功率置信区间最低功率曲线Pi/(O确定计划出力Pplanα);锂电池放电时，根据风电场预测输出功率置信区间最大功率曲线PifW确定计划出力Pplan(t)，经锂电池储能二次平滑后输出功率跟踪计划出力。
6.如权利要求1所述的基于机组惯性储能的风电场储能锂电优化控制方法，其特征在于:所述步骤E)中，预测功率置信水平和标准偏差不同时，得到不同的锂电池容量值，建立储能容量、成本(运行成本和投资成本)和电池寿命约束的储能系统性能指标S，通过降低性能指标，优化控制锂电池容量值。其性能指标s如下所示:
7.如权利要求4所述的利用机组本身惯性动能存储对风电场输出功率进行第一次平滑，抑制机组有功出力的高频分量，其特征在于，步骤(3)建立基于转子惯性动能存储的风电机组控制系统包括以下步骤: 1)对传统控制模式下风电机组系统模型做线性化处理得到ΔΡfx、ΔEk和Δ Pwt三者之间关系如下:
【文档编号】H02J3/32GK103887808SQ201410124216
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】段斌, 王俊, 苏永新, 刘丹丹 申请人:湘潭大学