實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略的風(fēng)儲(chǔ)混合電站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略的風(fēng)儲(chǔ)混合電站，風(fēng)-儲(chǔ)混合電站中的儲(chǔ)能系統(tǒng)由兩組同容量的電池組構(gòu)成、通過(guò)功率變換器接入風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)公共聯(lián)接點(diǎn)。在基于歷史數(shù)據(jù)分析風(fēng)功率波動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，確定電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，使其能按預(yù)想的置信度平抑風(fēng)功率波動(dòng)。兩組電池中，一組處于充電狀態(tài)、用于平抑風(fēng)功率的正向波動(dòng)分量；另一組處于放電狀態(tài)，用于平抑風(fēng)功率中的負(fù)向波動(dòng)分量。當(dāng)任何一組電池達(dá)到滿充、滿放狀態(tài)后，則立即對(duì)其功能進(jìn)行切換。為檢驗(yàn)風(fēng)-儲(chǔ)混合電站能否按設(shè)計(jì)要求平抑風(fēng)功率波動(dòng)，本發(fā)明還公開(kāi)了基于風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)離線仿真方法。
【專利說(shuō)明】實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略的風(fēng)儲(chǔ)混合電站
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枺?01310366132. 1、申請(qǐng)日：2013-08-20、名稱"風(fēng)儲(chǔ)混合電站及 儲(chǔ)能系統(tǒng)定容、離線仿真與在線運(yùn)行方法"的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及儲(chǔ)能技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，具體涉及一種基于雙電池 組拓?fù)涞娘L(fēng)-儲(chǔ)混合電站及儲(chǔ)能系統(tǒng)的定容、離線仿真與在線運(yùn)行方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 隨著化石燃料的逐漸枯竭及環(huán)境污染的日益加劇，以風(fēng)電為代表的可再生能源受 到了世界各國(guó)的普遍重視。我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量連續(xù)五年翻番，截至2011年8月底，全國(guó)并 網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)486個(gè)，裝機(jī)容量高達(dá)3924萬(wàn)千瓦，規(guī)模居全球之首。對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)電是 一種不確定性的能量注入，具備與生俱來(lái)的間歇性與波動(dòng)性，此特性在很大程度上影響電 網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的消納。
[0004] 在電網(wǎng)風(fēng)電穿透水平日益提高的同時(shí)，以液流電池、鈉硫電池為代表的新型電池 技術(shù)得到了快速的進(jìn)步，電池技術(shù)的快速進(jìn)步為將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)電并網(wǎng)奠定了堅(jiān) 實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。近年來(lái)，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為：除進(jìn)行針對(duì)性的電源、電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)外，利用電力 電子技術(shù)將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)整合成電網(wǎng)友好型的風(fēng)-儲(chǔ)混合電站亦是提高電網(wǎng)風(fēng) 電消納能力的有效措施之一（參見(jiàn)文獻(xiàn)一《Electrical energy storage for the grid:a battery of。11〇;[。68》，3(^611。6,2011年，第 334卷，第 6058 期，第 928 頁(yè)至 935 頁(yè)）。
[0005] 文獻(xiàn)二〈〈Control strategies for battery energy storage for wind farm dispatching)) (IEEE Transactions on Energy Conversation, 2009 年，第 24 卷第 3 期， 第 725 頁(yè)至 732 頁(yè)）與文獻(xiàn)三〈〈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(yè)至794頁(yè)）提出了一種基于單電池組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)-儲(chǔ)混合電站，利用電池儲(chǔ) 能裝置靈活的充、放電能力平滑風(fēng)功率中的波動(dòng)分量，取得了不錯(cuò)的效果。但該技術(shù)方案 中，風(fēng)功率波動(dòng)的隨機(jī)性會(huì)導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在充、放電狀態(tài)之間頻繁切換，從而快速耗盡 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命。
[0006] 為克服基于單電池組結(jié)構(gòu)的風(fēng)-儲(chǔ)混合電站的技術(shù)缺陷，文獻(xiàn)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(yè) 至925頁(yè)）提出了一種基于雙電池組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)-儲(chǔ)混合電站。該風(fēng)-儲(chǔ)混合電站中的 儲(chǔ)能系統(tǒng)由兩組電池組成，其中一組電池處于充電狀態(tài)，由風(fēng)功率對(duì)其進(jìn)行充電；另一組電 池則處于放電狀態(tài)，將能量釋放給電網(wǎng)，兩組電池儲(chǔ)能裝置通過(guò)直流斷路器的開(kāi)、關(guān)操作進(jìn) 行狀態(tài)切換。此風(fēng)-儲(chǔ)混合電站中，所有注入電網(wǎng)的能量均需經(jīng)過(guò)充電、放電兩個(gè)環(huán)節(jié)，因 而存在著較大的能量損耗。此外，該風(fēng)-儲(chǔ)混合電站對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量需求較大。因 而，在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格非常昂貴的今天，該技術(shù)方案具有很大的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種充分利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有限的循環(huán)壽命，能量損耗較 小，具有較好經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)儲(chǔ)混合電站及儲(chǔ)能系統(tǒng)定容、離線仿真與在線運(yùn)行方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0009] -種風(fēng)儲(chǔ)混合電站，其特征是：兩組同容量的電池組分別通過(guò)功率變換器接入風(fēng) 電場(chǎng)的并網(wǎng)公共聯(lián)接點(diǎn)；在任一時(shí)刻，兩組電池均處于不同的充、放電狀態(tài)，即一組電池處 于充電狀態(tài)、另一組處于放電狀態(tài)，分別用于平抑風(fēng)功率中的正向、負(fù)向的波動(dòng)分量；任意 一組電池一旦到達(dá)滿充或滿放狀態(tài)，其充、放電狀態(tài)立即進(jìn)行切換；
[0010] Pd，t為整個(gè)風(fēng)儲(chǔ)混合電站向電網(wǎng)的注入功率，為風(fēng)功率與雙電池組的充、放電功率 之和：
[0011] Pd，t - Pw； t+Pbi, t+Pb2, t
[0012] Pw;t為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率；?)31^、?132^分別為兩組電池的輸出功率么 1^/^2^取正值表 示對(duì)應(yīng)的電池處于放電狀態(tài)；而Pbl，t/P b2，t取負(fù)值則表示對(duì)應(yīng)的電池處于充電狀態(tài)。
[0013] 一種風(fēng)儲(chǔ)混合電站的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)定容方法，其特征是：其步驟如下：
[0014] 步驟1 :按滑動(dòng)平均法從分鐘級(jí)的風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù)Pw，t中分離出波動(dòng)分量Ptt與持 續(xù)分量Pu，具體按照以下方法：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略的風(fēng)儲(chǔ)混合電站，其特征是：兩組同容量的電池組 分別通過(guò)功率變換器接入風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)公共聯(lián)接點(diǎn)；在任一時(shí)刻，兩組電池均處于不同的 充、放電狀態(tài)，即一組電池處于充電狀態(tài)、另一組處于放電狀態(tài)，分別用于平抑風(fēng)功率中的 正向、負(fù)向的波動(dòng)分量；任意一組電池一旦到達(dá)滿充或滿放狀態(tài)，其充、放電狀態(tài)立即進(jìn)行 切換； p d，t為整個(gè)風(fēng)儲(chǔ)混合電站向電網(wǎng)的注入功率，為風(fēng)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(fēng)電場(chǎng)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(duì) 應(yīng)的電池處于放電狀態(tài)；而Pbl，t/Pb2，t取負(fù)值則表示對(duì)應(yīng)的電池處于充電狀態(tài)； 其電池儲(chǔ)能系統(tǒng)定容方法： 步驟1 :按滑動(dòng)平均法從分鐘級(jí)的風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù)Pw，t中分離出波動(dòng)分量Pf， t與持續(xù)分 量Pit，具體按照以下方法：
Pf,t = Pw,t-Pc,t 上式中，風(fēng)功率持續(xù)分量實(shí)質(zhì)上為分鐘級(jí)風(fēng)功率的30分鐘滑動(dòng)平均值，風(fēng)功率波動(dòng)分 量則為風(fēng)功率與風(fēng)功率持續(xù)分量之差； 步驟2 :計(jì)算風(fēng)功率每次波動(dòng)對(duì)應(yīng)的波動(dòng)能量Ef;i ;風(fēng)功率波動(dòng)分量Pf，t相鄰兩個(gè)過(guò)零 點(diǎn)之間的波動(dòng)稱為1次波動(dòng)；若其間風(fēng)功率波動(dòng)分量Pf，t的數(shù)值大于零，則此次波動(dòng)為正向 波動(dòng)；否則，稱之為負(fù)向波動(dòng)； 風(fēng)功率第i次波動(dòng)的波動(dòng)能量Ef;i為：
式中，tia與tib分別為風(fēng)功率第i次波動(dòng)的波動(dòng)起始時(shí)間與波動(dòng)終了時(shí)間； 步驟3 :做出波動(dòng)分量Pf，t波動(dòng)幅值的概率直方圖；同樣做出每次波動(dòng)對(duì)應(yīng)波動(dòng)能量 Ef;i的概率直方圖； 步驟4 :采用Matlab軟件包中的概率密度擬合工具箱dfittool進(jìn)行概率密度函數(shù)擬 合，尋找適合描述風(fēng)功率波動(dòng)幅值與能量統(tǒng)計(jì)規(guī)律的概率密度函數(shù)； 步驟5 :根據(jù)風(fēng)功率波動(dòng)幅值與能量的概率密度函數(shù)求出其對(duì)應(yīng)的累積概率分布函數(shù) F"X)與匕〇〇 ;其中，F(xiàn)"X)為風(fēng)功率波動(dòng)幅值|Pf，t|的累積概率密度函數(shù)，F(xiàn) 2(x)為風(fēng)功率 波動(dòng)能量Ef;i的累積概率密度函數(shù)；按以下方法確定風(fēng)-儲(chǔ)混合電站中電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的額 定充、放電功率Pm與容量Em; 嘯=運(yùn) F2 [ a % X Em] = & 上式中，0為預(yù)先設(shè)定的置信概率，即期望電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能概率0平抑風(fēng)功率波動(dòng)； 實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略，所述雙電池組在線運(yùn)行策略具體步驟如下： 步驟1 :預(yù)測(cè)未來(lái)15分鐘每分鐘的風(fēng)功率(V = Km); 步驟2 :根據(jù)風(fēng)功率超短期預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算時(shí)刻t風(fēng)功率波動(dòng)分量的估計(jì)值P/,;
上式中，？〇-14，？1^-13，？1^- 12，**#1^-1為前14分鐘風(fēng)功率的實(shí)際值，？1^為當(dāng)前時(shí)刻 的風(fēng)功率值； 步驟3 :若時(shí)刻t風(fēng)功率波動(dòng)分量估計(jì)值巧,大于零，則說(shuō)明該時(shí)刻出現(xiàn)了正向風(fēng)功率 波動(dòng)，為平抑此波動(dòng)，需調(diào)度處于充電狀態(tài)的電池組，使其充電功率等于
；若 風(fēng)功率波動(dòng)分量估計(jì)值小于零，則說(shuō)明該時(shí)刻出現(xiàn)負(fù)向的風(fēng)功率波動(dòng)，為平抑此波動(dòng)， 需調(diào)度處于放電狀態(tài)的電池組，使其放電功率等于
步驟4 :根據(jù)荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)判斷電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是否到達(dá)滿充或滿放狀 態(tài)，若電池儲(chǔ)能系統(tǒng)到達(dá)滿充狀態(tài)，則將其由充電狀態(tài)切換至放電狀態(tài)，若電池儲(chǔ)能系統(tǒng)到 達(dá)滿放狀態(tài)，即到達(dá)最大放電深度，則將其由放電狀態(tài)切換為充電狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略的風(fēng)儲(chǔ)混合電站，其特征是：任 意一組電池一旦到達(dá)滿充狀態(tài)，其充、放電狀態(tài)立即進(jìn)行切換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)施雙電池組在線運(yùn)行策略的風(fēng)儲(chǔ)混合電站，其特征是：任 意一組電池一旦到達(dá)滿放狀態(tài)，其充、放電狀態(tài)立即進(jìn)行切換。
【文檔編號(hào)】H02J3/24GK104283231SQ201410582544
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】張新松, 李智, 顧菊平, 郭曉麗, 華亮, 朱建紅, 易龍芳 申請(qǐng)人:南通大學(xué)