一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊電池容量和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，制定和實(shí)施最適宜的控制策略，保障風(fēng)電場(chǎng)平穩(wěn)輸出功率，具有很高的安全性和較長(zhǎng)使用壽命。
【專利說明】-種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng) 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)力發(fā)電憑借其綠色環(huán)保、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，得到了世界各國(guó)的重視，成 為非化石燃料發(fā)電的重要來源。但風(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 難以提供穩(wěn)定、連續(xù)的功率輸出，波動(dòng)性較大，直接并入電網(wǎng)必然會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定運(yùn)行。因此，從電網(wǎng)安全角度考慮，為風(fēng)電場(chǎng)引入儲(chǔ)能裝置來平抑其功率波動(dòng)，建立風(fēng)儲(chǔ) 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)是未來風(fēng)力發(fā)電的必然趨勢(shì)。
[0003] 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)是通過儲(chǔ)能快速地吸收剩余能量或補(bǔ)充功率缺額來平抑風(fēng)電場(chǎng)的功率 波動(dòng)的，所以在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場(chǎng)的功率波動(dòng)的時(shí)候，無法保證對(duì)其進(jìn)行有規(guī)律的 充放電，容易出現(xiàn)過充過放，這不僅會(huì)影響其使用壽命，增加投入成本，而且在功率波動(dòng)劇 烈時(shí)可能會(huì)使其充放電能力不足，影響風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的安全。
[0004] 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)是通過儲(chǔ)能快速地吸收剩余能量或補(bǔ)充功率缺額來平抑風(fēng)電場(chǎng)的功率 波動(dòng)的，所以在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場(chǎng)的功率波動(dòng)的時(shí)候，無法保證對(duì)其進(jìn)行有規(guī)律的 充放電，容易出現(xiàn)過充過放，這不僅會(huì)影響其使用壽命，增加投入成本，而且在功率波動(dòng)劇 烈時(shí)可能會(huì)使其充放電能力不足，影響風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的安全。如果在制定儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電 策略時(shí)，加入對(duì)其S0C(State of Charge，荷電狀態(tài)）的額外控制，就可以在平抑風(fēng)電場(chǎng)功率 波動(dòng)的同時(shí)，避免儲(chǔ)能系統(tǒng)的過充過放，使其能夠長(zhǎng)期平滑風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載 的變化情況，實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊電池容量和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，制定和實(shí) 施最適宜的控制策略，保障風(fēng)電場(chǎng)平穩(wěn)輸出功率，具有很高的安全性和較長(zhǎng)使用壽命。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控裝置、風(fēng)電 模塊、蓄電池模塊、負(fù)載、直流母線、多個(gè)AC/DC和DC/AC模塊，
[0007] 該監(jiān)控裝置包括：
[0008] 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0009] 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊；
[0010] 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情 況進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0011] 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào) 度息；
[0012] 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)連接或隔離配電網(wǎng)；
[0013] 中控模塊，用于確定風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊 發(fā)出指令，以執(zhí)行該運(yùn)行策略；
[0014] 總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)。
[0015] 優(yōu)選的，所述總線通信模塊通過冗余雙CAN總線與其他模塊相連。
[0016] 優(yōu)選的，風(fēng)電模塊包括多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG設(shè)備。
[0017] 優(yōu)選的，風(fēng)電監(jiān)控模塊至少包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)定壓、電流、頻率檢測(cè)設(shè)備、風(fēng)速檢測(cè) 設(shè)備，以及SVG電壓和電流檢測(cè)設(shè)備。
[0018] 優(yōu)選的，蓄電池監(jiān)控模塊至少包括蓄電池端電壓、電流、S0C檢測(cè)設(shè)備以及溫度檢 測(cè)設(shè)備。
[0019] 優(yōu)選的，中控模塊117至少包括CPU單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和顯示單元。
[0020] 優(yōu)選的，并網(wǎng)監(jiān)控模塊至少包括用于檢測(cè)配電網(wǎng)和風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓、電流和 頻率的檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。
[0021] 優(yōu)選的，數(shù)據(jù)采集單元包含采集預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換模塊，采集八路遙測(cè)信號(hào)量，包 含電網(wǎng)側(cè)A相電壓、電流，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)側(cè)的三相電壓、電流。
[0022] 優(yōu)選的，遙測(cè)量可通過終端內(nèi)的高精度電流和電壓互感器將強(qiáng)交流電信號(hào) (5A/110V)不失真地轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部弱電信號(hào)，經(jīng)濾波處理后進(jìn)入A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn) 換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算，獲得風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)側(cè)的三相電壓電流值和配電網(wǎng) 側(cè)相電壓電流值。
[0023] 本發(fā)明的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的功率變化情況； (2)控制策略兼顧配電網(wǎng)調(diào)度要求、儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行情況和負(fù)載的負(fù)荷需求，滿足用戶同時(shí)， 兼顧了供電可靠性，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性，延長(zhǎng)了系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1示出了本發(fā)明方法所使用的一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其監(jiān)控裝置的框圖；
[0025] 圖2示出了本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 圖1是示出了本發(fā)明的一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控裝置11、風(fēng)電模塊 12、蓄電池模塊13、負(fù)載17、直流母線、多個(gè)AC/DC和DC/AC模塊14-16。
[0027] 該監(jiān)控裝置11包括：風(fēng)電監(jiān)控模塊114,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10中的風(fēng) 電模塊12,并對(duì)風(fēng)電模塊12的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)；蓄電池監(jiān)控模塊115,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng) 電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10中的蓄電池模塊13 ;負(fù)載監(jiān)控模塊116,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10 中的負(fù)載17,并對(duì)負(fù)載17的功率變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)；配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊112,用于實(shí)時(shí)從配電 網(wǎng)20調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)20的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào)度信息；并網(wǎng)監(jiān)控模塊113,用于風(fēng)電 場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10連接或隔離配電網(wǎng)20 ;中控模塊117,用于確定風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10的運(yùn)行策 略，并向上述各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該供電策略；總線模塊111，用于該監(jiān)控裝置11的各 個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)。
[0028] 通信模塊111，用于上述各個(gè)模塊之間的通信，所述總線通信模塊111通過冗余雙 CAN總線與其他模塊相連。
[0029] 風(fēng)電模塊包括多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG設(shè)備。風(fēng)電監(jiān)控模塊114至少包括風(fēng)力發(fā)電 機(jī)定壓、電流、頻率檢測(cè)設(shè)備、風(fēng)速檢測(cè)設(shè)備，以及SVG電壓和電流檢測(cè)設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 輸出功率由風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在地點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)向和自身特征所決定。
[0030] 蓄電池監(jiān)控模塊116至少包括蓄電池端電壓、電流、S0C檢測(cè)設(shè)備以及溫度檢測(cè)設(shè) 備。用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊的S0C。
[0031] 中控模塊117至少包括CPU單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和顯示單元。
[0032] 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊112至少包括無線通信設(shè)備。該無線通信設(shè)備可以為有線設(shè)備或 無線設(shè)備。
[0033] 并網(wǎng)監(jiān)控模塊113至少包括用于檢測(cè)配電網(wǎng)和風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓、電流和頻率 的檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)采集單元包含采集預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換模 ±夬，采集八路遙測(cè)信號(hào)量，包含電網(wǎng)側(cè)A相電壓、電流，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)側(cè)的三相電壓、電 流。遙測(cè)量可通過終端內(nèi)的高精度電流和電壓互感器將強(qiáng)交流電信號(hào)（5A/110V)不失真地 轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部弱電信號(hào)，經(jīng)濾波處理后進(jìn)入A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng) 數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算，獲得風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10側(cè)的三相電壓電流值和配電網(wǎng)20側(cè)相電壓電 流值。本遙測(cè)信號(hào)量處理采用了高速高密度同步采樣、頻率自動(dòng)跟蹤技術(shù)還有改進(jìn)的FFT 算法，所以精度得到充分保證，能夠完成風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)10側(cè)有功、無功和電能從基波到 高次諧波分量的測(cè)量和處理。
[0034] 參見附圖2,本發(fā)明的方法包括如下步驟：
[0035] S1.風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí) 獲取負(fù)載的負(fù)荷變化情況；
[0036] S2.根據(jù)風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的風(fēng)電模塊的輸出功率進(jìn)行預(yù) 測(cè)，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)負(fù)載的負(fù)荷變化情況，對(duì)負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0037] S3.實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的S0C，實(shí)時(shí)獲取配電網(wǎng)的參數(shù)和調(diào)度信息；
[0038] S4.以配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的S0C、未來風(fēng)電模塊輸出功率、以及 對(duì)未來負(fù)荷需求的變化作為約束條件，實(shí)現(xiàn)蓄電池模塊S0C的優(yōu)化控制。
[0039] 優(yōu)選的，在步驟S2.采用如下方式預(yù)測(cè)風(fēng)電模塊的輸出功率，所述風(fēng)電模塊包括 風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG :
[0040] S201.采集風(fēng)電模塊中當(dāng)前各類電量實(shí)測(cè)值作為各類電量的預(yù)測(cè)值的初始值，預(yù) 測(cè)值包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)值' j風(fēng)機(jī)無功預(yù)測(cè)值《^,、風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值d、SVG無 功預(yù)測(cè)值ffS、！SVG機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測(cè)值1芯|
[0041] S202.根據(jù)所述預(yù)測(cè)值建立由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的MPC優(yōu)化控制模 型，并求解風(fēng)電模塊的有功和無功輸出的預(yù)測(cè)值：
[0042] MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式（1)所示：
【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控裝置、風(fēng)電模塊、蓄電池模塊、負(fù)載、直流母 線、多個(gè)AC/DC和DC/AC模塊， 該監(jiān)控裝置包括： 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)； 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊； 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn) 行預(yù)測(cè)； 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào)度信 息； 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)連接或隔離配電網(wǎng)； 中控模塊，用于確定風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊發(fā)出 指令，以執(zhí)行該運(yùn)行策略； 總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述總線通信模塊通過冗余雙CAN總線與其 他模塊相連。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)電模塊包括多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG設(shè) 備。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)電監(jiān)控模塊至少包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)定壓、電 流、頻率檢測(cè)設(shè)備、風(fēng)速檢測(cè)設(shè)備，以及SVG電壓和電流檢測(cè)設(shè)備。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，蓄電池監(jiān)控模塊至少包括蓄電池端電壓、電 流、SOC檢測(cè)設(shè)備以及溫度檢測(cè)設(shè)備。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，中控模塊117至少包括CPU單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元和顯示單元。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，并網(wǎng)監(jiān)控模塊至少包括用于檢測(cè)配電網(wǎng)和 風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓、電流和頻率的檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集單元包含采集預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換 模塊，采集八路遙測(cè)信號(hào)量，包含電網(wǎng)側(cè)A相電壓、電流，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)側(cè)的三相電壓、電 流。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，遙測(cè)量可通過終端內(nèi)的高精度電流和電壓 互感器將強(qiáng)交流電信號(hào)（5A/110V)不失真地轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部弱電信號(hào)，經(jīng)濾波處理后進(jìn)入A/D 芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算，獲得風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)側(cè)的 三相電壓電流值和配電網(wǎng)側(cè)相電壓電流值。
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK104505850SQ201510002374
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月5日
【發(fā)明者】肖會(huì) 申請(qǐng)人:成都鼎智匯科技有限公司