[发明专利]一种基于储能技术的风力发电功率平滑控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风储联合发电技术领域，尤其涉及一种基于储能技术的风力发电功率平滑控制方法。

背景技术

随着世界能源开发的进步，可再生能源越来越多的得到人们的青睐，其中风力发电的发展得到较多人的关注。由于风速具有不可预期和随机波动等特点，风电机组输出功率的波动会对电能质量产生较大的影响，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等。风电并网功率波动大，这对电网运行的稳定性及经济性带来负面影响。因此，研究风电场输出功率波动的抑制问题具有重要的实际意义。

目前采用储能装置平抑风电场输出功率的波动不仅可以调节无功功率，也可以调节功率，可以有效抑制输出波动，得到良好的平滑效果。从抽水蓄能和压缩空气储能在风电场输出功率平滑方面的应用来看，虽然这两种技术目前较为成熟，但是当风电场容量达上万兆瓦时，这两种技术都对自然环境要求很高，建设局限性大，且前期建设投资相当巨大，并且动态调节响应速度慢，不适合大规模风电场使用。利用飞轮储能系统可以提高并网风电场的电能质量和稳定性，飞轮储能循环使用寿命长，维护简单，可连续工作，具有良好的发展前景，但是目前在转子强度设计、低功耗磁轴承、安全防护等方面存在技术难点，急需突破。超导磁储能装置应用于平滑风电场系统的输出，超导储能技术本身具有一系列的优点，但是价格比较昂贵，目前应用不是很广泛。超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种优秀的储能元件，具有概率密度高、充放电循环寿命长、充电时间短、存储寿命长、可靠性高等优点，但其技术难点在于耐压能力仍然不够高，目前即使是陶瓷超级电容器的耐压水平最高也只能承受1kV左右，而且成本高。近年来，应用最为广泛的还是电化学储能技术，特别是在小型分布式发电系统中，铅酸蓄电池能量密度适中、价格便宜、构造成本低、技术成熟、安全性能相对可靠，但其循环寿命较短、不可深度放电、循环数年之后报废电池的无害化处理和对环境的危害等缺点限制了其使用。钠硫电池能量密度高，循环寿命长，国际上电化学储能的成功案例都是使用这项技术。液流电池主要由装在不同储罐中的电解质溶液以及电池模块和相应的控制系统组成，具有安全可靠性高、电解液可以循环使用、理论寿命长等优点，但是其也具有能量密度低，体积大，占地面积巨大，对环境温度要求太高，价格贵，系统比较复杂等缺点。液流电池有很多种，目前应用最广、最成熟的液流电池是钒流电池，钒电池响应速率快，可以在最大负荷下连续运行，而且可以无危险的完全放电，但其缺点是会对环境造成污染，而且并未商业化，如果能成熟发展，将会很适合我国大规模风电储能，具有广阔的市场前景。

由以上研究可知，储能技术多种多样，且各自有其特点和独特的应用背景。配合以相应的控制策略，储能系统便能有效的实现风电场输出功率波动的平滑。目前常用惯性滤波和PI方法相结合实现风储系统的功率平滑控制，通过仿真实验发现采用惯性滤波平抑风电场输出功率的波动时，仿真曲线明显的滞后于实际的输出功率曲线(如图5所示)，在功率变化较大的情况下，不仅使得储能系统能量调整幅度大，调整周期也较长。同时，该方法中的惯性滤波时间常数与功率平滑效果与储能容量的配置有直接关系，时间常数选取太大，需要配置比较大的储能容量，增加了储能系统成本；时间常数选取太小，需要配置的储能容量较小，但风电功率波动较大。因此，随着风电的大规模并网，传统的控制方法在某些方面已不能满足其要求，为了更好的发挥储能系统的效用，混合的多策略储能系统将为我们提供一个新的思路。

基于混合储能技术的功率平滑控制，在充分分析风电场输出功率幅频特性的基础上，通过小波变换将风电场输出功率信号进行多尺度分解，得到更具周期特性的低频信号和高频信号，并选择与其适应的混合储能方式进行风电场输出功率的平滑，建立了混合储能系统的风电功率平滑模型，采用模型算法控制实现储能电池的充放电控制，达到功率平滑的目的，在满足风电并网标准的前提下得到最优的储能容量配置，减小储能装置规模，降低储能成本，是一种新颖、可靠却准确的功率平滑及储能容量优化配置方法。

发明内容

针对上述背景技术中提到的单类型储能系统的特点及目前风电场输出功率平滑方法存在的不足，本发明提出了一种基于储能技术的风力发电功率平滑控制方法。

本发明的技术方案是，一种基于储能技术的风力发电功率平滑控制方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：通过快速傅里叶变化对风电场输出功率进行分析，得到风电场输出功率的幅频特性曲线；

步骤2：在步骤1的基础上，从风电场输出功率中提取出期望并网功率和高频信号功率；

步骤3：通过蓄电池储能系统和超级电容器吸收所述高频信号功率；