[发明专利]基于双钛酸锂电池储能控制的风电功率综合调控策略

说明书

本发明公开了一种基于双钛酸锂电池储能控制的风电功率综合调控策略，包括以下步骤：在双馈风力发电机组直流母线上并联双钛酸锂电池储能装置，通过基于储能装置的控制系统使得双钛酸锂电池储能装置对外表现出频率响应特性，电力系统所需的惯量支撑、一次调频和平滑功率作用均通过双钛酸锂电池储能装置实现。本发明分析了风电功率波动规律及不同储能的功率范围以及充放电时间尺度，提出了基于双钛酸锂电池储能控制的风电功率综合调控策略，其中功率平滑控制和频率调节均由钛酸锂电池控制实现，无需修改或增加风电机组额外附加控制。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体涉及一种基于双钛酸锂电池储能控制的风电功率综合调控策略。

背景技术

双馈感应风力发电机组(DFIG)装机容量约占90％的市场份额，是当今的主流机型。随着风电大规模接入电网，风电功率秒级波动将使电力系统面临严峻的频率稳定问题，并且DFIG机组采用最大功率跟踪运行方式，机组的转速与电网频率无关，即机组的出力不响应电网频率的波动。

一方面针对风能随机变化导致风力发电机组输出功率波动而危及电网安全问题，目前主要有以下方法来对风电输出功率进行平滑。有提出一种用于平滑风电场输出功率的超导磁储能系统(SMES)的新型自适应控制方案，但放电时间很短，成本较高。也有将传统的PID控制方法应用于氢氧双钛酸锂电池储能装置调节风速突变时电网侧所产生的功率和电压波动，但由于燃料电池系统使用寿命较短，设备损耗较大，并且配置受到限制，导致不能广泛运用。也有在传统的飞轮储能矢量控制基础上，加入改进PR控制器来平滑功率波动，但飞轮的转速限制导致其储能容量受限，成本相对较高。另外，许多学者也提出了无双钛酸锂电池储能装置的功率平滑策略，也有学者提出基于PMSG的直流母线电压和桨距角的协调控制策略，此外在直流环节加入斩波控制电路使得在风力发电系统故障期间仍然实现系统的输出功率稳定。但相比传统的最大功率跟踪法，这些方法会降低输出功率，桨距角控制会增加风力涡轮机叶片压力，加重磨损，直流母线电压控制会对直流母线电容产生压力，可能会缩短电容器的使用寿命。

另一方面为了提高风力发电系统的惯量支撑和频率响应能力，最早提出通过在机侧变流器控制中附加扭矩响应环节来提供惯性响应，以此来增加频率响应能力；也有提出了可以将分别与附加频率变化率(df/dt)和频率偏差(Δf)成正比的附加有功参考值引入最大功率跟踪，使得风机可以参与频率调节，并指出大型发电厂发电机典型惯性常数在2-9s范围内，风力涡轮机的典型值大致相似约2-6s，因此，当风力发电系统模拟惯量控制时，机组惯性动能仅能为系统提供大约10s的支持，当转子动能释放完后需要再次存储或释放能量，才能具有惯量支撑。并且转子动能一旦完全释放，电网频率没有得到及时恢复，可能引起系统频率的二次震荡，从而恶化系统频率和电压的调节。有人提出通过桨距角控制来预留适当的旋转备用容量，当系统频率变化时，通过桨距角调节来相应改变机组出力，参与系统调频，然而，桨距角调整速度比较慢，降低了正常工况下的风能利用率，风机机械部件的频繁动作则增加了维修风险和维护成本，且考虑到实际运行中，为使得变桨控制系统安全、可靠及延长寿命，一般桨距角固定、不调。也有人提出了超速减载运行控制的方法，调整了最大功率跟踪曲线，使得风机运行在次优功率曲线上，以此来获得一定备用容量，通过有功/频率下垂控制特性，实时响应系统一次调频，但超速控制在频率升高扰动下，转速在超速点的基础上增大，易达到限值，降低风能利用率的同时也减小了功率的实际可调节深度，在必要时还需启用桨距角调节来进一步减小输出功率，不利于变桨控制系统安全、可靠的运行。也有在上述两种常规方法的基础上提出超速与变桨结合的协调控制方案，虽然在一定程度上改善风电机组整体性能和一次调频特性，但以上方法均未考虑到DFIG自身发电效益，降低风能利用率，故如何配置风电机组的调节机制来缓解发电效益和系统稳定性之间的关系是目前亟待解决的问题。