[发明专利]电池储能系统采用离线仿真方法检验的风储混合电站

摘要

本发明公开了一种电池储能系统采用离线仿真方法检验的风储混合电站，风-储混合电站中的储能系统由两组同容量的电池组构成、通过功率变换器接入风电场的并网公共联接点。在基于历史数据分析风功率波动规律的基础上，确定电池储能系统的容量，使其能按预想的置信度平抑风功率波动。两组电池中，一组处于充电状态、用于平抑风功率的正向波动分量；另一组处于放电状态，用于平抑风功率中的负向波动分量。当任何一组电池达到满充、满放状态后，则立即对其功能进行切换。为检验风-储混合电站能否按设计要求平抑风功率波动，本发明还公开了基于风功率历史数据的储能系统离线仿真方法。

主权项

一种电池储能系统采用离线仿真方法检验的风储混合电站，其特征是：两组同容量的电池组分别通过功率变换器接入风电场的并网公共联接点；在任一时刻，两组电池均处于不同的充、放电状态，即一组电池处于充电状态、另一组处于放电状态，分别用于平抑风功率中的正向、负向的波动分量；任意一组电池一旦到达满充或满放状态，其充、放电状态立即进行切换；P_d,t为整个风储混合电站向电网的注入功率，为风功率与双电池组的充、放电功率之和：P_d,t＝P_w,t+P_b1,t+P_b2,tP_w,t为风电场输出功率；P_b1,t、P_b2,t分别为两组电池的输出功率；P_b1,t/P_b2,t取正值表示对应的电池处于放电状态；而P_b1,t/P_b2,t取负值则表示对应的电池处于充电状态；其电池储能系统定容方法：步骤1：按滑动平均法从分钟级的风功率历史数据P_w,t中分离出波动分量P_f,t与持续分量P_c,t，具体按照以下方法：$P_{c,t}=\frac{1}{30}[P_{w,t-15+1}+P_{w,t-15+2}+...+P_{w,t}+...+P_{w,t+15}]$P_f,t＝P_w,t‑P_c,t上式中，风功率持续分量实质上为分钟级风功率的30分钟滑动平均值，风功率波动分量则为风功率与风功率持续分量之差；步骤2：计算风功率每次波动对应的波动能量E_f,i；风功率波动分量P_f,t相邻两个过零点之间的波动称为1次波动；若其间风功率波动分量P_f,t的数值大于零，则此次波动为正向波动；否则，称之为负向波动；风功率第i次波动的波动能量E_f,i为：$E_{f,i}={\∫}_{t_{\mathrm{ia}}}^{t_{\mathrm{ib}}}\left|P_{f,t}\right|\mathrm{dt}$式中，t_ia与t_ib分别为风功率第i次波动的波动起始时间与波动终了时间；步骤3：做出波动分量P_f,t波动幅值的概率直方图；同样做出每次波动对应波动能量E_f,i的概率直方图；步骤4：采用Matlab软件包中的概率密度拟合工具箱dfittool进行概率密度函数拟合，寻找适合描述风功率波动幅值与能量统计规律的概率密度函数；步骤5：根据风功率波动幅值与能量的概率密度函数求出其对应的累积概率分布函数F₁(x)与F₂(x)；其中，F₁(x)为风功率波动幅值|P_f,t|的累积概率密度函数，F₂(x)为风功率波动能量E_f,i的累积概率密度函数；按以下方法确定风‑储混合电站中电池储能系统的额定充、放电功率P_m与容量E_m；F₁(P_m)＝βF₂[α％×E_m]＝β上式中，β为预先设定的置信概率，即期望电池储能系统能概率β平抑风功率波动；采用离线仿真方法进行检验，所述离线仿真方法具体步骤如下：步骤1：在风功率超短期预测误差的概率统计特性的基础上，随机产生未来15分钟风功率超短期预测对应的预测误差${\mathrm{\ϵ}}_{t_f}(t_f=\mathrm{1,2,3}...15);$步骤2：基于风功率历史数据计算时刻t风功率的波动分量P_f,t；$P_{c,t}=\frac{1}{30}[P_{w,t-15+1}+P_{w,t-15+2}+...+P_{w,t}+(P_{w,t+1}+{\mathrm{\ϵ}}_1)...+(P_{w,t+15}+{\mathrm{\ϵ}}_{15})]$P_f,t＝P_w,t‑P_c,t步骤3：根据时刻t风功率的波动分量P_f,t计算该时刻储能系统的输出功率P_b1,t/P_b2,t；若风功率波动分量P_f,t大于零，则应调度处于充电状态的电池组，使其充电功率P_b1,t/P_b2,t等于若风功率波动分量P_f,t小于零，则调度处于放电状态的电池组，使其放电功率P_b1,t/P_b2,t等于步骤4：根据时刻t储能系统的充、放电功率P_b1,t/P_b2,t计算该时刻结束后电池的荷电状态，并据此判断电池是否到达满充、满放状态；若电池到达满充状态，则将其由充电状态切换至放电状态；若电池到达满放状态，即到达最大放电深度，则将其由放电状态切换为充电状态；步骤5：重复执行步骤1至步骤4，完成对整个区间内储能系统的运行仿真；步骤6：以10⁶次数重复执行步骤1至步骤5，统计仿真结果，判断电池储能系统能否达到设计要求，即能否按置信概率β平抑风功率波动。