一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng) 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為一種可再生能源，其具有的無(wú)污染、容易獲得、分布廣等特性，使得風(fēng)力 發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到飛速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模也在不斷增加。由于風(fēng) 能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率很不穩(wěn)定，為了保證大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入 電網(wǎng)后的整個(gè)大電網(wǎng)能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行，最有效的方法就是用儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合風(fēng)電給電網(wǎng)輸 出功率。將儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電相結(jié)合，就可以有效地平滑風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出，減少風(fēng) 電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
[0003] 由于風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的滲透率的不斷增加，其對(duì)電網(wǎng)的影響越來(lái)越不可忽略，電 網(wǎng)的維護(hù)成本也越來(lái)越大，因此其應(yīng)積極參與電網(wǎng)協(xié)調(diào)建設(shè)和調(diào)度運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有力 支持和補(bǔ)充。功率的波動(dòng)性程度直接影響電網(wǎng)原有的潮流分布，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電滲透率處于較 高水平時(shí)，波動(dòng)性和隨機(jī)性會(huì)給電網(wǎng)的原有運(yùn)行方式帶來(lái)巨大的沖擊。
[0004] 在智能電網(wǎng)和微網(wǎng)等大型儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用中，常采用一種直流總 線的連接方式，該連接方式是儲(chǔ)能電池模塊通過(guò)一種雙向逆變器接入直流總線，需要接收 能量的時(shí)候，電網(wǎng)通過(guò)逆變器向儲(chǔ)能電池充電；需要向電網(wǎng)送電的時(shí)候，儲(chǔ)能電池通過(guò)雙向 逆變器電網(wǎng)輸電。
[0005] 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)包括并網(wǎng)運(yùn)行模式和離網(wǎng)運(yùn)行模式；并網(wǎng)運(yùn)行模式，微網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng) 運(yùn)行，通過(guò)控制變換器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，即傳統(tǒng)的電流控制，達(dá)到單位功率因數(shù) 輸出，同時(shí)間接控制變換器輸出功率；離網(wǎng)運(yùn)行模式，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，微網(wǎng)及時(shí)與大電網(wǎng)斷 開(kāi)而獨(dú)立運(yùn)行；離網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí)，針對(duì)不同負(fù)載，微網(wǎng)具有良好的輸出外特性，通常包括PQ 法，PV法，V/f法等輸出外特性控制方法。風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是 安全性和經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種可并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)，該風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)可預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電 功率，可實(shí)時(shí)追蹤風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和大電網(wǎng)連接點(diǎn)的功率需求，實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊電池容量， 在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，能合理配置風(fēng)力發(fā)電功率和儲(chǔ)能容量，能制定和實(shí)施最適宜的控制策略，保 障并網(wǎng)時(shí)按照大電網(wǎng)的需求平穩(wěn)提供功率輸出，并提升供電的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)，該風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)包括：風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)、用于將風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)與大電網(wǎng)連接的并網(wǎng)AC/DC雙向變換器、直流母線、 用于連接風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和直流母線的換流AC/DC雙向變換器、系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載和監(jiān)控裝置；
[0008] 該儲(chǔ)能系統(tǒng)包括蓄電池模塊、將蓄電池模塊與上述直流母線連接的雙向DC/DC變 換器；
[0009] 該監(jiān)控裝置包括：
[0010] 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電 功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的功率輸出進(jìn)行控制；
[0011] 儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊的S0C和DC/DC雙向變換器，控制儲(chǔ)能 系統(tǒng)功率輸入和輸出；
[0012] 大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從大電網(wǎng)調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào) 度信息；
[0013] 并網(wǎng)監(jiān)控模塊，用于控制風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)連接或隔離大電網(wǎng)，包括AD采集模塊和逆變控 制器；
[0014] 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載；
[0015] 中控模塊，用于確定風(fēng)儲(chǔ)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；
[0016] 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)。
[0017] 優(yōu)選的，AD采集模塊的輸入端設(shè)置于并網(wǎng)AC/DC雙向變換器的輸出端，所述逆變 控制器連接至所述并網(wǎng)AC/DC雙向變換器的控制端。
[0018] 優(yōu)選的，所述逆變控制器用于在并網(wǎng)AC/DC雙向變換器并網(wǎng)運(yùn)行前設(shè)置電抗模型 值L0,所述AD采集模塊用于在所述并網(wǎng)AC/DC雙向變換器運(yùn)行后，采集所述并網(wǎng)AC/DC雙 向變換器在n時(shí)刻和n+1時(shí)刻輸出的并網(wǎng)電流值ijn)和ijn+l)，其中，（n，n+1)對(duì)應(yīng)開(kāi) 關(guān)周期TpCT1C]d、所述并網(wǎng)AC/DC雙向變換器在n時(shí)刻輸出的電抗電壓值隊(duì)(n)、所述并網(wǎng)AC/ DC雙向變換器在n+1時(shí)刻輸出的電抗電壓值隊(duì)(n+1)和所述并網(wǎng)AC/DC雙向變換器在n+2 時(shí)刻輸出的并網(wǎng)電流值k(n+2)，其中，（n+1，n+2)對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)周期TpCT1C]d，并對(duì)所述并聯(lián)電流 值和電抗電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)發(fā)送至所述中控模塊。
[0019] 所述中控模塊將接收到的來(lái)自AD采集模塊的數(shù)字信號(hào)的所述并網(wǎng)電流值ijn)、 i>+l)、開(kāi)關(guān)周期TpCT1C]d和n時(shí)刻輸出的電抗電壓值Mn)代入下式（1)，以得到關(guān)于并網(wǎng) 電抗值L和等效串聯(lián)電阻R的第一關(guān)系式，
[0020]
[0021] 所述中控模塊將接收到的來(lái)自AD采集模塊的數(shù)字信號(hào)的并網(wǎng)電流值ijn+l)、 i>+2)、開(kāi)關(guān)周期TpCT1C]d和n+2時(shí)刻輸出的電抗電壓值Mn+1)代入下式（2)，以得到關(guān)于 并網(wǎng)電抗值L和等效串聯(lián)電阻R的第二關(guān)系式，
[0022]
[0023] 所述中控模塊根據(jù)所述第一關(guān)系式和第二關(guān)系式計(jì)算并網(wǎng)電抗值L和等效串聯(lián) 電阻R，判斷所述并網(wǎng)電抗值L等于所述電抗模型值L0,如果否，則所述AD采集模塊和所述 控制器重復(fù)上述動(dòng)作，直至所述并網(wǎng)電抗值L等于所述電抗模型值L0。
[0024] 優(yōu)選的，所述中控模塊中包括風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)能容量配置單元，用于配置風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備的出力和儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量出入。
[0025] 優(yōu)選的，并網(wǎng)時(shí)，所述風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)能容量配置單元采用小波包分解方法將風(fēng)電 波動(dòng)功率分解為低頻部分和高頻部分，把低頻部分作為風(fēng)電并網(wǎng)的期望值，高頻部分由儲(chǔ) 能系統(tǒng)平抑。
[0026] 優(yōu)選的，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊至少包括風(fēng)力發(fā)電設(shè)備電壓、電流檢測(cè)設(shè)備、風(fēng)力 檢測(cè)設(shè)備。
[0027] 優(yōu)選的，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)。
[0028] 優(yōu)選的，儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控模塊至少包括蓄電池端電壓、電流、S0C獲取設(shè)備以及溫度 檢測(cè)設(shè)備。
[0029] 優(yōu)選的，所述S0C獲取設(shè)備包括：第一獲取模塊，用于獲取電池的工作狀態(tài)；第一 確定模塊，用于根據(jù)電池的工作狀態(tài)確定用于估算電池荷電狀態(tài)的估算方法；計(jì)算模塊，用 于按照估算方法計(jì)算電池處于不同的工作狀態(tài)下的電池荷電狀態(tài)值。
[0030] 優(yōu)選的，第一確定模塊包括：第一確定子模塊，用于在獲取到的工作狀態(tài)為靜止?fàn)?態(tài)的情況下，確定估算方法為第一估算方法，其中，第一估算方法包括開(kāi)路電壓法；第二確 定子模塊，用于在獲取到的工作狀態(tài)為恢復(fù)狀態(tài)的情況下，確定估算方法為第二估算方法； 第三確定子模塊，用于在獲取到的工作狀態(tài)為充放電狀態(tài)的情況下，確定估算方法為第三 估算方法，其中，第三估算方法包括卡爾曼濾波法。
[0031] 優(yōu)選的，蓄電池模塊采用鋰電池作為電能存儲(chǔ)的基礎(chǔ)單元。
[0032] 優(yōu)選的，所述蓄電池模塊，包括n個(gè)電池組，所述雙向DC/DC變換器具有n個(gè)DC/DC 變流器，n大于等于3,每個(gè)電池組均由一個(gè)DC/DC變流器控制器充放電，該n個(gè)DC/DC變流 器均由儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控模塊控制。
[0033] 本發(fā)明的可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與 大電網(wǎng)連接點(diǎn)的電流變化，有效抑制并網(wǎng)時(shí)的功率波動(dòng)；(2)控制策略兼顧配大電網(wǎng)調(diào)度 要求和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行情況，滿(mǎn)足大電網(wǎng)的調(diào)度需求和微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)載需求的同時(shí)，合理配 置風(fēng)力發(fā)電設(shè)備輸出和儲(chǔ)能容量，兼顧了供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1示出了本發(fā)明的一種可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)及其監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0035] 圖2示出了本發(fā)明的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行及監(jiān)控方法。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 圖1是示出了本發(fā)明的一種可并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)10,該風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)10包括：風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備14、儲(chǔ)能系統(tǒng)13、用于將風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)10與大電網(wǎng)20連接和隔離的并網(wǎng)AC/DC雙向變 換器12、直流母線、用于連接風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14和直流母線的換流AC/DC雙向變換器15、負(fù) 載16以及監(jiān)控裝置11。
[0037] 參見(jiàn)圖1，該儲(chǔ)能系統(tǒng)13包括蓄電池模塊131、與上述直流母線連接的雙向DC/DC 變換器132。
[0038] 該監(jiān)控裝置11包括：風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊113,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14， 并對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的功率輸出進(jìn)行控制；儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān) 控模塊115,可實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊131的S0C和DC/DC雙向變換器132,控制儲(chǔ)能系統(tǒng)13 功率輸入和輸出；大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊112,用于實(shí)時(shí)從大電網(wǎng)20調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運(yùn)行 情況以及相關(guān)調(diào)度信息；并網(wǎng)監(jiān)控模塊116,用于控制風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)連接或隔離大電網(wǎng)，包括AD采集模塊和逆變控制器；負(fù)載監(jiān)控模塊114,用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載16 ;中控模塊 117,用于確定風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置11中的各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該 運(yùn)行策略；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)，所述總線通信模塊 111通過(guò)冗余雙CAN總線與其他模塊相連。
[0039] 優(yōu)選的，AD采集模塊的輸入端設(shè)置于并網(wǎng)AC/DC雙向變換器12的輸出端，所述逆 變控制器連接至所述并網(wǎng)AC/DC雙向變換器12的控制端。
[0040] 優(yōu)選的，