[发明专利]混合储能系统及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，尤其涉及一种混合储能系统及风力发电功率平滑控制方法。

背景技术

随着能源的日益枯竭以及人类对能源需求的不断增加，可再生能源已经得到了人们的广泛青睐，其中风力发电以其绿色、可持续性等特点受到了人们较多的关注。但是，由于风电自身具有的波动性、随机性，因此大规模的风电并网会给电力系统的安全稳定运行带来一系列技术难题，如电压波动、电压偏差和谐波等等。为了提高风电场的并网运行能力，越来越多的研究人员采用储能技术对风电机组的输出功率进行调控，使风电场实现效益最大化。对风电输出功率进行“削峰填谷”的平抑时，需储能系统兼具有高功率密度、高能量密度、高循环寿命的特点。

但是，现今而言，单一的储能设备无法满足这一需要。储能设备可分为功率型储能和能量型储能。功率型储能设备具有响应速度快、循环寿命长的特点，但是其储能能量不足，致使其无法长时间的提供能量；能量型储能设备的虽然能量密度高，但是响应速度慢、循环寿命短。因此，使用混合储能平抑风电功率波动逐渐成为人们研究这重点。

蓄电池作为传统储能设备，以其成熟的技术和较低的成本获得了广泛的应用。但是，频繁的充放电以及过充过放会严重影响蓄电池的使用寿命。超级电容器作为一种介于物理储能和化学储能之间的储能方式，具有功率密度高、充放电效率高、可深度充放电、循环使用寿命长等特点。但其能量密度低、价格昂贵，致使其不适于长时间供电。由于超级电容与蓄电池各自具有的鲜明特点，因此将蓄电池与超级电容组成混合储能系统已经成为了许多专家学者的研究重点。然而，仅以蓄电池和超级电容组成的混合储能系统，仅能解决提高风电功率、电压稳定等局部问题，从全局角度提高电网对风电消纳的能力仍显不足。微型压缩空气储能(CAES)是近年来逐渐兴起的压缩空气储能技术为解决风电系统大规模储能难题提供了新的技术手段，压缩空气储能具有储能容量大、储能周期长、寿命长、成本低、环境友好等优点，是目前唯一综合效益可媲美抽水蓄能而又不受地理限制的大规模储能技术。压缩空气储能、蓄电池以及超级电容混合储能的特性如表1所示：

表1  储能系统特性参数

由以上分析可以明显的看出，每种储能技术都具有各自的特点和独特的应用背景。配合相应的能量分配策略，储能系统便能有效的实现风电场输出功率波动的平滑。目前而言最为常用的方法是基于低通滤波器的当前控制策略以及基于电池Soc余量估计的超前控制策略。对于基于低通滤波器的能量分配策略，储能输出功率相对于风电输出功率有一定的滞后，导致储能系统能量调整幅度大，调整周期长。而且滤波时间常数的选择经验依赖性大。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要求，为了实现储能系统效用的最大化，多策略、超前控制将是今后发展的重点。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种混合储能系统及风力发电功率平滑控制方法，该混合储能系统将压缩空气储能-蓄电池-超级电容三种储能组合在一起，其中压缩空气储能对小时级的风电波动功率“削峰填谷”，超级电容用来平抑秒级波动，改善风电的并网电能质量，蓄电池则平抑介于二者之间的波动。该储能系统能够对风电功率整个时间尺度范围内的波动进行有效平抑，同时储能成本明显低于单纯增大蓄电池容量的处理方式。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合储能系统，包括：电网，所述电网通过依次连接的并网开关和三相四线变压器与交流母线连接，所述交流母线通过DC/AC逆变器与第一直流母线连接，所述第一直流母线通过第一DC/DC转换器与超级电容储能系统连接；所述第一直流母线还通过第二DC/DC转换器与蓄电池连接，所述第一直流母线还通过第三DC/DC转换器与第二直流母线连接，所述第二直流母线通过第一AC/DC转换器与风力发电机连接，所述第二直流母线还通过第二AC/DC转换器与压缩空气储能系统连接；将超级电容储能系统与压缩空气储能系统结合在一起，实现了大容量的能量型储能与功率型储能的结合。

所述DC/DC转换器为双向半桥DC/DC转换器；

所述AC/DC转换器为双向AC/DC转换器；

所述三相四线变压器为220V/380V三相四线变压器。

所述交流母线为380V交流母线连接。

所述第一直流母线为700V直流母线。

所述超级电容为350-500V超级电容。

所述第二直流母线为350-500V直流母线。

基于混合储能系统的风力发电功率平滑控制方法，包括以下步骤：