[发明专利]大规模风电的电力系统储能电源优化设备

说明书

本申请涉及大规模风电的电力系统储能电源优化设备，包括储能电源充放电功率优化电路、功率平衡电路、电源优化电路。首先，针对风电出力短期波动性，建立了储能电源容量配置模型，还采用多阶段时序滚动方法来制定整个周期内的储能电源充放电功率，实现了较平滑的功率。其次，在功率平衡电路，利用储能装置弥补常规机组吸收后的风电预测误差，通过对储能装置的运行状态进行优化，使得储能电源最大化弥补风电预测误差。最后，在电源优化电路中，对风电出力的随机性、难预测性等特点，建立了含风电电力系统调峰容量需求模型，建立了一种基于含风电电力系统调峰的优化配置模型，能够实现对系统进行多元储能电源的全局优化。

技术领域

本申请涉及风力发电和电能存储领域，具体涉及大规模风电的电力系统储能电源优化设备。

背景技术

随着化石能源危机、温室效应等问题的日益突出，风力发电得到了快速发展。然而，由于受风速和自身技术特点的限制，风电出力具有随机性、难预测性和可调度性差等特点。随着风电容量在电力系统中所占比例的增加，大规模风电的集中接入会增加电网在功率平衡和稳定控制问题的复杂性，给电力系统的安全运行带来巨大的挑战。而储能技术具有快速响应能力，有助于实现电力系统在各种工况下的功率和能量平衡，对于提高电网安全经济运行和风电利用率具有重要意义。采用小波变换得到对风电出力变化的时频特性，通过对风电出力变化的时频特性分析，进而得到风电出力在不同时间尺度变化周期下的出力特点。结合几种相对成熟的储能电源的运行特性，给出储能电源在含风电电力系统中的运行方式，提出了含大规模风电电力系统中储能电源的优化配置思路。基于储能的最优运行状态，研究储能装置在系统中补偿风电预测误差的容量需求，在风电并网系统的风电利用率、供电可靠性以及系统经济性之间取得一个最优的平衡。

含大规模风电的电力系统储能电源的优化配置对提高系统的安全经济运行、风电利用率具有重要的意义，以考虑前瞻性效应为核心的平滑风电出力短时波动性的储能电源容量配置方法、结合负荷特性综合考虑常规机组调节能力的弥补风电预测误差的储能电源容量配置方法和基于含风电电力系统调峰需求的储能电源优化配置方法，以解决超短期、短期、中长期的含风电电力系统的储能电源优化配置问题，结合不同储能电源的充放电特性对子问题单独优化配置的基础上，考虑不同储能电源重合作用的稱合区域，对系统进行多元储能电源协调优化配置能够从全局上优化。

风电接入系统会造成调峰压力增大、电压控制困难、电能质量恶化等一系列问题，如果这些问题得不到合适的处理，不仅会影响系统负荷侧的供电的可靠性，甚至会导致整个电网崩淸，进而限制风电装机规模的扩大。随着新型储能装置技术发展的日臻完善，在风电并网系统中配置具有快速反应能力的储能装置，可以降低风电预测的不准确性对系统运行的经济性和安全性影响，提高电力系统对风电的利用率。采用将风电预测误差控制在一定范围内的目标来优化储能装置的容量，使得储能设备成本最小化，以风电出力预测误差不超过正负的时段大于为标准。以风电预测误差最小化为目标优化储能装置的容量，通过量化储能容量与未平抑的误差之间的函数关系，分析不同未平抑误差情况下对应的最小储能容量。依据电网功率偏差确定不同时段储能单元的最大储能容量，从而达到平抑波动、维持负荷平衡的目的。为确定不同时段的储能容量，确定了储能电源的最大理论需求容量。

如图1所示，为现有技术的功率因数调节电路，前端采用多只超级电容器串并联构成超级电容器组，在进行功率因数调节后的输出电压波形明显波动较缓，输出电流的波形改善显著，然而，改电路在风电预测性方面能力较差，功率输出小，对风电的利用率低。

如图2所示，为现有技术的功率平衡技术，采用混合级联H桥的方式，具有更好的输出电压波形，同时，能够做到高压单元工作在基波频率和输出平均功率相等，从而高压单元的功率平衡，但该技术响应速度较慢。

发明内容

（一）技术问题

1. 现有技术的风力发电装置，风电预测准确性差，风电利用率低。

2. 现有技术的风力转换装置，功率较低，容量较小，响应较慢。

（二）技术方案