本发明专利技术公开了一种实施双电池组在线运行策略的风储混合电站，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，本发明专利技术还公开了基于风功率历史数据的储能系统离线仿真方法。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种实施双电池组在线运行策略的风储混合电站，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，本专利技术还公开了基于风功率历史数据的储能系统离线仿真方法。【专利说明】实施双电池组在线运行策略的风储混合电站 本申请是申请号：201310366132. 1、申请日：2013-08-20、名称"风储混合电站及 储能系统定容、离线仿真与在线运行方法"的分案申请。
本专利技术涉及储能技术在可再生能源发电系统中的应用，具体涉及一种基于双电池 组拓扑的风-储混合电站及储能系统的定容、离线仿真与在线运行方法。
技术介绍
随着化石燃料的逐渐枯竭及环境污染的日益加剧，以风电为代表的可再生能源受 到了世界各国的普遍重视。我国风电装机容量连续五年翻番，截至2011年8月底，全国并 网运行的风电场486个，装机容量高达3924万千瓦，规模居全球之首。对电网来说，风电是 一种不确定性的能量注入，具备与生俱来的间歇性与波动性，此特性在很大程度上影响电 网对风电的消纳。 在电网风电穿透水平日益提高的同时，以液流电池、钠硫电池为代表的新型电池 技术得到了快速的进步，电池技术的快速进步为将电池储能系统应用于风电并网奠定了坚 实的技术基础。近年来，学术界普遍认为：除进行针对性的电源、电网规划建设外，利用电力 电子技术将电池储能系统与风电场整合成电网友好型的风-储混合电站亦是提高电网风 电消纳能力的有效措施之一（参见文献一《Electrical energy storage for the grid:a battery of。11〇;[。68》，3(^611。6,2011年，第 334卷，第 6058 期，第 928 页至 935 页）。 文献二〈〈Control strategies for battery energy storage for wind farm dispatching)) (IEEE Transactions on Energy Conversation, 2009 年，第 24 卷第 3 期， 第 725 页至 732 页）与文献三〈〈Optimal control of battery energy storage for wind farm dispatching)) (IEEE Transactions on Energy Conversation, 2010 年，第 25 卷第 3 期，第787页至794页）提出了一种基于单电池组拓扑结构的风-储混合电站，利用电池储 能装置灵活的充、放电能力平滑风功率中的波动分量，取得了不错的效果。但该技术方案 中，风功率波动的随机性会导致电池储能系统在充、放电状态之间频繁切换，从而快速耗尽 电池储能系统的循环寿命。 为克服基于单电池组结构的风-储混合电站的技术缺陷，文献四《A statistical approach to the design of a dispatchable wind power-battery energy storage system)) (IEEE Transactions on Energy Conversation, 2009 年，第 24 卷第 4 期，第 916 页 至925页）提出了一种基于双电池组拓扑结构的风-储混合电站。该风-储混合电站中的 储能系统由两组电池组成，其中一组电池处于充电状态，由风功率对其进行充电；另一组电 池则处于放电状态，将能量释放给电网，两组电池储能装置通过直流断路器的开、关操作进 行状态切换。此风-储混合电站中，所有注入电网的能量均需经过充电、放电两个环节，因 而存在着较大的能量损耗。此外，该风-储混合电站对电池储能系统的容量需求较大。因 而，在电池储能系统价格非常昂贵的今天，该技术方案具有很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种充分利用电池储能系统有限的循环寿命，能量损耗较 小，具有较好经济性的风储混合电站及储能系统定容、离线仿真与在线运行方法。 本专利技术的技术解决方案是： -种风储混合电站，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； Pd，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： Pd，t - Pw； t+Pbi, t+Pb2, t Pw;t为风电场输出功率；?)31^、?132^分别为两组电池的输出功率么 1^/^2^取正值表 示对应的电池处于放电状态；而Pbl，t/P b2，t取负值则表示对应的电池处于充电状态。 一种风储混合电站的电池储能系统定容方法，其特征是：其步骤如下： 步骤1 :按滑动平均法从分钟级的风功率历史数据Pw，t中分离出波动分量Ptt与持 续分量Pu，具体按照以下方法： 【权利要求】1. 一种实施双电池组在线运行策略的风储混合电站，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： Pd,t = Pw,t+Pbl,t+Pb2,t Pw，t为风电场输出功率；Pbl，t、P b2, t分别为两组电池的输出功率；Pbl，t/Pb2, t取正值表示对 应的电池处于放电状态；而Pbl，t/Pb2，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Pw，t中分离出波动分量Pf， t与持续分 量Pit，具体按照以下方法：Pf,t = Pw,t-Pc,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Ef;i ;风功率波动分量Pf，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Pf，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Ef;i为：式中，tia与tib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Pf，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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实施双电池组在线运行策略的风储混合电站，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；Pd,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：Pd,t＝Pw,t+Pb1,t+Pb2,tPw,t为风电场输出功率；Pb1,t、Pb2,t分别为两组电池的输出功率；Pb1,t/Pb2,t取正值表示对应的电池处于放电状态；而Pb1,t/Pb2,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Pw,t中分离出波动分量Pf,t与持续分量Pc,t，具体按照以下方法：Pc,t=130[Pw,t-15+1+Pw,t-15+2+...+Pw,t+...Pw,t+15]]]>Pf,t＝Pw,t‑Pc,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Ef,i；风功率波动分量Pf,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Pf,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Ef,i为：Ef,i=∫tiatib|Pf,t|dt]]>式中，tia与tib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Pf,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Ef,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|Pf,t|的累积概率密度函数，F2(x)为风功率波动能量Ef,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Pm与容量Em；F1(Pm)＝βF2[α％×Em]＝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；实施双电池组在线运行策略，所述双电池组在线运行策略具体步骤如下：步骤1：预测未来15分钟每分钟的风功率步骤2：根据风功率超短期预测结果计算时刻t风功率波动分量的估计值Pc,tf=130[Pw,t-14+Pw,t-13+...+Pw,t+Pw,t+1f...Pw,t+15f]]]>Pf,tf=Pw,t-Pc,tf]]>上式中，Pw,t‑14，Pw,t‑13，Pw,t‑12,···Pw,t‑1为前14分钟风功率的实际值，Pw,t为当前时刻的风功率值；步骤3：若时刻t风功率波动分量估计值大于零，则说明该时刻出现了正向风功率波动，为平抑此波动，需调度处于充电状态的电池组，使其充电功率等于若风功率波动分量估计值小于零，则说明该时刻出现负向的风功率波动，为平抑此波动，需调度处于放电状态的电池组，使其放电功率等于步骤4：根据荷电状态监测系统的输出信号判断电池储能系统是否到达满充或满放状态，若电池储能系统到达满充状态，则将其由充电状态切换至放电状态，若电池储能系统到达满放状态，即到达最大放电深度，则将其由放电状态切换为充电状态。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张新松，李智，顾菊平，郭晓丽，华亮，朱建红，易龙芳，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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