[发明专利]一种利用混合储能提升风电利用率的方法

说明书

一种利用混合储能提高风电利用率的方法，所述方法将蓄电池组‑飞轮储能‑超级电容器‑抽水蓄能电站构成混合储能装置，分为直流部分和交流部分，应用到风电场，利用能量管理系统制定策略，控制混合储能设备充放电，提高风电利用率。蓄电池组‑飞轮储能‑超级电容器构成直流部分，抽水蓄能电站构成交流部分，将以上能量型和功率型储能设备结合起来，进而提升储能装置的整体性能。风电发电功率的波动是非线性的，将风电波动按照希尔伯特频率变换，计算出低频、中频和高频波动，分别对应于直流储能部分蓄电池组‑飞轮储能‑超级电容器之间的功率分配，实现对风电场实时出力波动的平抑，提升电能质量。当风电波动率很大时，利用容量大的抽水蓄能电站储能削峰填谷，直接提升风电利用率。混合储能装置可以有效平抑风电波动、削峰填谷最终达到提高风电利用率的目的。

技术领域

本发明属于风力发电和控制技术领域，是一种利用混合储能装置提高风电利用率的方法。

背景技术

随着新能源发电技术的不断应用，新能源与分布式发电在电网中占比越来越高。风力是一种可再生的清洁能源，我国幅员辽阔，陆地面积大、海岸线长，拥有丰富的风力资源，并且拥有巨大的风能发展潜力。目前，我国已经成为世界上规模最大、增长速度最快的风力发电市场。

由于风能的波动性和间歇性，风电场的输出功率和预测功率出现非线性不稳定的偏差。大规模风力发电并入电网，对供电可靠性和持续性产生不利影响，导致了电力系统安全性和稳定性降低等一系列问题，给电网调度带来很大困难，也限制风力发电的发展。目前，随着风力发电规模越来越大，风力发电并网难和弃风现象愈演愈烈，改善风力发电输出功率波动大、输出功率不平滑的缺点，提高风电利用率是亟待解决的问题。

现阶段，解决风电利用率低的方法主要有三种：第一种是从宏观层面让风电参与经济调度以提高风电消纳能力，但是未根本解决风电波动性问题和不符合我国风电规模大的客观情况；第二种是优化风力发电模型和风电预测算法，根据误差分布规律修正风电调度曲线，减小风力发电实际输出和调度曲线的差值。该方法可以减小风力发电输出的波动，但是风能间歇性不能完全依靠历史数据进行预测，误差不能完全消除；第三种是通过在风电并网前接入储能装置，通过控制储能装置的快速充放电来平抑风力发电输出的波动。但是单一储能设备存在充放电慢、储能容量小或者使用寿命短的缺点，且解决问题重点放在平抑小波动不能削峰填谷更有效提升风电利用率。故本方法提出了一种利用混合储能的装置来平抑风电波动和削峰填谷，有效提升风力发电利用率。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种混合储能装置和控制方法，用于平抑风电波动和削峰填谷，提升风力发电利用率。

为实现上述目的，将抽水蓄能电站-蓄电池组-飞轮-超级电容器组合起来，充分发挥各种储能类型的优点。储能装置基本分为能量型和功率型，能量型储能代表为蓄电池组和抽水蓄能电站，能量密度大但功率密度小,充放电速度慢而且蓄电池组还存在使用寿命较短的缺点。功率型储能装置的代表为飞轮储能和超级电容器，功率密度大但能量密度小,充放电速度快。将两者结合起来，可以有更好的反应速度和使用寿命，进而提升储能装置的整体性能。抽水蓄能电站充放电时间为1～24h，额定功率100～5000MW；蓄电池组充放电时间1s～1h，额定功率0～50MW；飞轮储能充放电时间1s～1h，额定功率0～0.25MW；超级电容器充放电时间1ms～1h，额定功率0～0.3MW。

对应的将风电波动分为分钟级、秒级和毫秒级的低频、中频和高频波动，分配至蓄电池组-飞轮-超级电容器参与调节输入和输出功率，平抑风电波动。周期为小时级的功率波动应用抽水蓄能电站参与削峰填谷，提升风电利用率，避免弃风现象产生。

将混合储能装置分为直流部分和交流部分接入风电场功率输出母线，风电场电能输出直接连接交流母线，直流母线通过可以整流和逆变的双向变流器AC- DC与交流母线连接，实现功率的双向流动。用于调节风电波动的蓄电池组-飞轮 -超级电容器组合构成直流储能部分，分别通过双向变流器DC-DC和直流母线连接，直流母线还接有本地直流负荷。