一种风电储能混合系统优化配置方法
【专利摘要】本发明公开了一种风电储能混合系统优化配置方法，包括下列步骤：步骤1：计算风电场输出功率的数学期望p；步骤2：通过步骤1得到风电场输出功率的数学期望p，计算风电场平均功率水平P，找出与风电场平均功率水平P对应的风速值ν1，风电场平均功率水平P的计算公式为：P＝pM；其中M为风电场的额定输出；步骤3，以风速值ν1为基准，如果风速值大于ν1，则风电场按风速值ν1对应的有功功率输出，将超出部分的能量用储能设备存储起来，如果风速值小于ν1，风电场仍按风速值ν1对应的有功功率输出，不足的能量由所述储能设备补足；步骤4：用公式E＝PH计算储能设备的额定容量E，其中H为启动风速以下，期望风电场持续输出有功功率的小时数。
【专利说明】
-种风电储能混合系统优化配置方法
技术领域
[0001 ]本发明设及风电领域的一种风电储能混合系统优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 采用长短补偿运行模式的风电储能混合系统，储能电池的额定容量近似等于风电 场的出力，运是由于夜晚，储能电池应能存储全部的风力发电量。该模式需要花费较高的大 容量电池成本。
[0003] 应用储能电池来控制短期输出波动的短补偿运行模式也得到了广泛的研究。通常 为了最小化电网频率的波动，电力公司会要求风电并网满足一定的条件。比如保持20分钟 内风电出力波动不超过额定出力的10%。如果风电场的出力波动能够保持在允许范围内， 电力公司可运用自有的发电量吸收任何功率波动。换句话说，能够提供数十分钟电力的出 电量足W履行电力公司规定的最低要求。运意味着风电储能混合系统即使不运用钢硫电池 一类大容量储能电池也是可W的。例如可W采用超级电容器和二次电池，如铅酸电池、儀氨 电池、裡电池的混合储能系统来达到平滑风电出力的目的。与二次电池混合的超级电容储 能系统能够储存任何地方产生的从秒到数十分钟的电力，从而平滑风电出力。超级电容器 的循环寿命高达数百万次，因此十分适用于风电运样需要重复短时间充放电应用的场合。 短补偿模式需要电池的容量较低，但其需要电力公司提供较多的补偿调整。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种风电储能混合系统优化配置 方法，其可W克服长补偿和短补偿的缺陷，而体现出长补偿和短补偿的优势，保证储能设 备的额定容量最优。
[0005] 实现上述目的的一种技术方案是：一种风电储能混合系统优化配置方法，包括下 列步骤：
[0006] 步骤1:计算风电场输出功率的数学期望P;
[0007] 步骤2:通过步骤1得到风电场输出功率的数学期望P，计算风电场平均功率水平P， 找出与风电场平均功率水平P对应的风速值VI，风电场平均功率水平P的计算公式为:P = pM;
[000引其中M为风电场的额定输出；
[0009]步骤3, W风速值Vi为基准，如果风速值大于VI，则风电场按风速值Vi对应的有功功 率输出，将超出部分的能量用储能设备存储起来，如果风速值小于VI，风电场仍按风速值Vl 对应的有功功率输出，不足的能量由所述储能设备补足；
[0010]步骤4:用公式E = PH计算储能设备的额定容量E，其中H为启动风速W下，期望风电 场持续输出有功功率的小时数。
[0011] 进一步的，计算风电场输出功率的数学期望P的公式为：
[0012]
[0013] 其中f (V)为风电机组输出功率的特性函数，q(v)为风电场风速概率分布函数，vin、 Vn和VDUt分别为切入风速、额定风速和切出风速。
[0014] 进一步的，对所述储能设备的额定容量进行取值时，应该使该储能设备的剩余容 量值在0到额定容量之间来回波动。
[0015] 进一步的，风电场平均功率水平P可根据天气预报进行调整。
[0016] 采用了本发明的一种风电储能混合系统优化配置方法的技术方案，包括下列步 骤:步骤1:计算风电场输出功率的数学期望P;步骤2:通过步骤1得到风电场输出功率的数 学期望P，计算风电场平均功率水平P，找出与风电场平均功率水平P对应的风速值VI，风电 场平均功率水平P的计算公式为:P = pM;其中M为风电场的额定输出；步骤3, W风速值Vi为 基准，如果风速值大于VI，则风电场按风速值Vl对应的有功功率输出，将超出部分的能量用 储能设备存储起来，如果风速值小于VI，风电场仍按风速值Vi对应的有功功率输出，不足的 能量由所述储能设备补足;步骤4:用公式E = P的十算储能设备的额定容量E，其中H为启动风 速W下，期望风电场持续输出有功功率的小时数。其技术效果是:可W克服长补偿和短补偿 的缺陷，而体现出长补偿和短补偿的优势，保证储能设备的额定容量最优。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实 施例，进行详细地说明：
[0018] 本发明的一种风电储能混合系统优化配置方法，可W克服长补偿和短补偿的缺 陷，而体现出长补偿和短补偿的优势。
[0019] 本发明的一种风电储能混合系统优化配置方法属于平台控制，可W根据风电场平 均功率水平、电力调度等要求确定，W风电场风速概率分布函数，W及风电机组输出功率的 特性函数为基础，W确定风电场长时间稳定输出所需要的最优的储能设备的额定容量，包 括下列步骤：
[0020] 步骤1:根据风电场风速概率分布函数和风电机组输出功率的特性函数计算风电 场输出功率的数学期望P，其公式为：
[0021]
[0022] 其中f (V)为风电机组输出功率的特性函数，q(v)为风电场风速概率分布函数，vin、 Vn和VDUt分别为切入风速、额定风速和切出风速。
[0023] 步骤2:通过步骤1得到风电场输出功率的数学期望P，计算风电场平均功率水平P， 找出与风电场平均功率水平P对应的风速值Vl。
[0024] 风电场平均功率水平P的计算公式为：
[0025] P = pM；
[00%]其中M为风电场的额定输出。
[0027]步骤3, W风速值Vi为基准，如果风速值大于VI，则风电场按风速值Vi对应的有功功 率输出，将超出部分的能量用储能设备存储起来，如果风速值小于VI，风电场仍按风速值Vl 对应的有功功率输出，不足的能量由储能设备补足。
[00%]步骤4:用公式E = PH计算储能设备的额定容量E，其中H为启动风速W下期望风电 场持续输出有功功率的小时数。对储能设备额定容量进行取值时要考虑多方面的因素，主 要有气象部口提供的较准确的持续大风或无风小时数。即气象部口预报数小时内无风的准 确度远大于预报风速的实时变化，建设风电场所需承担的储能设备的成本，风电场在电网 中的比重W及电网调频能力等。
[0029] W东海风电场为例，计算得到P = 0.6pu，表明运个102MW风电场的平均功率水平P = 102 X0.6 = 61.2MW。调度中屯、可将风电场看成一个装机容量为61.2MW的发电厂。经综合 考虑后的H若取值化，则该风电场应该装设的储能设备的额定容量为61.2MWX化= 306MWh。
[0030] 按照上述储能方式，从系统侧看，风电场处于降额发电的状态，而实际上风电场内 部风力发电机仍然是满额发电，只是将60%的有功功率直接输出，将多出部分的能量存储 在储能设备中，理想的情况是剩余容量值在0到额定容量之间来回波动。运说明储能设备一 直处于充电和放电的动态过程中。如果剩余容量值持续为0或最大，则表述储能设备的额定 容量不足或有风能浪费。若预报持续多日风速远超风速值VI，储能设备可能持续处于充满 状态，可调高风电场平均功率水平P来避免风资源的浪费。
[0031] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，W上的实施例仅是用来说明本发明， 而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对W上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【主权项】
1. 一种风电储能混合系统优化配置方法，包括下列步骤： 步骤1:计算风电场输出功率的数学期望P; 步骤2:通过步骤1得到风电场输出功率的数学期望P，计算风电场平均功率水平P，找出 与风电场平均功率水平P对应的风速值VI，风电场平均功率水平P的计算公式为:P=pM; 其中Μ为风电场的额定输出； 步骤3，W风速值VI为基准，如果风速值大于VI，则风电场按风速值VI对应的有功功率输 出，将超出部分的能量用储能设备存储起来，如果风速值小于VI，风电场仍按风速值VI对应 的有功功率输出，不足的能量由所述储能设备补足； 步骤4:用公式Ε = Κ1计算储能设备的额定容量Ε，其中Η为启动风速W下，期望风电场持 续输出有功功率的小时数。2. 根据权利要求1所述的一种风电储能混合系统优化配置方法，其特征在于:计算风电 场输出功率的数学期望Ρ的公式为：其中f(V)为风电机组输出功率的特性函数，q(V)为风电场风速概率分布函数，Vin、~和 Vnut分别为切入风速、额定风速和切出风速。3. 根据权利要求1所述的一种风电储能混合系统优化配置方法，其特征在于:对所述储 能设备的额定容量进行取值时，应该使该储能设备的剩余容量值在0到额定容量之间来回 波动。4. 根据权利要求1所述的一种风电储能混合系统优化配置方法，其特征在于:风电场平 均功率水平P可根据天气预报进行调整。
【文档编号】H02J3/28GK105978005SQ201610443053
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】许唐云, 瞿海妮, 张鹏飞, 田英杰, 赵涛, 陆瑾, 黄卉, 李永, 吴晨, 詹皓, 王琦文, 刘小倩, 蓝天
【申请人】国网上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司, 上海久隆企业管理咨询有限公司