专利名称：一种海上风电功率/频率控制方法
技术领域：
本发明属于自动控制领域，具体地涉及一种海上风电功率/频率控制方法。
背景技术：
在全球能源供应持续紧张和金融危机的影响下，世界各国纷纷加大对风力发电等 清洁能源的开发力度。海上风电正逐渐成为各国风能开发的重要战略方向。我国岛屿与大 陆的距离一般在10 50海里，无电与电价高已严重制约这些岛屿的经济发展，我国拥有丰 富的近海风能资源，海上风电由于其资源丰富、对环境的负面影响较少，可以大规模开发等 优势，一直受到风电开发商的关注。目前全世界建成的海上风电场有30余座，装机容量达 到了 100万千瓦。海上风电技术正在完善，海上风电场开始进入规模化发展阶段。风力发电是高度间歇性电能，如果能对风力发电功率进行比较准确的预测，则可 有效地减轻风电对电网的影响，而且还可以减少电力系统运行成本和旋转备用，提高风电 穿透功率极限，同时为风电场参与发电竞价奠定了基础。因此，对风力发电设施出力进行预 测可以增加风电的市场竞争力。对风力发电的预测主要集中在如何对风速和风力进行比较 准确的预测。国外关于风电出力预测的研究起步较早，目前短时预测的平均绝对误差可以 达到总装机容量的10% 15%。丹麦、德国等风电技术发达国家已开发出风电场出力预测 系统，并成功应用于多个风电场。我国关于风电出力预测的研究起步较晚，主要集中在提前 几小时的短期预测。风电场风速预测误差约为25% 40%，出力预测误差更大。目前还未 开发出成熟的风电场出力预测系统。由于风能资源具有随机性，海上风电产生的电能不能直接用于当地负荷，因此海 上风电场都要与其他稳定电源进行互补运行才能供给当地负荷，而抽水蓄能电站具有启动 快、运行灵活等特点，在电力系统中可承担削峰填谷、调频、调相和紧急备用等任务，从而受 到世界各国电力部门高度重视和热切关注。一般而言，抽水蓄能电站都是伴着包括上下游 水库建设在内的大规模土木工程，因而对其周围环境的影响常常成为人们关注的焦点，其 建设地点的选定也容易受到来自环境评价的限制。而海水抽水蓄能发电可以把海洋作为下 水库，并在岛屿上选择合适的地区建立上水库，这不但不会对动植物保护和森林生态等产 生负面影响，而且还不会用到淡水资源，因此海上抽水蓄能电站日益引起人们的密切关注 和高度重视。其中，日本从80年代便开始海水抽水蓄能发电技术的试验研究并取得阶段性 成果，我国也有海水抽水蓄能电站研究开发的规划和设想。海水抽水蓄能发电技术的发展， 为电力系统经济/可靠/安全运行和提高电力工业经济效益找到一种有前途的可实现的新 型抽水蓄能发电方式。海岛电力一般是与电网隔断的。而岛屿负荷一般比较小，通过抽水蓄能电站对风 电场进行削峰填谷一般可以满足岛屿负荷，由于海上风能资源比较丰富，如何利用满足当 地负荷外的大量风能呢？由于氢大量地存在于海水中，因此可以通过电解海水制氢。但海 水中含有NaCl，使得在电解海水过程中氯气会在阳极析出，而抑制了氧气的产生。氯气的析 出会严重影响人体健康，造成环境污染，因此需要绝对避免。在所有适合做电极的金属材料中，只有锰的氧化物可以在反应中在阳极主要产生氧气，只有少量的氯气析出。并且掺杂的 电极对氧气的产生率更高。Ghany等人(2000年)用Μη1_χΜ。χ02+χ/Ι/)2/ \作为电极，氧气的生 成率达到了 100 %，完全避免了氯气的产生，使得电解海水制氢变得可行。到目前为止，电解 海水制氢技术已经相当成熟。电解水制氢的反应式为
权利要求
一种海上风电功率/频率控制方法，其特征在于包括以下步骤(1)选择近海风能丰富地区建立大规模风电场，并在风电场内建立风电制氢设备，当风电场有多余风能时，利用电子负荷调节器对制氢设备多少进行自动投切；(2)在风电场附近选择合适地区建立抽水蓄能电站，以海水为下水库，选择与海水落差相对较大的岛屿建立上水库，并在上水库安装发电机组，在下水库安装水轮机组，抽水蓄能电站各时刻所需电能全部来自风电场；(3)控制系统根据日负荷预测曲线和风电场预测曲线对风电场、抽水蓄能电站各时刻出力进行调控，使得风电场与抽水蓄能电站各时刻向当地负荷输送电能与各时刻当地所需负荷相当，同时，电子负荷调节器根据控制系统提供的多余风能来对制氢设备进行调控。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于从海岛地区用电情况出发，对海岛地区历史数据进行分析，得到海岛日负荷预测曲线， 结合风电预测技术对风电场日输出功率进行预测，控制系统根据日负荷预测曲线和风电场 预测曲线对风电场、抽水蓄能电站各时刻出力进行调控；当风电场最大输出功率Pvi不能 满足当地负荷Pi时，抽水蓄能电站进行放水发电，此时抽水蓄能发电机组输出功率Phi = min (Phmax, Pi-Pvi)，其中Phmax为抽水蓄能发电机组最大发电功率；当Pvi > Pi时，风电场向岛屿地区输送功率Pwi = Pi,此时抽水蓄能电站进行抽水操 作，由于上水库各时刻蓄水量不但要满足下一时刻需求，还要有足够的备用容量；因此 0 ^ Ppi ^ min (Ppmax, Pvi-Pi)，各时刻Ppi具体值由控制系统通过优化计算给出，其中Ppmax为 抽水蓄能电站最大抽水功率；当Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ ηρ > 0时，电子负荷调节器开始投入制氢设备，其中制氢设备投入 总容量为Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ V电子负荷调节器根据各时刻Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ Π ρ值的变化来增 减制氢设备数量，当Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ np = 0时，不投入制氢设备。
全文摘要
本发明提出了一种海上风电功率/频率控制方法，将海上风电场与抽水蓄能电站相结合形成互补运行系统，控制系统根据风电场功率预测曲线、当地日负荷曲线、系统参数等对风电场和抽水蓄能电站各时刻出力进行调控，满足当地负荷需求。同时，风电场将制氢设备作为变换负载，电子负荷调节器根据各时刻风电场多余电能对制氢设备进行不同程度的投切。最终达到风电功率/频率控制的目的。
文档编号F03B15/00GK101975141SQ20101051290
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者宋洁, 王志凯 申请人:中电普瑞科技有限公司;中国电力科学研究院