风电爬坡率实时平抑系统及风储发电系统的制作方法

本实用新型涉及风电技术领域，特别涉及一种风电爬坡率实时平抑系统及一种风储发电系统。

背景技术：

风能作为一种清洁的可再生能源，近年来得到了跨越式发展。然而由于风速的随机波动性，输出电能具有间歇性和不确定性，会对电网产生一定的冲击。因为储能具有动态吸收及释放能量的特征，多类型储能系统利用储能设备互补特性，能够适应风电场容量大，风电功率短周期变化频繁、长周期变化幅度较大的特点，可以满足多时间尺度功率平抑需求，是当前常用的平抑风电功率波动(风电爬坡率)的技术手段。电力系统中常用的储能技术主要有钠硫电池、液流电池、锂离子电池、超级电容器和超导储能等。

传统技术在控制多类型储能系统的储能出力以平抑风电爬坡率方案中，分别平抑长、短两个不同时间尺度的风功率波动，难以匹配风电爬坡率的变化，导致风电爬坡率实时平抑准确性较低。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种风电爬坡率实时平抑系统及风储发电系统，解决传统技术难以匹配风电爬坡率的变化的问题，提高风电爬坡率实时平抑准确性，并且降低对储能系统的储能损耗。

一种风电爬坡率实时平抑系统，包括：第一滤波器、第一减法器、第一储能装置、第二滤波器、斜率限制器、第二减法器、第二储能装置、加法器和控制电路；

所述第一滤波器、第一减法器、第一储能装置依次串联连接，其中，所述第一滤波器的输出端连接第一减法器的被减数输入端，第一减法器的输出端连接第一储能装置的输入端，所述第二滤波器、斜率限制器、第二减法器、第二储能装置依次串联连接，其中，斜率限制器的输出端连接第二减法器的被减数输入端，第二减法器的输出端连接第二储能装置的输入端第二减法器，第一储能装置的输出端连接第二减法器的第一减数输入端，第一储能装置的输出端连接加法器的第一被加数输入端，第二储能装置的输出端连接加法器的第二被加数输入端，第一储能装置的输出端和第二储能装置的输出端分别连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接第一滤波器的输入端；

所述第一滤波器的输入端、第一减法器的减数输入端、第二滤波器的输入端、第二减法器的第二减数输入端、加法器的第三被加数输入端分别连接风力发电系统的风电功率输出端，所述加法器的输出端连接电网。

一种风储发电系统，包括风力发电系统，以及如上所述的风电爬坡率实时平抑系统。

上述风电爬坡率实时平抑系统以及风储发电系统，运用第一滤波器、第二滤波器和斜率限制器来控制第一储能装置和第二储能装置的出力以达到平抑风电功率的作用，运用控制电路控制第一滤波器的滤波系数以匹配风电功率的变化，提高了风电爬坡率实时平抑准确性，降低了系统的储能损耗。

附图说明

图1为一个实施例的风电爬坡率实时平抑系统结构示意图；

图2为另一个实施例的风电爬坡率实时平抑系统结构示意图。

具体实施方式

参考图1所示，图1为一个实施例的风电爬坡率实时平抑系统结构示意图，所述风电爬坡率实时平抑系统10包括：第一滤波器102、第一减法器103、第一储能装置104、第二滤波器105、斜率限制器106、第二减法器107、第二储能装置108、加法器109和控制电路110；

所述第一滤波器102、第一减法器103、第一储能装置104依次串联连接，其中，所述第一滤波器102的输出端连接第一减法器103的被减数输入端，第一减法器103的输出端连接第一储能装置104的输入端，所述第二滤波器105、斜率限制器106、第二减法器107、第二储能装置108依次串联连接，其中，斜率限制器106的输出端连接第二减法器107的被减数输入端，第二减法器107的输出端连接第二储能装置108的输入端，第一储能装置104的输出端连接第二减法器107的第一减数输入端，第一储能装置104的输出端连接加法器109的第一被加数输入端，第二储能装置108的输出端连接加法器109的第二被加数输入端，第一储能装置104的输出端和第二储能装置108的输出端分别连接控制电路110的输入端，控制电路110的输出端连接第一滤波器102的输入端；

所述第一滤波器102的输入端、第一减法器103的减数输入端、第二滤波器105的输入端、第二减法器105的第二减数输入端、加法器109的第三被加数输入端连接分别连接风力发电系统101的风电功率输出端，所述加法器109的输出端连接电网。

所述第一滤波器102接入风力发电系统101输出的风电功率，进行滤波并输出至第一减法器103，第一减法器103减去风电功率并输出至第一储能装置104，第一储能装置104进行充放电，并输出第一储能出力；

所述第二滤波器105接入风力发电系统101输出的风电功率，进行滤波并输出至斜率限制器106进行限制，并输出至第二减法器107，第二减法器107减去风电功率和第一储能出力并输出至第二储能装置108，第二储能装置108进行充放电，并输出第二储能出力；

控制电路110接收第一储能装置104的第一储能出力信号和第二储能装置108的第二储能出力信号并控制第一滤波器102的滤波系数，加法器109接入第一储能出力、第二储能出力和风电功率进行求和并输出给电网111。

上述风电爬坡率实时平抑系统，运用第一滤波器102、第二滤波器105和斜率限制器106来控制第一储能装置104和第二储能装置108的出力以达到平抑风电功率的作用，运用控制电路110控制第一滤波器102的滤波系数以匹配风电功率的变化，提高了风电爬坡率实时平抑准确性，降低了系统的储能损耗。

参考图2所示，图2为另一种实施例的风电爬坡率实时平抑系统结构示意图，所述风电爬坡率实时平抑系统10包括：第一滤波器102、第一减法器103、第一储能装置104、第二滤波器105、斜率限制器106、第二减法器107、第二储能装置108、加法器109和控制电路110；

所述第一滤波器102、第一减法器103、第一储能装置104依次串联连接，其中，所述第一滤波器102的输出端连接第一减法器103的被减数输入端，第一减法器103的输出端连接第一储能装置104的输入端，所述第二滤波器105、斜率限制器106、第二减法器107、第二储能装置108依次串联连接，其中，斜率限制器106的输出端连接第二减法器107的被减数输入端，第二减法器107的输出端连接第二储能装置108的输入端，第一储能装置104的输出端连接第二减法器107的第一减数输入端，第一储能装置104的输出端连接加法器109的第一被加数输入端，第二储能装置108的输出端连接加法器109的第二被加数输入端，第一储能装置104的输出端和第二储能装置108的输出端分别连接控制电路110的输入端，控制电路110的输出端连接第一滤波器102的输入端；

所述第一滤波器102的输入端、第一减法器103的减数输入端、第二滤波器105的输入端、第二减法器105的第二减数输入端、加法器109的第三被加数输入端连接分别连接风力发电系统101的风电功率输出端，所述加法器109的输出端连接电网。

所述第一滤波器102接入风力发电系统101输出的风电功率，进行滤波并输出至第一减法器103，第一减法器103减去风电功率并输出至第一储能装置104，第一储能装置104进行充放电，并输出第一储能出力；

所述第二滤波器105接入风力发电系统101输出的风电功率，进行滤波并输出至斜率限制器106进行限制，并输出至第二减法器107，第二减法器107减去风电功率和第一储能出力并输出至第二储能装置108，第二储能装置108进行充放电，并输出第二储能出力；

控制电路110接收第一储能装置104的第一储能出力信号和第二储能装置108的第二储能出力信号并控制第一滤波器102的滤波系数，加法器109接入第一储能出力、第二储能出力和风电功率进行求和并输出给电网111。

上述技术方案中，所述第一储能装置104和第二储能装置108共同组成多类型储能系统，第一储能装置104和第二储能装置108具体的类型可以根据实际情况选择，所述第一储能装置104可以包括钠硫电池、液流电池、锂离子电池、超级电容器或超导储能中的任意一种，所述第二储能装置108可以包括钠硫电池、液流电池、锂离子电池、超级电容器或超导储能中的任意一种。

在一个可选的实施例中，所述第一储能装置104包括：超级电容器1041、第一变流器1042、第一变压器1043；

所述超级电容器1041、第一变流器1042、第一变压器1043依次串联连接，所述超级电容器1041输入端与第一减法器103输出端连接，所述第一变压器1043输出端与加法器109连接，所述超级电容器1041与所述第二减法器107连接。

在一个可选的实施例中，所述第二储能装置108包括：锂离子电池1081、第二变流器1082、第二变压器1083；

所述锂离子电池1081、第二变流器1082、第二变压器1083依次串联连接，所述锂离子电池1081输入端与第二减法器107连接，所述第二变压器1083输出端与加法器109连接。

上述技术方案，在对风电爬坡率进行平抑时，其中，超级电容器1041的充放电功率由第一滤波器102得到，锂离子电池1081的充放电功率由第二滤波器105以及斜率限制器106得到，由锂离子电池1081承担多类型储能系统的系统损耗，结合超级电容器1041功率密度大和锂离子电池1081能量密度高的优点，可以有效对风电爬坡率进行平抑的同时提高储能效率。

由于风电功率的随机性和波动性，储能系统应用于平抑风电爬坡率时，配置的储能功率与能量未必完全满足控制的需求，储能剩余容量过高，无法响应充电指令，而过低时则无法响应放电指令，另一方面，可能发生过充或过放，影响储能系统寿命，为了使所述超级电容器1041在安全的充放电区间内运行，防止出现过充或过放的情况，考虑增加功率限制电路，对超级电容器1041的充放电进行控制。

在一个可选的实施例中，所述的风电爬坡率实时平抑系统，还包括：第一功率限制电路112，所述第一功率限制电路112串联连接于所述第一滤波器102和第一减法器103之间，所述控制电路110与超级电容器1041连接。

所述第一功率限制电路112控制通过第一功率限制电路112的功率大小。

上述方案通过在第一滤波器102和第一减法器103之间增加控制电路110，第一功率限制电路112与超级电容器1041相连，所述第一功率限制电路112获取超级电容器1041的储能荷电状态，调节通过第一功率限制电路112的功率大小，将储能系统中超级电容器1041的荷电状态控制在充放电安全区间内，从而提高了储能系统使用的安全性，延长了储能系统的使用寿命。

由于风电功率的随机性和波动性，储能系统应用于平抑风电爬坡率时，配置的储能功率与能量未必完全满足控制的需求，储能剩余容量过高，无法响应充电指令，而过低时则无法响应放电指令，另一方面，可能发生过充或过放，影响储能系统寿命，为了使所述锂离子电池1081在安全的充放电区间内运行，防止出现过充或过放的情况，考虑增加功率限制电路，对锂离子电池1081的充放电进行控制。

在一个可选的实施例中，所述的风电爬坡率实时平抑系统，还包括：第二功率限制电路113，所述第二功率限制电路113串联连接于所述斜率限制器106和第二减法器107之间，所述第二功率限制电路113与锂离子电池1081连接。

所述第二功率限制电路113控制通过第二功率限制电路113的功率大小。

上述方案通过在斜率限制器106和第二减法器107之间增加第二功率限制电路113，第二功率限制电路113与锂离子电池1081相连，所述第二功率限制电路113获取锂离子电池1081的储能荷电状态，调节通过第二功率限制电路113的功率大小，将储能系统中锂离子电池1081的荷电状态控制在充放电安全区间内，从而提高了储能系统使用的安全性，延长了储能系统的使用寿命。

上述风电爬坡率实时平抑系统10，运用第一滤波器102、第二滤波器105和斜率限制器106来控制第一储能装置104和第二储能装置108的出力以达到平抑风电功率的作用，运用控制电路110控制第一滤波器102的滤波系数以匹配风电功率的变化，提高了风电爬坡率实时平抑准确性，降低了系统的储能损耗。

综合上述各个实施例，本实用新型的技术方案，结合超级电容器1041功率密度大和锂离子电池1081能量密度高的优点，对风电爬坡率进行平抑。运用控制电路110控制第一滤波器102的滤波系数以匹配风电功率的变化，从而降低了系统的储能损耗。通过在所述风电爬坡率实时平抑系统中增加第一功率限制电路112和第二功率限制电路113，将超级电容器1041和锂离子电池1081的荷电状态控制在充放安全区间之内，从而延长了超级电容器1041和锂离子电池1081的循环寿命。该方案能够有效地平抑风电功率波动，有利于高风电渗透率下的电网111稳定运行，消耗的储能相对较小，便于工程实现，具有良好的应用前景。

参考图2所示，一个实施例的风储发电系统20，包括风力发电系统101，还包括上述实施例所述任一种风电爬坡率实时平抑系统。

上述技术方案，结合超级电容器1041功率密度大和锂离子电池1081能量密度高的优点，对风电爬坡率进行平抑。运用控制电路110控制第一滤波器102的滤波系数以匹配风电功率的变化，从而降低了系统的储能损耗。通过在所述风电爬坡率实时平抑系统中增加控制电路110和第一功率限制电路112，将超级电容器1041和锂离子电池1081的荷电状态控制在充放安全区间之内，从而延长了超级电容器1041和锂离子电池1081的循环寿命。该方案能够有效地平抑风电功率波动，有利于高风电渗透率下的电网111稳定运行，消耗的储能相对较小，便于工程实现，具有良好的应用前景。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、固件或它们的组合来实现。如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。