一种可并网运行的风储系统的监控方法
【专利说明】一种可并网运行的风储系统的监控方法 所属技术领域
[0001 ] 本发明涉一种可并网运行的风储系统的监控方法。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种可再生能源，其具有的无污染、容易获得、分布广等特性，使得风力 发电技术在世界范围内得到飞速发展，我国电网中风力发电的规模也在不断增加。由于风 能具有随机性和间歇性的特点，风电场输出功率很不稳定，为了保证大规模风力发电接入 电网后的整个大电网能够稳定安全运行，最有效的方法就是用储能系统联合风电给电网输 出功率。将储能系统与风力发电相结合，就可以有效地平滑风电场的有功功率输出，减少风 电场对电网的冲击。
[0003] 由于风力发电对电网的渗透率的不断增加，其对电网的影响越来越不可忽略，电 网的维护成本也越来越大，因此其应积极参与电网协调建设和调度运行，对电网实现有力 支持和补充。功率的波动性程度直接影响电网原有的潮流分布，当风力发电渗透率处于较 高水平时，波动性和随机性会给电网的原有运行方式带来巨大的冲击。
[0004] 在智能电网和微网等大型储能系统和分布式储能系统应用中，常采用一种直流总 线的连接方式，该连接方式是储能电池模块通过一种双向逆变器接入直流总线，需要接收 能量的时候，电网通过逆变器向储能电池充电；需要向电网送电的时候，储能电池通过双向 逆变器电网输电。
[0005] 风储系统包括并网运行模式和离网运行模式；并网运行模式，微网与大电网并网 运行，通过控制变换器输出电流与电网电压同相位，即传统的电流控制，达到单位功率因数 输出，同时间接控制变换器输出功率；离网运行模式，当电网故障时，微网及时与大电网断 开而独立运行；离网运行模式时，针对不同负载，微网具有良好的输出外特性，通常包括PQ 法，PV法，V/f法等输出外特性控制方法。风储系统在并网运行时，需要解决的关键问题是 安全性和经济性。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种可并网运行的风储系统的监控方法，该监控方法可预测风力发电 设备的发电功率，可实时追踪风储系统和大电网连接点的功率需求，实时检测的蓄电池模 块电池容量，在并网运行时，能合理配置风力发电功率和储能容量，能制定和实施最适宜的 控制策略，保障并网时按照大电网的需求平稳提供功率输出，并提升供电的安全性和经济 性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种可并网运行的风储系统的监控方法，该方法 包括如下步骤：
[0008] S1.风力发电设备监控模块实时获取风力发电设备的运行数据，并存储数据；
[0009] S2.根据风力发电设备的运行数据，对未来预定时刻内风力发电设备的输出功率 进行预测；
[0010] S3.实时检测获取蓄电池模块的S0C，实时获取风储系统内负载功率需求情况；
[0011] S4.实时获取大电网的参数和调度信息，预测未来时间风储系统与大电网连接点 的功率需求；
[0012] S5.将风储系统与大电网连接点的功率需求、当前蓄电池储能的S0C、当前为电网 内负载功率需求和风力发电设备作为约束条件，确定最佳运行策略，并进行并网。
[0013] 优选的，在步骤S2中采用现有技术中任意风力发电功率预测方法预测风力发电 设备的输出功率。
[0014] 优选的，在步骤S5中，采用如下步骤实现光伏发电系统和大电网并网运行：
[0015]S501.在并网AC/DC双向变换器并网运行前，设置电抗模型值L0。
[0016] S502.中控模块116发送启动指令给逆变控制器，启动并网AC/DC双向变换器运 行。
[0017]S503.采集并网AC/DC双向变换器在n时刻和n+1时刻输出的并网电流值ijn) 和i>+l)，其中，（n，n+1)对应开关周期TpCT1C]d。
[0018]S504.采集并网AC/DC双向变换器在n时刻输出的电抗电压值Ut(n)。
[0019] 步骤S505,将并网电流值it(n)、it(n+l)、开关周期TpCT1C]d和n时刻输出的电抗电 压值队(n)代入下式（1)，以得到关于并网电抗值L和等效串联电阻R的第一关系式，
[0020]
[0021] S506?采集并网AC/DC双向变换器在n+1时刻输出的电抗电压值UL(n+l)。
[0022] 步骤S506可以由AD采集模块执行。具体地，AD采集模块采集并网AC/DC双向变 换器在n+1时刻输出的电抗电压值Ujn+l)，后将上述模拟信号形式的电抗电压值Ujn+1) 进行模拟-数字转换，生成数字信号形式的电抗电压值队(n+1)，发送给中控模块116。
[0023] S507.采集并网AC/DC双向变换器在n+2时刻输出的并网电流值it(n+2)，其中， (n+l，n+2)对应开关周期 Tperiod 0
[0024] 步骤S508,将并网电流值(n+1)、(n+2)、开关周期TpCT1C]d和n+2时刻输出的电抗 电压值Ujn+1)代入下式（2)，以得到关于并网电抗值L和等效串联电阻R的第二关系式，
[0025]
[0026]S509.根据第一关系式和第二关系式计算并网电抗值L和等效串联电阻R。
[0027] S510.判断并网电抗值L是否等于电抗模型值L0,如果否，返回执行步骤S52,直至 并网电抗值L等于电抗模型值L0。
[0028] 优选的，在步骤S5中，并网运行时，采用如下方法配置风力发电的功率输出和储 能系统的能量出入：
[0029] 采用小波包分解方法将风电波动功率分解为低频部分和高频部分，把低频部分作 为风电并网的期望值，高频部分由储能系统平抑。
[0030]优选的，对于给定风电输出功率的时间信号P(t)，将其作为原始信号，则第一层小 波包分解的计算方法为：
[0031]
[0032] 其中为第一层分解的低频系数，为第一层分解的高频系数，hk、gk分别 为低通、高通滤波器组；
[0033] 然后由低频系数和高频系数进行小波包重构，得到需要的低频信号和高频信号的 重构，其计算方法为：
[0034]
[0035] 其中0(t)为重构后的低频信号，i(t)为重构后的高频信号，☆分别为重 构的低通和高通滤波器组；
[0036] 将低频信号作为风电并网期望值，而高频信号则用混合储能系统补偿，蓄电池补 偿功率分别为：
[0037] PB (t) =Pn，！⑴ + …+Pn，n ⑴
[0038] 其中n为小波包分解层数，m为次高频和最高频信号的频带划分界限。
[0039] 设匕为风电场装机容量，P"为风电波动功率，则当丨时，混合储能系统不 工作；当i巧:卜时，混合储能系统对波动功率进行平抑；设当丨《>&4的数据点占总 的数据点的百分比为a，观测风电场输出功率数据的总持续时间为T，可得混合储能系统 工作持续时间为aT。
[0040] 本发明的可并网运行风储发电系统的监控方法具有如下优点：（1)准确预测风力 发电系统与大电网连接点的电流变化，有效抑制并网时的功率波动；（2)控制策略兼顾配 大电网调度要求和储能系统运行情况，满足大电网的调度需求和微电网内部负载需求的同 时，合理配置风力发电设备输出和储能容量，兼顾了供电可靠性和经济性。
【附图说明】
[0041] 图1示出了本发明的一种可并网运行风储系统及其监控装置的结构框图；
[0042] 图2示出了本发明的风储系统的运行及监控方法。
【具体实施方式】
[0043] 图1是示出了本发明的一种可并网运行风储系统10,该风储系统10包括：风力发 电设备14、储能系统13、用于将风储系统10与大电网20连接和隔离的并网AC/DC双向变 换器12、直流母线、用于连接风力发电设备14和直流母线的换流AC/DC双向变换器15、负 载16以及监控装置11。
[0044] 参见图1，该储能系统13包括蓄电池模块131、与上述直流母线连接的双向DC/DC 变换器132。
[0045] 该监控装置11包括：风力发电设备监控模块113,用于实时监控风力发电设备14， 并对风力发电设备14的发电功率进行预测，对风力发电的功率输出进行控制；储能系统监 控模块115,可实时监控蓄电池模块131的S0C和DC/DC双向变换器132,控制储能系统13 功率输入和输出；大电网联络模块112,用于实时从大电网20调控中心获知大电网的运行 情况以及相关调度信息；并网监控模块116,用于控制风储系统连接或隔离大电网，包括AD 采集模块和逆变控制器；负载监控模块114,用于实时监控风储系统内的负载16 ;中控模块 117,用于确定风储系统的运行策略，并向上述监控装置11中的各模块发出指令，以执行该 运行策略；总线模块111，用于该监控装置11的各个模块的通信联络，所述总线通信模块 111通过冗余双CAN总线与其他模块相连。
[0046] 优选的，AD采集模块的输入端设置于并网AC/DC双向变换器12的输出端，所述逆 变控制