[發(fā)明專利]基于雙鈦酸鋰電池儲能控制的風電功率綜合調(diào)控策略

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• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114583731A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 王金寧;張國輝;于洋;李廣海
• 申請（專利權(quán)）人: 華能扎賚特旗太陽能光伏發(fā)電有限公司科右中旗分公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/24;H02J3/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于雙鈦酸鋰電池儲能控制的風電功率綜合調(diào)控策略，包括以下步驟：在雙饋風力發(fā)電機組直流母線上并聯(lián)雙鈦酸鋰電池儲能裝置，通過基于儲能裝置的控制系統(tǒng)使得雙鈦酸鋰電池儲能裝置對外表現(xiàn)出頻率響應特性，電力系統(tǒng)所需的慣量支撐、一次調(diào)頻和平滑功率作用均通過雙鈦酸鋰電池儲能裝置實現(xiàn)。本發(fā)明分析了風電功率波動規(guī)律及不同儲能的功率范圍以及充放電時間尺度，提出了基于雙鈦酸鋰電池儲能控制的風電功率綜合調(diào)控策略，其中功率平滑控制和頻率調(diào)節(jié)均由鈦酸鋰電池控制實現(xiàn)，無需修改或增加風電機組額外附加控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種基于雙鈦酸鋰電池儲能控制的風電功率綜合調(diào)控策略。

背景技術(shù)

雙饋感應風力發(fā)電機組(DFIG)裝機容量約占90％的市場份額，是當今的主流機型。隨著風電大規(guī)模接入電網(wǎng)，風電功率秒級波動將使電力系統(tǒng)面臨嚴峻的頻率穩(wěn)定問題，并且DFIG機組采用最大功率跟蹤運行方式，機組的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率無關(guān)，即機組的出力不響應電網(wǎng)頻率的波動。

一方面針對風能隨機變化導致風力發(fā)電機組輸出功率波動而危及電網(wǎng)安全問題，目前主要有以下方法來對風電輸出功率進行平滑。有提出一種用于平滑風電場輸出功率的超導磁儲能系統(tǒng)(SMES)的新型自適應控制方案，但放電時間很短，成本較高。也有將傳統(tǒng)的PID控制方法應用于氫氧雙鈦酸鋰電池儲能裝置調(diào)節(jié)風速突變時電網(wǎng)側(cè)所產(chǎn)生的功率和電壓波動，但由于燃料電池系統(tǒng)使用壽命較短，設備損耗較大，并且配置受到限制，導致不能廣泛運用。也有在傳統(tǒng)的飛輪儲能矢量控制基礎上，加入改進PR控制器來平滑功率波動，但飛輪的轉(zhuǎn)速限制導致其儲能容量受限，成本相對較高。另外，許多學者也提出了無雙鈦酸鋰電池儲能裝置的功率平滑策略，也有學者提出基于PMSG的直流母線電壓和槳距角的協(xié)調(diào)控制策略，此外在直流環(huán)節(jié)加入斬波控制電路使得在風力發(fā)電系統(tǒng)故障期間仍然實現(xiàn)系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定。但相比傳統(tǒng)的最大功率跟蹤法，這些方法會降低輸出功率，槳距角控制會增加風力渦輪機葉片壓力，加重磨損，直流母線電壓控制會對直流母線電容產(chǎn)生壓力，可能會縮短電容器的使用壽命。

另一方面為了提高風力發(fā)電系統(tǒng)的慣量支撐和頻率響應能力，最早提出通過在機側(cè)變流器控制中附加扭矩響應環(huán)節(jié)來提供慣性響應，以此來增加頻率響應能力；也有提出了可以將分別與附加頻率變化率(df/dt)和頻率偏差(Δf)成正比的附加有功參考值引入最大功率跟蹤，使得風機可以參與頻率調(diào)節(jié)，并指出大型發(fā)電廠發(fā)電機典型慣性常數(shù)在2-9s范圍內(nèi)，風力渦輪機的典型值大致相似約2-6s，因此，當風力發(fā)電系統(tǒng)模擬慣量控制時，機組慣性動能僅能為系統(tǒng)提供大約10s的支持，當轉(zhuǎn)子動能釋放完后需要再次存儲或釋放能量，才能具有慣量支撐。并且轉(zhuǎn)子動能一旦完全釋放，電網(wǎng)頻率沒有得到及時恢復，可能引起系統(tǒng)頻率的二次震蕩，從而惡化系統(tǒng)頻率和電壓的調(diào)節(jié)。有人提出通過槳距角控制來預留適當?shù)男D(zhuǎn)備用容量，當系統(tǒng)頻率變化時，通過槳距角調(diào)節(jié)來相應改變機組出力，參與系統(tǒng)調(diào)頻，然而，槳距角調(diào)整速度比較慢，降低了正常工況下的風能利用率，風機機械部件的頻繁動作則增加了維修風險和維護成本，且考慮到實際運行中，為使得變槳控制系統(tǒng)安全、可靠及延長壽命，一般槳距角固定、不調(diào)。也有人提出了超速減載運行控制的方法，調(diào)整了最大功率跟蹤曲線，使得風機運行在次優(yōu)功率曲線上，以此來獲得一定備用容量，通過有功/頻率下垂控制特性，實時響應系統(tǒng)一次調(diào)頻，但超速控制在頻率升高擾動下，轉(zhuǎn)速在超速點的基礎上增大，易達到限值，降低風能利用率的同時也減小了功率的實際可調(diào)節(jié)深度，在必要時還需啟用槳距角調(diào)節(jié)來進一步減小輸出功率，不利于變槳控制系統(tǒng)安全、可靠的運行。也有在上述兩種常規(guī)方法的基礎上提出超速與變槳結(jié)合的協(xié)調(diào)控制方案，雖然在一定程度上改善風電機組整體性能和一次調(diào)頻特性，但以上方法均未考慮到DFIG自身發(fā)電效益，降低風能利用率，故如何配置風電機組的調(diào)節(jié)機制來緩解發(fā)電效益和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系是目前亟待解決的問題。