一种基于风电机组单机配置的模块化储能系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组单机储能系统，属于新能源风力发电技术领域，具体涉及一种基于风电机组单机配置的模块化储能系统。

背景技术

储能系统具有动态吸收能量并适时释放的特点，能有效弥正负转矩切换间风能的间歇性、波动性缺陷，改善风电场输出功率的可控性，提升上网电能品质；有效增强风电机组的平滑输出能力、增大电力系统的风电穿透功率极限、改善电能质量及优化系统的经济性，提高风电上网接纳能力，利于电网优先调度风电，增加风能利用。有风电场配置储能一般为集中式储能，分散式储能配置较少。

其中，分散式储能一般有两种方式，分别是储能模块直接接入风机变流器直流母线和储能以模块化集装箱形式分散布置于风机基础平台，分散储能系统可向电网送电、受电和提供风电场站用电。

不过，现有风电场站配置储能几乎都采用了集中配置方式，集中式配置储能便于储能设备的集约化调度管理，有助于场站电网友好性提升。然而，集中式储能也存在受场站场地约束大、运行安全风险大无法提升单机运行性能、调度控制权不受控等缺点。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于风电机组单机配置的模块化储能系统，几乎不受场站场地得约束、运行安全风险小，大大提升了单机运行性能、调度控制权受控。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于风电机组单机配置的模块化储能系统，包括电力调度控制中心、风电模块化储能协同控制系统和风电场站集中控制系统；其中，

电力调度控制中心采集风电场站实时和历史数据信息，下发有功控制、无功电压控制、发电计划等指令；

风电模块化储能协同控制系统根据调度中心指令，进行有功、无功等相关控制，并上送风电场本地功率预测结果；

风电模块化储能协同控制系统有序参与功率预测等辅助服务控制，根据电网辅助服务政策变化，调整控制优先级和响应策略，减少风电场站的辅助服务考核，并增加相关补偿。

进一步地，储能系统独立集成于风电机组外箱变旁。

进一步地，通过EMS，即能量管理系统软件中的调节储能站模式可以完成远程模式控制即远程监控充放电状态、充放电时间段、电压范围、功率范围、电流范围及温度范围，在操作层面提供安全的管理权限，保证业主的实时效益可量化。

进一步地，各单机模块化储能系统既可以单独作为每台风机的辅助模块参与机组功率控制，所有储能单元同时能作为分散式独立储能参与整场的能量控制。

进一步地，每个模块化储能模块均具备能量存储和交直流功率变换的能力，同时能通过多机并联实现弹性扩容和积木式搭建。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明占地面积小，设备占地面积仅为1.32㎡，可存储200kWh电能，充放电功率可达100kW。

2、本发明风冷电池PACK采用1P32S无模组成组方式，配合电池管理系统、风机温控系统、风道系统、电气连接系统、PACK壳体组合成完整的电池模块。内部风道采用PACK级统一设计，热效率管理更直接、更精准，可有效改善电芯运行环境温度，直流母排采用激光焊接技术，充分保证电芯连接牢固性、低连接阻抗和阻抗一致性，采用高强度结构设计，保证电池系统在长途运输及极端情况下（如地震）的安全性。

3、本发明储能柜内电池系统采用二级管理架构，包括电池箱级和电池簇级，实现对电池系统的全面控制、管理和保护，能充分保障电池系统的安全稳定运行。BMU（电池箱级）由采集板组成，负责电池箱的单体电压和单体温度采集、均衡控制功能。通过菊花链总线通讯上传采集数据。RCU（电池簇级）由从板组成，每个从板负责管理若干组BMU单元，通过CAN总线与EMS通讯。

4、本发明七氟丙烷消防系统由独立控制系统、UPS电源、烟雾传感器、温度传感器、七氟丙烷瓶组成。通过消防感知系统（烟雾传感器和温度传感器）实时监测电池仓内部环境，极端情况时可通过独立的UPS电源控制消防系统启动。新型热气溶胶灭火装置体积小，无压储存，无需铺设管网和维护、灭火高效、迅速、无毒无害，根据温度自动触发。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的电气示意图。

图2为本发明储能系统控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的阐述。

如图1、图2所示，本发明主要包括电力调度控制中心、风电模块化储能协同控制系统、风电场站集中控制系统。电力调度控制中心采集风电场站实时和历史数据信息，下发有功控制、无功电压控制、发电计划等指令。风电场站根据调度中心指令，进行有功、无功等相关控制，并上送风电场本地功率预测结果。风电模块化储能协同控制系统有序参与功率预测等辅助服务控制，根据电网辅助服务政策变化，调整控制优先级和响应策略，减少风电场站的辅助服务考核，并增加相关补偿。

本发明中储能系统独立集成于风电机组外箱变旁，适合于老旧风电机组的直接加装，不需要对现有风电机组进行改造。

本发明储能系统为风电机组系统提供频率支撑，提高频率最低点和电网系统频率调整的动态响应能力。解决传统储能方案在用户侧部署不灵活、安全性弱、运维繁琐、获利难等问题。

本发明通过EMS（能量管理系统）软件中的调节储能站模式可以完成远程模式控制即远程监控充放电状态、充放电时间段、电压范围、功率范围、电流范围及温度范围，在操作层面提供更加安全的管理权限，保证业主的实时效益可量化。

本发明中各单机模块化储能系统既可以单独作为每台风机的辅助模块参与机组功率控制，所有储能单元还可以作为分散式独立储能参与整场的能量控制。

本发明中每个模块化储能模块都具备能量存储和交直流功率变换的能力，同时可以通过多机并联实现弹性扩容和积木式搭建。

本发明储能系统结合风功率预测，合理的进行充放电控制，可以人为的对日前上报的风功率曲线进行修正，减少电网考核。

本发明中储能系统通过合理的充、放控制，能够在机组产能无法完全输出时存储电量，并于特定条件下释放电量，帮助机组平滑有功功率的输出，并提高能量利用率。

本发明可提升风力发电机组发电侧平滑输出能力、补充风功率误差，电网支撑调峰、调频辅助服务、黑启动模式，优化电网-风电机组-分布式光伏-储能系统间的能量流动，提升各类电源互补互济能力。

本发明可开展峰谷获利、减少厂用电率、蓄电池循环利用等方面的研究。

本发明涉及的风电机组和储能系统采用一对一组合的接入模式，储能系统接入风电机组690V箱变低压侧，由于储能柜输出电压较低，需通过变压器（干式）接入箱变低压侧。储能柜内集成了电池PACK（7套）、电池管理系统（BMS）（1套）、储能变流系统（PCS）（1套）、消防感知和处置系统（2套）、热管理系统（1套）、EMS系统（1套），设备占地面积仅为1.32㎡，可存储200kWh电能，充放电功率可达100kW，并支持多机并联扩充容量。

通过EMS（能量管理系统）软件中的调节储能站模式可以完成远程模式控制即远程监控充放电状态、充放电时间段、电压范围、功率范围、电流范围及温度范围，在操作层面提供更加安全的管理权限，保证业主的实时效益可量化。

本发明储能系统通过合理的充、放控制，能够在机组产能无法完全输出时存储电量，并于特定条件下释放电量，帮助机组平滑有功功率的输出，并提高能量利用率。

本发明涉及的EMS系统提供了详细的数据统计功能，方便用户实时查看储能站电量数据和历史状态，针对不同使用者的不同身份，EMS系统提供不同权限的账户供用户使用，管理员可在用户管理中设置不同账户的权限，便于管理和日志统计。对于储能系统的每一次指令和动作，操作日志都会进行详细记录，方便追溯历史数据和历史指令。

本发明能实现三种充放电模式：

1、储能不参与调峰及机组控制，单纯参与现货交易；

本发明储能系统通过合理的充、放控制，能够在机组产能无法有效输出时存储电量（低电价），并于新能源出力不足时释放电量（高电价），帮助机组平滑有功功率的输出，并提高能量利用率和经济性。

1）储能充放电时刻：根据现货市场出清价格测算冲放电时刻，低电价时充电、高电价时放电。

2）经济性测算：计算设备在储能电池充放电次数寿命周期内经济效益；研究储能在改善风电场出力曲线，减少双细则考核和现货交易中发电量不足造成的购电损失。

2、储能不参与调峰，单纯参与现货交易和机组安全控制；

1）储能参与机组安全控制优势，在电网波动的情况下，结合储能柜内能量储备，支撑风电机组长时间并网运行运行。此外，储能系统可以用作紧急电源使用，在机组遭遇电网掉电且收桨故障时进行备用电源应急偏航使用，以提升机机组的安全性能。

2）储能充放电时刻：根据现货市场出清价格测算冲放电时刻，低电价时充电、高电价时放电。

3、全场模块化储能作为独立储能申报参与调峰以及现货市场；

全场站各机组模块化储能组合作为独立储能申报参与调峰及现货市场。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。