本發(fā)明屬于儲(chǔ)能型風(fēng)電場領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方法。

背景技術(shù)：

水力發(fā)電廠(含抽水蓄能電站)由于具有廠用電小、啟動(dòng)速度快等特點(diǎn)，成為電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源的最佳選擇。但是，受地理位置限制，我國內(nèi)蒙古、西北等一些地區(qū)的水資源較為匱乏，地區(qū)內(nèi)水力發(fā)電廠較少，一旦發(fā)生大面積停電事故，其電網(wǎng)的恢復(fù)將嚴(yán)重依賴于主網(wǎng)，恢復(fù)時(shí)間較長。針對局域電網(wǎng)所處特殊地理位置和需求，尋找可以作為其黑啟動(dòng)電源的新型電源，對于提高局域電網(wǎng)恢復(fù)速度具有重要作用。

我國內(nèi)蒙古、西北等一些地區(qū)風(fēng)能資源十分豐富，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為當(dāng)?shù)氐闹饕娫础Ｍㄟ^為風(fēng)電場配置大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以建成儲(chǔ)能型風(fēng)電場，利用儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為電網(wǎng)的黑啟動(dòng)電源成為一種選擇。其中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是儲(chǔ)能型風(fēng)電場能否作為黑啟動(dòng)電源的關(guān)鍵，需對儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法進(jìn)行研究。

儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為局域電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源的可行性探討(《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》2016年21期)，以蒙東呼倫貝爾地區(qū)電網(wǎng)為例，提出了通過為其大良風(fēng)電場配置大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(Battery Energy Storage System，BESS)以帶動(dòng)附近東海拉爾電廠熱電機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)的方案，并通過對儲(chǔ)能型風(fēng)電場的自啟動(dòng)、儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)熱電機(jī)組輔機(jī)等暫態(tài)過程進(jìn)行仿真驗(yàn)證了所提方案的可行性。但上述文獻(xiàn)只是根據(jù)黑啟動(dòng)過程中BESS有功與無功輸出的最大值初步將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置為16MW×1h，并未提出具體配置方法。因此，本申請對儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為黑啟動(dòng)電源時(shí)其電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方法與方案進(jìn)行深入研究，對降低電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置成本，提高利用儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為黑啟動(dòng)電源的經(jīng)濟(jì)可行性具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方法，使所配電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠滿足在利用儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)熱電機(jī)組過程中對其功率和容量的需求，并具備較高的經(jīng)濟(jì)可行性。該方法從電池模塊的額定容量與功率極限、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的容量三個(gè)方面對電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行配置并對初始荷電狀態(tài)范圍進(jìn)行計(jì)算，能夠使儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為黑啟動(dòng)電源的同時(shí)，降低電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置成本。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

通過評估熱電機(jī)組啟動(dòng)過程中各階段所需時(shí)間，對儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)熱電機(jī)組的過程進(jìn)行仿真，并考慮BESS的充放電效率，獲得BESS的功率輸出曲線；通過對BESS的有功功率進(jìn)行積分，獲得電池模塊相對于其初始狀態(tài)的累計(jì)能量輸出，根據(jù)設(shè)定荷電狀態(tài)范圍計(jì)算電池模塊的額定容量；根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在熱電機(jī)組啟動(dòng)過程中有功與視在功率的最大值，分別確定電池模塊的最大充放電功率和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中逆變器的容量；在確定的電池模塊的額定容量基礎(chǔ)上，根據(jù)黑啟動(dòng)過程中電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)需處于設(shè)定的工作范圍內(nèi)，確定初始荷電狀態(tài)的范圍，并以此范圍作為判斷利用儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)熱電機(jī)組的方案能否執(zhí)行的條件。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、本方法能夠使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)滿足儲(chǔ)能型風(fēng)電場在啟動(dòng)熱電機(jī)組過程中對電池儲(chǔ)能系統(tǒng)功率和能量的需求，使儲(chǔ)能型風(fēng)電場具備作為電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源的能力。

2、本方法從電池模塊額定容量、電池模塊功率極限、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)容量三個(gè)方面對電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行配置，能夠有效降低電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置成本，提高利用儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為黑啟動(dòng)電源的經(jīng)濟(jì)可行性。并對初始荷電狀態(tài)范圍進(jìn)行了計(jì)算，為黑啟動(dòng)預(yù)案能否執(zhí)行提供了一個(gè)判據(jù)條件。

附圖說明

圖1為實(shí)施例的系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參照圖1，以呼倫貝爾電網(wǎng)為研究對象，通過為其大良風(fēng)電場配置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以能利用所建儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)附近東海拉爾電廠的熱電機(jī)組。大良風(fēng)電場主要由33臺(tái)額定容量為1.55MVA的雙饋風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成。

儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置步驟如下：

1.黑啟動(dòng)過程中BESS功率輸出波形的確定方法

一般情況下，在黑啟動(dòng)過程中后續(xù)啟動(dòng)操作需在前一級電力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后才能進(jìn)行，不同階段所需的時(shí)間與電力設(shè)備特性以及運(yùn)行人員的操作熟練度等有關(guān)。將大良風(fēng)電場啟動(dòng)?xùn)|海拉爾電廠的整個(gè)黑啟動(dòng)過程分為儲(chǔ)能型風(fēng)電場自啟動(dòng)、儲(chǔ)能型風(fēng)電場空充出口變TD、儲(chǔ)能型風(fēng)電場空充西良線和伊西線、儲(chǔ)能型風(fēng)電場空充高備變TGB和儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)熱電機(jī)組輔機(jī)五個(gè)階段，根據(jù)背景技術(shù)文獻(xiàn)(儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為局域電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源的可行性探討)對東海拉爾電廠啟動(dòng)時(shí)間以及變壓器、輸電線路充電時(shí)間進(jìn)行估計(jì)，確定每個(gè)階段所需時(shí)間分別為10min、5min、5min、5min和35min，總時(shí)長為1h。

在確定了黑啟動(dòng)各階段所需時(shí)間后，采用背景技術(shù)文獻(xiàn)(儲(chǔ)能型風(fēng)電場作為局域電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源的可行性探討)中所提有關(guān)于大良風(fēng)電場黑啟動(dòng)?xùn)|海拉爾電廠熱電機(jī)組的啟動(dòng)方案對整個(gè)過程進(jìn)行仿真，從而可獲得BESS在黑啟動(dòng)過程中不同階段的功率輸出數(shù)據(jù)。BESS在每個(gè)采樣點(diǎn)的輸出功率，可用復(fù)功率S_bess,i表示為:

S_bess,i＝P_bess,i+jQ_bess,i (3)

式中：P_bess,i和Q_bess,i分別表示BESS的有功和無功功率輸出，i為采樣時(shí)刻。BESS向電網(wǎng)輸出功率為正，從電網(wǎng)吸收功率為負(fù)。

另外，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，BESS的充放電過程會(huì)有一定的能量損耗，利用仿真所得BESS的有功輸出數(shù)據(jù)，并計(jì)及BESS的充放電效率，則BESS在黑啟動(dòng)過程中每個(gè)采樣點(diǎn)的有功功率輸出可表示為：

式中：η_bin和η_bout分別為BESS的充電效率和放電效率。

2.電池模塊額定容量的配置方法

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(State OfCharge，SOC)是指其電池模塊內(nèi)剩余電量與總?cè)萘康谋戎担軌蚍从畴姵厥欠窆ぷ髟谡７秶鷥?nèi)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)可表示為：

式中：SOC_t為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻的荷電狀態(tài)；E_b,t為t時(shí)刻電池模塊內(nèi)的剩余能量；E_BESS為電池模塊的額定容量；SOC₀為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始荷電狀態(tài)。E_s,t為t時(shí)刻電池模塊相對于其初始狀態(tài)的累計(jì)能量輸出，可表示為：

式中：T_s為采樣周期，其單位為s。

在儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)熱電機(jī)組過程中，電池模塊相對于其初始狀態(tài)的累計(jì)能量輸出時(shí)刻發(fā)生變化。根據(jù)式(5)可知，當(dāng)累計(jì)能量輸出處于最大值時(shí)，BESS的荷電狀態(tài)最小；反之，BESS的荷電狀態(tài)最大，因此，電池模塊的最小荷電狀態(tài)SOC_b,min和最大荷電狀態(tài)SOC_b,max可分別表示為：

式中：E_s,max和E_s,min分別為電池模塊相對于其初始狀態(tài)累計(jì)能量輸出的最大值和最小值。

在啟動(dòng)熱電機(jī)組過程中，為了避免對電池模塊進(jìn)行過充或過放，需使BESS的荷電狀態(tài)處于設(shè)定的正常工作范圍內(nèi)，可表示為：

式中：SOC_max和SOC_min分別表示BESS正常工作時(shí)其荷電狀態(tài)的上、下限值。

將式(8)內(nèi)兩式相減確定電池模塊額定容量E_BESS，其滿足：

3.電池模塊最大充放電功率及逆變器容量的配置方法

為了使儲(chǔ)能型風(fēng)電場能夠在啟動(dòng)熱電機(jī)組過程中保持頻率和電壓的穩(wěn)定，BESS必須能夠滿足黑啟動(dòng)過程中對于其最大有功和無功功率的需求。通過對黑啟動(dòng)過程中BESS的有功功率輸出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可獲得BESS的最大有功功率輸出，并根據(jù)該值配置電池模塊的最大充放電功率，即：

式中：P_bmax表示電池模塊的的最大充放電功率；α_n表示BESS功率采樣點(diǎn)的集合。

由式(2)可知，BESS向電網(wǎng)輸送無功的能力主要由PCS中逆變器的容量決定。因此，為了使BESS能夠滿足黑啟動(dòng)過程中對于其無功極限的要求，PCS中逆變器的容量S_vsc滿足：

4.SOC初始值范圍的計(jì)算方法

在執(zhí)行黑啟動(dòng)預(yù)案前，需檢查電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始荷電狀態(tài)是否處于合理范圍內(nèi)，以保證在黑啟動(dòng)過程中電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)能夠處于設(shè)定的工作范圍內(nèi)。因此，通過整理式(8)可得到BESS初始荷電狀態(tài)的范圍，即：

由式(9)確定電池模塊的額定容量后，代入式(12)可得到初始荷電狀態(tài)的范圍，并以此作為判斷利用儲(chǔ)能型風(fēng)電場啟動(dòng)3號熱電機(jī)組方案能否進(jìn)行的條件。