基于短期负载预测的并网风电储能系统的设计

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(安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000)

0 引 言

在可再生能源中，风能由于具有储量大、分布广的特点而被广泛应用于能源匮乏的偏远地区；风能资源的总储量非常巨大，一年中技术可开发的能量约5.3×1013kW/h。然而风能发电功率自身也存在强波动性和不确定性的不足，因此，当电网被接入高渗透率风电的时候，要想确保电力系统的有功实时均衡，就必须贮备很多的旋转，确保充分、可靠的供电以及电能质量[1～2]。

电力系统必须均衡产电和用电之间的关系，来解决不便大量存放电能这样一个难题。用户的需要是要求系统能够输出高质量的电能，那么了解用户用电的变动规律、精确而且准时的判断用电的多少就是系统正常运行和节省财力的重要环节[3～4]。尤其是对于风电并网供电的电力系统，如何准确地预测电力系统的短期负荷，并根据风力功率波动相应地调整供电结构，减小风电功率波动对于电网供电稳定性和供电质量的影响，以增强风电功率的电网友好性，是风电可持续、大规模发展的重要课题[2,5,6]。目前，国内外已经有了不少关于风电并网电力系统的研究[7～8]，主要是研究了控制策略对储能系统的影响，但是对于如何储能结构上改变风电功率波动对供电调整影响这一方面的研究成果还较少。

1 基于短期负载预测的并网风电储能系统的技术方案

为了克服现有技术的不足，提供了基于短期负载预测的并网风电储能系统，根据风力功率波动相应地调整供电结构，减小风电功率波动对于电网供电稳定性和供电质量的影响，以增强风电功率的电网友好性。

为解决现有的技术问题，基于短期负载预测的并网风电储能系统采用的技术方案如下：

1)基本技术方案

基于短期负载预测的并网风电储能系统，包括电网输电线路、负载供电支线线路、风力发电机组、风电储能飞轮、负载变压器，并网变压器和功率控制器装配在负载供电支线线路和电网输电线路之间，双向变换器装配在风电储能飞轮和负载供电支线线路之间，风电功率监测器装配在风力发电机组和负载供电支线线路之间，储能功率监测器装配在双向变换器和负载供电支线线路之间，负载功率监测器装配在负载变压器和负载供电支线线路之间；以及接收由风电功率监测器、储能功率监测器和负载功率监测器检测到的信号，并对功率控制器和双向变换器发出控制信号的功率监控单片机。

2)改进技术方案1

在上述基本技术方案的基础之上，并网变压器与电网输电线路进行相连，并网变压器与功率控制器进行相连，功率控制器与负载供电支线线路进行相连；风电变压器装配在风力发电机组与风电功率监测器两者之间； 双向变换器和储能功率监测器之间还设置有储能变压器。

3)改进技术方案2

作为上述改进技术方案2的进一步改进，双向变换器连接负载供电支线线路，风力发电机组通过双向斩波器连接双向变换器，且双向斩波器和风力发电机组之间还设置有连接功率监控单片机的飞轮储能电量监测器。

2 基于短期负载预测的并网风电储能系统实例说明

图1是基于短期负载预测的并网风电储能系统的结构示意图。如图1所示，基于短期负载预测的并网风电储能系统，是由电网输电线路10、与电网输电线路10相连的负载供电支线线路、与负载供电支线线路相连的风力发电机组20、与负载供电支线线路相连的风电储能飞轮30、以及连接负载供电支线线路的负载变压器40，负载供电支线线路和电网输电线路10之间设置有并网变压器11和功率控制器12，双向变换器33装配在风电储能飞轮30与负载供电支线线路之间，风电功率监测器22装配在风力发电机组20和负载供电支线线路之间，储能功率监测器35装配在双向变换器33与负载供电支线线路之间，负载功率监测器41装配在负载变压器40与负载供电支线线路之间；该系统还包含接收到的监测信号，该信号是由风电功率监测器22、储能功率监测器35以及负载功率监测器41监测到的，并且对功率控制器12和双向变换器33发出控制信号的功率监控单片机50。

具体地，电网输电线路10与并网变压器11相连，并网变压器11与功率控制器12相连，功率控制器12与负载供电支线线路相连；风力发电机组20和风电功率监测器22之间还设置有风电变压器21； 双向变换器33和储能功率监测器35之间还设置有储能变压器34。双向变换器33连接负载供电支线线路，风力发电机组20通过双向斩波器32连接双向变换器33，且双向斩波器32和风力发电机组20之间还设置有连接功率监控单片机50的飞轮储能电量监测器31。

飞轮储能电量监测器31监测到风电储能飞轮30的储电量较少时，风力发电机组20的多余发电量会补充至风电储能飞轮30中，风力发电机组20的发电量不足由并网变压器11和功率控制器12从电网输电线路10中获取；飞轮储能电量监测器31监测到风电储能飞轮30的储电量较多时，风力发电机组20的多余发电量会通过并网变压器11和功率控制器12输送至电网输电线路10中，风力发电机组20的发电量不足由风电储能飞轮30补充。

图1 基于短期负载预测的并网风电储能系统的结构示意图

3 结 语

基于短期负载预测的并网风电储能系统，是根据风力功率波动相应地调整供电结构，减小风电功率波动对于电网供电稳定性和供电质量的影响，以增强风电功率的电网友好性,该系统在供电调整方面将具有很好的应用前景。

参考文献:

[1] 程晶晶.一种光伏风电一体化短期负载预测系统的设计[J]. 电子技术, 2017.06.23-25.

[2] 周明龙，程晶晶. 基于短期负载预测的并网风电储能系统[P]. 中国专利:CN206211545U,2017-05-31.

[3] 梁正堂.基于不确定性特征挖掘的风电系统预测与决策理论研究[D]. 山东大学 . 2017

[4] 张从谦.功率预测及混合储能在风电系统中的应用研究[D].东南大学. 2016

[5] 程晶晶.基于组合预测模型的电力系统短期负荷预测研究[D]. 安徽理工大学. 2015.

[6] 程晶晶，周明龙.GA-WNN网络在风电功率预测中的应用研究[J]. 重庆工商大学学报(自然科学版), 2015.02?.62-66.

[7] 闫鹤鸣，李相俊,麻秀范,等.基于超短期风电预测功率的储能系统跟踪风电计划出力控制方法[J].电网技术. 2015 (02).432-439.

[8] 常鹏,高亚静，张琳，等.基于EEMD与时间序列法的短期风电场功率预测[J]. 电力科学与工程. 2012 (03) .33-39.