基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

在可再生能源中，風(fēng)能由于具有儲量大、分布廣的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于能源匱乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)；風(fēng)能資源的總儲量非常巨大，一年中技術(shù)可開發(fā)的能量約5.3×1013kW/h。然而風(fēng)能發(fā)電功率自身也存在強(qiáng)波動性和不確定性的不足，因此，當(dāng)電網(wǎng)被接入高滲透率風(fēng)電的時(shí)候，要想確保電力系統(tǒng)的有功實(shí)時(shí)均衡，就必須貯備很多的旋轉(zhuǎn)，確保充分、可靠的供電以及電能質(zhì)量[1～2]。

電力系統(tǒng)必須均衡產(chǎn)電和用電之間的關(guān)系，來解決不便大量存放電能這樣一個(gè)難題。用戶的需要是要求系統(tǒng)能夠輸出高質(zhì)量的電能，那么了解用戶用電的變動規(guī)律、精確而且準(zhǔn)時(shí)的判斷用電的多少就是系統(tǒng)正常運(yùn)行和節(jié)省財(cái)力的重要環(huán)節(jié)[3～4]。尤其是對于風(fēng)電并網(wǎng)供電的電力系統(tǒng)，如何準(zhǔn)確地預(yù)測電力系統(tǒng)的短期負(fù)荷，并根據(jù)風(fēng)力功率波動相應(yīng)地調(diào)整供電結(jié)構(gòu)，減小風(fēng)電功率波動對于電網(wǎng)供電穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的影響，以增強(qiáng)風(fēng)電功率的電網(wǎng)友好性，是風(fēng)電可持續(xù)、大規(guī)模發(fā)展的重要課題[2,5,6]。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有了不少關(guān)于風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的研究[7～8]，主要是研究了控制策略對儲能系統(tǒng)的影響，但是對于如何儲能結(jié)構(gòu)上改變風(fēng)電功率波動對供電調(diào)整影響這一方面的研究成果還較少。

1 基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)的技術(shù)方案

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)，根據(jù)風(fēng)力功率波動相應(yīng)地調(diào)整供電結(jié)構(gòu)，減小風(fēng)電功率波動對于電網(wǎng)供電穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的影響，以增強(qiáng)風(fēng)電功率的電網(wǎng)友好性。

為解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)采用的技術(shù)方案如下：

1)基本技術(shù)方案

基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)，包括電網(wǎng)輸電線路、負(fù)載供電支線線路、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電儲能飛輪、負(fù)載變壓器，并網(wǎng)變壓器和功率控制器裝配在負(fù)載供電支線線路和電網(wǎng)輸電線路之間，雙向變換器裝配在風(fēng)電儲能飛輪和負(fù)載供電支線線路之間，風(fēng)電功率監(jiān)測器裝配在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和負(fù)載供電支線線路之間，儲能功率監(jiān)測器裝配在雙向變換器和負(fù)載供電支線線路之間，負(fù)載功率監(jiān)測器裝配在負(fù)載變壓器和負(fù)載供電支線線路之間；以及接收由風(fēng)電功率監(jiān)測器、儲能功率監(jiān)測器和負(fù)載功率監(jiān)測器檢測到的信號，并對功率控制器和雙向變換器發(fā)出控制信號的功率監(jiān)控單片機(jī)。

2)改進(jìn)技術(shù)方案1

在上述基本技術(shù)方案的基礎(chǔ)之上，并網(wǎng)變壓器與電網(wǎng)輸電線路進(jìn)行相連，并網(wǎng)變壓器與功率控制器進(jìn)行相連，功率控制器與負(fù)載供電支線線路進(jìn)行相連；風(fēng)電變壓器裝配在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與風(fēng)電功率監(jiān)測器兩者之間； 雙向變換器和儲能功率監(jiān)測器之間還設(shè)置有儲能變壓器。

3)改進(jìn)技術(shù)方案2

作為上述改進(jìn)技術(shù)方案2的進(jìn)一步改進(jìn)，雙向變換器連接負(fù)載供電支線線路，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過雙向斬波器連接雙向變換器，且雙向斬波器和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間還設(shè)置有連接功率監(jiān)控單片機(jī)的飛輪儲能電量監(jiān)測器。

2 基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)實(shí)例說明

圖1是基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)，是由電網(wǎng)輸電線路10、與電網(wǎng)輸電線路10相連的負(fù)載供電支線線路、與負(fù)載供電支線線路相連的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20、與負(fù)載供電支線線路相連的風(fēng)電儲能飛輪30、以及連接負(fù)載供電支線線路的負(fù)載變壓器40，負(fù)載供電支線線路和電網(wǎng)輸電線路10之間設(shè)置有并網(wǎng)變壓器11和功率控制器12，雙向變換器33裝配在風(fēng)電儲能飛輪30與負(fù)載供電支線線路之間，風(fēng)電功率監(jiān)測器22裝配在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20和負(fù)載供電支線線路之間，儲能功率監(jiān)測器35裝配在雙向變換器33與負(fù)載供電支線線路之間，負(fù)載功率監(jiān)測器41裝配在負(fù)載變壓器40與負(fù)載供電支線線路之間；該系統(tǒng)還包含接收到的監(jiān)測信號，該信號是由風(fēng)電功率監(jiān)測器22、儲能功率監(jiān)測器35以及負(fù)載功率監(jiān)測器41監(jiān)測到的，并且對功率控制器12和雙向變換器33發(fā)出控制信號的功率監(jiān)控單片機(jī)50。

具體地，電網(wǎng)輸電線路10與并網(wǎng)變壓器11相連，并網(wǎng)變壓器11與功率控制器12相連，功率控制器12與負(fù)載供電支線線路相連；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20和風(fēng)電功率監(jiān)測器22之間還設(shè)置有風(fēng)電變壓器21； 雙向變換器33和儲能功率監(jiān)測器35之間還設(shè)置有儲能變壓器34。雙向變換器33連接負(fù)載供電支線線路，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20通過雙向斬波器32連接雙向變換器33，且雙向斬波器32和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20之間還設(shè)置有連接功率監(jiān)控單片機(jī)50的飛輪儲能電量監(jiān)測器31。

飛輪儲能電量監(jiān)測器31監(jiān)測到風(fēng)電儲能飛輪30的儲電量較少時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的多余發(fā)電量會補(bǔ)充至風(fēng)電儲能飛輪30中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的發(fā)電量不足由并網(wǎng)變壓器11和功率控制器12從電網(wǎng)輸電線路10中獲?。伙w輪儲能電量監(jiān)測器31監(jiān)測到風(fēng)電儲能飛輪30的儲電量較多時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的多余發(fā)電量會通過并網(wǎng)變壓器11和功率控制器12輸送至電網(wǎng)輸電線路10中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的發(fā)電量不足由風(fēng)電儲能飛輪30補(bǔ)充。

圖1 基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié) 語

基于短期負(fù)載預(yù)測的并網(wǎng)風(fēng)電儲能系統(tǒng)，是根據(jù)風(fēng)力功率波動相應(yīng)地調(diào)整供電結(jié)構(gòu)，減小風(fēng)電功率波動對于電網(wǎng)供電穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的影響，以增強(qiáng)風(fēng)電功率的電網(wǎng)友好性,該系統(tǒng)在供電調(diào)整方面將具有很好的應(yīng)用前景。

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