混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑系统及方法，目的是提供一种可满足二维时间尺度风电波动并网要求的双层平抑系统及方法。平抑系统包括：风电机组、风电测量中心、馈线、风场输出交流母线、电池储能系统、超级电容器，与电池储能系统、混合储能管理系统，与混合储能管理系统依次串接的通信模块、数据存储与管理模块，与数据存储与管理模块并接的小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块；本发明专利技术将两种储能技术相互结合对风电波动进行双层平抑，可满足技术规定的二维时间尺度风电波动并网要求。

【技术实现步骤摘要】
混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑系统及方法
：本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种包含超级电容器和电池储能的兆瓦级混合储能系统对风电场并网功率波动的双层平抑系统及方法。
技术介绍
：随着风电渗透率的增加，风电机组调压和调频能力弱下，无法给电网提供即时的有功和电压支撑，现有交流电网承载潮流转移的能力不足，难以有效反应大规模风电并网出力间歇性带来的潮流涌动，易引发全网电压波动。这些问题使得电网的安全稳定运行面临极大考验，如何在保证电网安全稳定运行的前提下平抑风电波动来增加消纳率，成为推动清洁能源发展、促进产业低碳化而亟待解决的问题。在风电场或风电场集群中引入电池储能系统是平抑风电功率波动、柔化其对电网冲击的主要措施之一。将两种或多种具有不同出力特性的储能电源组合成混合储能系统HESS，较单一结构的储能系统其平抑效果更优。目前中国实行的风电场接入电力系统技术规定分别对1分钟和10分钟两种时间尺度下的风场有功波动进行限制。而国内外研究机构针对混合储能系统的平抑风电场输出的控制策略，主要集中于利用各类储能不同的响应速率和充放电特性分别对次高频和高频分量进行平抑，未对波动较缓而容量较大的风电出力爬坡段采取措施，同样会给电网的AGC调频工作增加负担，难以满足10分钟尺度下的并网有功波动标准。专利技术目的：本专利技术目的是提供一种可满足二维时间尺度风电波动并网要求的双层平抑系统及方法。技术方案如下：混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑系统，包括：风电机组、风电测量中心、馈线、风场输出交流母线，分别与风场输出交流母线并接的电池储能系统、超级电容器，与电池储能系统、超级电容器相连的混合储能管理系统HESS，与混合储能管理系统HESS依次串接的通信模块、数据存储与管理模块，与数据存储与管理模块并接的小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块；所述小波阈值滤波模块，用于计算超级电容器的平抑功率值及充放电时长；均值平缓平抑模块，用于计算电池储能系统的平抑功率值及充放电时长；平抑效果评价模块，用于评价1分钟和10分钟时间尺度下的波动平抑效果；所述混合储能管理系统HESS与超级电容器双向数据交换，混合储能管理系统HESS给超级电容器的控制参数为超级电容器的平抑功率值、充放电时长，超级电容器给混合储能管理系统HESS的反馈参数为超级电容器的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值；所述混合储能管理系统HESS与电池储能系统双向数据交换，混合储能管理系统HESS给电池储能系统的控制参数为电池平抑功率值及充放电时长，电池储能系统给混合储能管理系统HESS的反馈参数为电池储能系统的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值；所述混合储能管理系统HESS与通信模块双向数据交换，混合储能管理系统HESS给通信模块的数据为电池储能系统和超级电容器各自的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值，通信模块给混合储能管理系统HESS的数据为电池储能系统、超级电容器各自的平抑功率值及充放电时长；所述通信模块同时接收风电测量中心传来的风电原始实时输出功率；所述数据存储与管理模块与小波阈值滤波模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给小波阈值滤波模块的数据为风电原始实时输出功率及超级电容器的实时功率、SoC值、充放电功率限值，小波阈值滤波模块给数据存储与管理模块的数据为超级电容器的平抑功率值、充放电时长；所述数据存储与管理模块与均值平缓平抑模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给均值平缓平抑模块的数据为风电中间实时输出功率及电池储能系统的实时功率、SoC值、充放电功率限值，均值平缓平抑模块给数据存储与管理模块的数据为电池储能系统的平抑功率值、充放电时长；所述数据存储与管理模块与平抑效果评价模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给平抑效果评价模块的数据为风电原始实时输出功率，平抑效果评价模块给数据存储与管理模块的数据为有功变化最大值减少率；所述小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块块之间依次单向数据交换，小波阈值滤波模块给均值平缓平抑模块的数据为超级电容器平抑后风电中间实时输出功率，均值平缓平抑模块给平抑效果评价模块的数据为电池储能系统平抑后风电最终实时输出功率。在上述双层平抑系统上实现的混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑方法，包括如下步骤：步骤A：通信模块读取风电测量中心和混合储能管理系统HESS的数据，然后将数据传至数据存储与管理模块进行存储与管理；其中，风电测量中心的数据包括：最近时段的风电原始实时输出功率、超级电容器和电池储能系统各自的实时功率值、充放电时长、SoC值、充放电功率限值、额定容量；步骤B：小波阈值滤波模块计算超级电容器的平抑功率值、充放电时长；步骤C：均值平缓平抑模块计算电池储能系统的平抑功率值、充放电时长；步骤D：平抑效果评价模块计算有功变化最大值减少率；并将步骤B和步骤C计算出的超级电容器和电池储能系统各自的平抑功率值、充放电时长在数据存储与管理模块中汇总后，通过通信模块输出到混合储能管理系统HESS。作为优选方案一，所述步骤B中，超级电容器平抑功率值、充放电时长的计算包括如下步骤：步骤B1：对最近时段风电场的风电原始实时输出功率进行基于Daubechies5即db5小波函数的小波变换分解；步骤B2：基于阈值函数对小波系数进行阈值量化处理；步骤B3：重构滤波信号并计算超级电容器的平抑功率值、充放电时长。作为优选方案一的进一步优选方案之一，所述步骤B1的具体过程如下：最近时段选择最近1小时；步骤B11：确定分辨率及小波基函数；选取db5小波ψ(t)作为小波基函数，取分辨率为2j，即尺度因子a＝2j，平移因子b＝k·2j，则离散小波基函数为ψ(t)＝2-j/2·ψ(2-j/2·t-k)；步骤B12：确定小波分解层数；对最近1小时风电原始实时输出功率Pw(t)进行n个离散点采样得到Pw(k)，则采样频率为超级电容器过滤的波动分量为1分钟尺度即频率为为凸显波动分量所在频带，实例中基本频率取为根据奈奎斯特定理确定分解层数N：步骤B13：基于Mallat算法进行小波分解；对Pw(k)进行N层小波逐层分解，第j层的尺度系数cj,k即近似分量和小波系数dj,k即细节分量由第j-1层(j＝1,2…,N)的尺度系数分解而来：其中c0,k＝Pw(k)，j为小波分解层数，l(n-2k)和h(n-2k)分别为低通滤波器系数和高通滤波器系数；小波基函数确定为db5小波函数后，低通滤波器和高通滤波器的系数也即确定；滤波分解后所得5个频带区间依次为Fi(i＝1，2,3,4,5)。作为优选方案一的进一步优选方案，所述步骤B2的具体过程如下：步骤B21：采用无偏风险估计阈值法确定阈值；依据小波系数dj,k绝对值的中位值对噪声水平σ进行估计：步骤B22：根据噪声水平σ和风电原始实时输出功率离散采样数据长度n确定阈值λ为：λ＝σ2lg(n)步骤B23：对小波系数dj,k施加软阈值函数后得到阈值量化后的小波系数d'j,k为：作为优选方案一的再进一步优选方案，所述步骤B3的具体过程如下：步骤B31：根据分解后不同频带的近似部分选取重构层数Nc；超级电容器要平抑的波动分量为1分钟时间尺度，故本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑系统，包括：风电机组、风电测量中心、馈线、风场输出交流母线；其特征在于，还包括：分别与风场输出交流母线并接的电池储能系统、超级电容器，与电池储能系统、超级电容器相连的混合储能管理系统HESS，与混合储能管理系统HESS依次串接的通信模块、数据存储与管理模块，与数据存储与管理模块并接的小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块；所述小波阈值滤波模块，用于计算超级电容器的平抑功率值及充放电时长；均值平缓平抑模块，用于计算电池储能系统的平抑功率值及充放电时长；平抑效果评价模块，用于评价波动平抑效果；所述混合储能管理系统HESS与超级电容器双向数据交换，混合储能管理系统HESS给超级电容器的控制参数为超级电容器的平抑功率值、充放电时长，超级电容器给混合储能管理系统HESS的反馈参数为超级电容器的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值；所述混合储能管理系统HESS与电池储能系统双向数据交换，混合储能管理系统HESS给电池储能系统的控制参数为电池平抑功率值、充放电时长，电池储能系统给混合储能管理系统HESS的反馈参数为电池储能系统的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值；所述混合储能管理系统HESS与通信模块双向数据交换，混合储能管理系统HESS给通信模块的数据为电池储能系统和超级电容器各自的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值，通信模块给混合储能管理系统HESS的数据为电池储能系统、超级电容器各自的平抑功率值及充放电时长；所述通信模块同时接收风电测量中心传来的风电原始实时输出功率；所述数据存储与管理模块与小波阈值滤波模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给小波阈值滤波模块的数据为风电原始实时输出功率及超级电容器的实时功率、SoC值、充放电功率限值，小波阈值滤波模块给数据存储与管理模块的数据为超级电容器的平抑功率值、充放电时长；所述数据存储与管理模块与均值平缓平抑模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给均值平缓平抑模块的数据为风电中间实时输出功率及电池储能系统的实时功率、SoC值、充放电功率限值，均值平缓平抑模块给数据存储与管理模块的数据为电池储能系统的平抑功率值、充放电时长；所述数据存储与管理模块与平抑效果评价模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给平抑效果评价模块的数据为风电原始实时输出功率，平抑效果评价模块给数据存储与管理模块的数据为有功变化最大值减少率；所述小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块块之间依次单向数据交换，小波阈值滤波模块给均值平缓平抑模块的数据为超级电容器平抑后风电中间实时输出功率，均值平缓平抑模块给平抑效果评价模块的数据为电池储能系统平抑后风电最终实时输出功率。...

【技术特征摘要】
1.混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑系统，包括：风电机组、风电测量中心、馈线、风场输出交流母线；其特征在于，还包括：分别与风场输出交流母线并接的电池储能系统、超级电容器，与电池储能系统、超级电容器相连的混合储能管理系统HESS，与混合储能管理系统HESS依次串接的通信模块、数据存储与管理模块，与数据存储与管理模块并接的小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块；所述小波阈值滤波模块，用于计算超级电容器的平抑功率值及充放电时长；均值平缓平抑模块，用于计算电池储能系统的平抑功率值及充放电时长；平抑效果评价模块，用于评价波动平抑效果；所述混合储能管理系统HESS与超级电容器双向数据交换，混合储能管理系统HESS给超级电容器的控制参数为超级电容器的平抑功率值、充放电时长，超级电容器给混合储能管理系统HESS的反馈参数为超级电容器的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值；所述混合储能管理系统HESS与电池储能系统双向数据交换，混合储能管理系统HESS给电池储能系统的控制参数为电池平抑功率值、充放电时长，电池储能系统给混合储能管理系统HESS的反馈参数为电池储能系统的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值；所述混合储能管理系统HESS与通信模块双向数据交换，混合储能管理系统HESS给通信模块的数据为电池储能系统和超级电容器各自的实时功率、SoC值、充放电功率限值、额定容量值，通信模块给混合储能管理系统HESS的数据为电池储能系统、超级电容器各自的平抑功率值及充放电时长；所述通信模块同时接收风电测量中心传来的风电原始实时输出功率；所述数据存储与管理模块与小波阈值滤波模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给小波阈值滤波模块的数据为风电原始实时输出功率及超级电容器的实时功率、SoC值、充放电功率限值，小波阈值滤波模块给数据存储与管理模块的数据为超级电容器的平抑功率值、充放电时长；所述数据存储与管理模块与均值平缓平抑模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给均值平缓平抑模块的数据为风电中间实时输出功率及电池储能系统的实时功率、SoC值、充放电功率限值，均值平缓平抑模块给数据存储与管理模块的数据为电池储能系统的平抑功率值、充放电时长；所述数据存储与管理模块与平抑效果评价模块之间双向交换数据，数据存储与管理模块给平抑效果评价模块的数据为风电原始实时输出功率，平抑效果评价模块给数据存储与管理模块的数据为有功变化最大值减少率；所述小波阈值滤波模块、均值平缓平抑模块、平抑效果评价模块块之间依次单向数据交换，小波阈值滤波模块给均值平缓平抑模块的数据为超级电容器平抑后风电中间实时输出功率，均值平缓平抑模块给平抑效果评价模块的数据为电池储能系统平抑后风电最终实时输出功率。2.在权利要求1所述双层平抑系统上实现的混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：通信模块读取风电测量中心和混合储能管理系统HESS的数据，然后将数据传至数据存储与管理模块进行存储与管理；其中，风电测量中心的数据包括：最近时段的风电原始实时输出功率、超级电容器和电池储能系统各自的实时功率值、充放电时长、SoC值、充放电功率限值、额定容量；步骤B：小波阈值滤波模块计算超级电容器的平抑功率值、充放电时长；步骤C：均值平缓平抑模块计算电池储能系统的平抑功率值、充放电时长；步骤D：平抑效果评价模块计算有功变化最大值减少率；并将步骤B和步骤C计算出的超级电容器和电池储能系统各自的平抑功率值、充放电时长在数据存储与管理模块中汇总后，通过通信模块输出到混合储能管理系统HESS。3.根据权利要求2所述混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑方法，其特征在于，所述步骤B中，超级电容器平抑功率值、充放电时长的计算包括如下步骤：步骤B1：对最近时段风电场的风电原始实时输出功率进行基于Daubechies5即db5小波函数的小波变换分解；步骤B2：基于阈值函数对小波系数进行阈值量化处理；步骤B3：重构滤波信号并计算超级电容器的平抑功率值、充放电时长。4.根据权利要求3所述混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑方法，其特征在于，所述步骤B1的具体过程如下：最近时段选择最近1小时；步骤B11：确定分辨率及小波基函数；选取db5小波ψ(t)作为小波基函数，取分辨率为2j，即尺度因子a＝2j，平移因子b＝k·2j，则离散小波基函数为ψ(t)＝2-j/2·ψ(2-j/2·t-k)；步骤B12：确定小波分解层数；对最近1小时风电原始实时输出功率Pw(t)进行n个离散点采样得到Pw(k)，则采样频率为超级电容器过滤的波动分量为1分钟尺度即频率为为凸显波动分量所在频带，实例中基本频率取为根据奈奎斯特定理确定分解层数N：步骤B13：基于Mallat算法进行小波分解；对Pw(k)进行N层小波逐层分解，第j层的尺度系数cj,k即近似分量和小波系数dj,k即细节分量由第j-1层(j＝1,2…,N)的尺度系数分解而来：其中c0,k＝Pw(k)，j为小波分解层数，l(n-2k)和h(n-2k)分别为低通滤波器系数和高通滤波器系数；小波基函数确定为db5小波函数后，低通滤波器和高通滤波器的系数也即确定；滤波分解后所得5个频带区间依次为Fi(i＝1，2,3,4,5)。5.根据权利要求4所述混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑方法，其特征在于，所述步骤B2的具体过程如下：步骤B21：采用无偏风险估计阈值法确定阈值；依据小波系数dj,k绝对值的中位值对噪声水平σ进行估计：步骤B22：根据噪声水平σ和风电原始实时输出功率离散采样数据长度n确定阈值λ为：λ＝σ2lg(n)步骤B23：对小波系数dj,k施加软阈值函数后得到阈值量化后的小波系数d'j,k为：6.根据权利要求5所述混合储能管理系统HESS对风电波动的双层平抑方法，其特征在于，所述步骤B3的具体过程如下：步骤B31：根据分解后不同频带的近似部分选取重构层数Nc；超级电容器要平抑的波动分量为1分钟时间尺度，故需要选择波动频率所在频带范围的所属层数，再从该层开始重构；即：若则Nc＝i，故从第Nc层开始逐层往上重构；步骤B32：基于步骤B1和步骤B2中所得小波系数逐层重构近似部分：其中j＝Nc，Nc-1,...,1，最后得到小波阈值滤波后的风电功率信号为：则超级电容器的初始平抑功率值为：Pc(t)＝P′w(t)-Pw(t)，则t0时刻初始平抑功率值为Pc(t0)；步骤B33：根据超级电容器的SoCc值确定t0时刻平抑功率值Pc'(t0)及充放电时长Tc(t0)：超级电容器动作死区宽度ΔPc_d＝0.1MW，当间隔ΔT的两个平抑功率值变化小于死区宽度时，在考虑当前SoC基础上维持前一个平抑功率值；紧急情况有两种情形：紧急情形B1：当SoCc_real<SoCc_...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴忠，陈伟，范有胜，
申请(专利权)人：北京国网普瑞特高压输电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11