專利名稱：一種海上風電功率/頻率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動控制領(lǐng)域，具體地涉及一種海上風電功率/頻率控制方法。
背景技術(shù)：
在全球能源供應持續(xù)緊張和金融危機的影響下，世界各國紛紛加大對風力發(fā)電等 清潔能源的開發(fā)力度。海上風電正逐漸成為各國風能開發(fā)的重要戰(zhàn)略方向。我國島嶼與大 陸的距離一般在10 50海里，無電與電價高已嚴重制約這些島嶼的經(jīng)濟發(fā)展，我國擁有豐 富的近海風能資源，海上風電由于其資源豐富、對環(huán)境的負面影響較少，可以大規(guī)模開發(fā)等 優(yōu)勢，一直受到風電開發(fā)商的關(guān)注。目前全世界建成的海上風電場有30余座，裝機容量達 到了 100萬千瓦。海上風電技術(shù)正在完善，海上風電場開始進入規(guī)模化發(fā)展階段。風力發(fā)電是高度間歇性電能，如果能對風力發(fā)電功率進行比較準確的預測，則可 有效地減輕風電對電網(wǎng)的影響，而且還可以減少電力系統(tǒng)運行成本和旋轉(zhuǎn)備用，提高風電 穿透功率極限，同時為風電場參與發(fā)電競價奠定了基礎(chǔ)。因此，對風力發(fā)電設(shè)施出力進行預 測可以增加風電的市場競爭力。對風力發(fā)電的預測主要集中在如何對風速和風力進行比較 準確的預測。國外關(guān)于風電出力預測的研究起步較早，目前短時預測的平均絕對誤差可以 達到總裝機容量的10% 15%。丹麥、德國等風電技術(shù)發(fā)達國家已開發(fā)出風電場出力預測 系統(tǒng)，并成功應用于多個風電場。我國關(guān)于風電出力預測的研究起步較晚，主要集中在提前 幾小時的短期預測。風電場風速預測誤差約為25% 40%，出力預測誤差更大。目前還未 開發(fā)出成熟的風電場出力預測系統(tǒng)。由于風能資源具有隨機性，海上風電產(chǎn)生的電能不能直接用于當?shù)刎摵?，因此?上風電場都要與其他穩(wěn)定電源進行互補運行才能供給當?shù)刎摵桑樗钅茈娬揪哂袉?快、運行靈活等特點，在電力系統(tǒng)中可承擔削峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急備用等任務，從而受 到世界各國電力部門高度重視和熱切關(guān)注。一般而言，抽水蓄能電站都是伴著包括上下游 水庫建設(shè)在內(nèi)的大規(guī)模土木工程，因而對其周圍環(huán)境的影響常常成為人們關(guān)注的焦點，其 建設(shè)地點的選定也容易受到來自環(huán)境評價的限制。而海水抽水蓄能發(fā)電可以把海洋作為下 水庫，并在島嶼上選擇合適的地區(qū)建立上水庫，這不但不會對動植物保護和森林生態(tài)等產(chǎn) 生負面影響，而且還不會用到淡水資源，因此海上抽水蓄能電站日益引起人們的密切關(guān)注 和高度重視。其中，日本從80年代便開始海水抽水蓄能發(fā)電技術(shù)的試驗研究并取得階段性 成果，我國也有海水抽水蓄能電站研究開發(fā)的規(guī)劃和設(shè)想。海水抽水蓄能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展， 為電力系統(tǒng)經(jīng)濟/可靠/安全運行和提高電力工業(yè)經(jīng)濟效益找到一種有前途的可實現(xiàn)的新 型抽水蓄能發(fā)電方式。海島電力一般是與電網(wǎng)隔斷的。而島嶼負荷一般比較小，通過抽水蓄能電站對風 電場進行削峰填谷一般可以滿足島嶼負荷，由于海上風能資源比較豐富，如何利用滿足當 地負荷外的大量風能呢？由于氫大量地存在于海水中，因此可以通過電解海水制氫。但海 水中含有NaCl，使得在電解海水過程中氯氣會在陽極析出，而抑制了氧氣的產(chǎn)生。氯氣的析 出會嚴重影響人體健康，造成環(huán)境污染，因此需要絕對避免。在所有適合做電極的金屬材料中，只有錳的氧化物可以在反應中在陽極主要產(chǎn)生氧氣，只有少量的氯氣析出。并且摻雜的 電極對氧氣的產(chǎn)生率更高。Ghany等人(2000年)用Μη1_χΜ。χ02+χ/Ι/)2/ \作為電極，氧氣的生 成率達到了 100 %，完全避免了氯氣的產(chǎn)生，使得電解海水制氫變得可行。到目前為止，電解 海水制氫技術(shù)已經(jīng)相當成熟。電解水制氫的反應式為
權(quán)利要求
一種海上風電功率/頻率控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)選擇近海風能豐富地區(qū)建立大規(guī)模風電場，并在風電場內(nèi)建立風電制氫設(shè)備，當風電場有多余風能時，利用電子負荷調(diào)節(jié)器對制氫設(shè)備多少進行自動投切；(2)在風電場附近選擇合適地區(qū)建立抽水蓄能電站，以海水為下水庫，選擇與海水落差相對較大的島嶼建立上水庫，并在上水庫安裝發(fā)電機組，在下水庫安裝水輪機組，抽水蓄能電站各時刻所需電能全部來自風電場；(3)控制系統(tǒng)根據(jù)日負荷預測曲線和風電場預測曲線對風電場、抽水蓄能電站各時刻出力進行調(diào)控，使得風電場與抽水蓄能電站各時刻向當?shù)刎摵奢斔碗娔芘c各時刻當?shù)厮柝摵上喈?，同時，電子負荷調(diào)節(jié)器根據(jù)控制系統(tǒng)提供的多余風能來對制氫設(shè)備進行調(diào)控。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從海島地區(qū)用電情況出發(fā)，對海島地區(qū)歷史數(shù)據(jù)進行分析，得到海島日負荷預測曲線， 結(jié)合風電預測技術(shù)對風電場日輸出功率進行預測，控制系統(tǒng)根據(jù)日負荷預測曲線和風電場 預測曲線對風電場、抽水蓄能電站各時刻出力進行調(diào)控；當風電場最大輸出功率Pvi不能 滿足當?shù)刎摵蒔i時，抽水蓄能電站進行放水發(fā)電，此時抽水蓄能發(fā)電機組輸出功率Phi = min (Phmax, Pi-Pvi)，其中Phmax為抽水蓄能發(fā)電機組最大發(fā)電功率；當Pvi > Pi時，風電場向島嶼地區(qū)輸送功率Pwi = Pi,此時抽水蓄能電站進行抽水操 作，由于上水庫各時刻蓄水量不但要滿足下一時刻需求，還要有足夠的備用容量；因此 0 ^ Ppi ^ min (Ppmax, Pvi-Pi)，各時刻Ppi具體值由控制系統(tǒng)通過優(yōu)化計算給出，其中Ppmax為 抽水蓄能電站最大抽水功率；當Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ ηρ > 0時，電子負荷調(diào)節(jié)器開始投入制氫設(shè)備，其中制氫設(shè)備投入 總?cè)萘繛镻vi-Pwi/ Hw-Ppi/ V電子負荷調(diào)節(jié)器根據(jù)各時刻Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ Π ρ值的變化來增 減制氫設(shè)備數(shù)量，當Pvi-Pwi/ Hw-Ppi/ np = 0時，不投入制氫設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種海上風電功率/頻率控制方法，將海上風電場與抽水蓄能電站相結(jié)合形成互補運行系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)風電場功率預測曲線、當?shù)厝肇摵汕€、系統(tǒng)參數(shù)等對風電場和抽水蓄能電站各時刻出力進行調(diào)控，滿足當?shù)刎摵尚枨?。同時，風電場將制氫設(shè)備作為變換負載，電子負荷調(diào)節(jié)器根據(jù)各時刻風電場多余電能對制氫設(shè)備進行不同程度的投切。最終達到風電功率/頻率控制的目的。
文檔編號F03B15/00GK101975141SQ20101051290
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者宋潔, 王志凱 申請人:中電普瑞科技有限公司;中國電力科學研究院