本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)電場能量管理領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)儲(chǔ)一體化風(fēng)電場的能量管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近兩年，我國多地頻發(fā)嚴(yán)重霧霾天氣，“等風(fēng)來”成為人們最殷切的企盼。這是一種戲謔，更是一種無奈。這背后折射出的是以化石能源為主宰的發(fā)展方式已經(jīng)超出了環(huán)境的承載負(fù)荷，發(fā)展風(fēng)電、太陽能、潮汐能等清潔能源上升為國家的戰(zhàn)略選擇。隨著“十三五”規(guī)劃的深入，風(fēng)電發(fā)展的目標(biāo)有望進(jìn)一步調(diào)升。但是，與發(fā)展速度和規(guī)模相悖的是，棄風(fēng)限電現(xiàn)象愈發(fā)突出，已成為影響我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的主要瓶頸。棄風(fēng)問題難解，暴露了我國能源規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行中的種種矛盾。

由此，儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電系統(tǒng)中的使用越發(fā)引起關(guān)注。國家發(fā)改委、國家能源局與工信部聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，在重點(diǎn)任務(wù)中的第一項(xiàng)“推動(dòng)建設(shè)智能化能源生產(chǎn)消費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施”明確要求“開發(fā)儲(chǔ)電等大容量、低成本、高效率、長壽命儲(chǔ)能產(chǎn)品及系統(tǒng)。推動(dòng)在集中式新能源發(fā)電基地配置適當(dāng)規(guī)模的儲(chǔ)能電站，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)與新能源、電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行?！?/p>

目前，風(fēng)電場存在有功、無功功率波動(dòng)，風(fēng)電機(jī)組無功功率閑置，并網(wǎng)電壓變化范圍大等問題。風(fēng)儲(chǔ)一體化是一種能很好利用儲(chǔ)能充放電、調(diào)節(jié)無功的特性，有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場的穩(wěn)定運(yùn)行、平抑有功波動(dòng)、優(yōu)化風(fēng)電調(diào)度，并能很好地完成風(fēng)電場無功功率、無功電壓及功率因素控制。因此，風(fēng)儲(chǔ)一體化的風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)開發(fā)是當(dāng)前開發(fā)風(fēng)儲(chǔ)項(xiàng)目開發(fā)過程中需要研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為克服目前風(fēng)電場存在的功率波動(dòng)、無功功率閑置、并網(wǎng)電壓變化范圍大等問題，提出了一種結(jié)合儲(chǔ)能的風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種結(jié)合儲(chǔ)能的風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)， 包括：能量管理模塊及與所述能量管理模塊相連的風(fēng)電場升壓站數(shù)據(jù)采集模塊、儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊、調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊、風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、風(fēng)電機(jī)組控制模塊、儲(chǔ)能設(shè)備控制模塊，還包括監(jiān)測報(bào)警模塊，與所述存儲(chǔ)模塊相連，其中：

所述風(fēng)電場升壓站數(shù)據(jù)采集模塊用于連接風(fēng)電場出口點(diǎn)數(shù)據(jù)測量設(shè)備，獲取有功功率、無功功率、電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)；

所述儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊與儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行通訊，用于采集儲(chǔ)能設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊用于接收調(diào)度中心下發(fā)的風(fēng)電場運(yùn)行調(diào)節(jié)指令；

所述風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊與風(fēng)電場各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組通訊連接，獲取機(jī)組運(yùn)行信息；

所述能量管理模塊用于根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行要求，執(zhí)行相應(yīng)控制策略；

所述風(fēng)電機(jī)組控制模塊用于獲取能量管理模塊計(jì)算的各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功、無功指令，并將指令下發(fā)至各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組；

所述儲(chǔ)能設(shè)備控制模塊用于獲取能量管理模塊計(jì)算的儲(chǔ)能設(shè)備的有功、無功指令，并將指令下發(fā)至儲(chǔ)能設(shè)備控制單元；

所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)能量管理平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

所述歷史數(shù)據(jù)查詢模塊是用于獲取所述存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，查詢某段時(shí)間能量管理系統(tǒng)運(yùn)行信息；

所述監(jiān)測報(bào)警模塊用于監(jiān)測能量管理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

較佳的實(shí)施方式中，所述調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊與電網(wǎng)調(diào)度中心直接連接，接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心下發(fā)的風(fēng)電場運(yùn)行調(diào)節(jié)指令。

較佳的實(shí)施方式中，所述調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊與風(fēng)電場端遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)連接，接收所述風(fēng)電場端遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)下發(fā)的風(fēng)電場運(yùn)行調(diào)節(jié)指令。

較佳的實(shí)施方式中，還包括光纖建設(shè)環(huán)網(wǎng)，所述能量管理系統(tǒng)接入光纖建設(shè)環(huán)網(wǎng)與所述各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行通訊。

較佳的實(shí)施方式中，所述能量管理模塊包括有功功率控制單元和無功功率控制單元，所述有功控制單元用于實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度控制、有功變化率控制和頻率控制，所述無功功率控制單元用于實(shí)現(xiàn)無功功率控制、功率因數(shù)控制、電壓控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：本實(shí)用新型平抑了風(fēng)電場有 功、無功波動(dòng)，優(yōu)化了風(fēng)電調(diào)度，并能很好地完成風(fēng)電場無功功率、無功電壓及功率因素控制，滿足電網(wǎng)導(dǎo)則對(duì)并網(wǎng)電壓控制精度的要求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)合儲(chǔ)能的風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理示意圖；

圖2為本實(shí)用新型有功功率控制單元的控制方式的示意圖；

圖3為本實(shí)用新型無功功率控制單元的控制方式的示意圖。

附圖標(biāo)記說明：11-風(fēng)電場升壓站數(shù)據(jù)采集模塊；12-儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊；13-調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊；14-風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊；15-能量管理模塊；16-風(fēng)電機(jī)組控制模塊；17-儲(chǔ)能設(shè)備控制模塊；18-存儲(chǔ)模塊；19-歷史數(shù)據(jù)查詢模塊；10-監(jiān)測報(bào)警模塊；2-風(fēng)電機(jī)組；3-風(fēng)電場儲(chǔ)能設(shè)備。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，為結(jié)合儲(chǔ)能的風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理示意圖，本實(shí)用新型的結(jié)合儲(chǔ)能的風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)涉及到與諸多設(shè)備的通訊和控制，也涉及到自身決策系統(tǒng)多個(gè)功能模塊協(xié)調(diào)控制，根據(jù)其功能細(xì)分為多個(gè)功能模塊，具體包括風(fēng)電場升壓站數(shù)據(jù)采集模塊11、儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊12、調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊13、風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊14、能量管理模塊15、風(fēng)電機(jī)組控制模塊16、儲(chǔ)能設(shè)備控制模塊17、存儲(chǔ)模塊18、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊19及監(jiān)測報(bào)警模塊10。風(fēng)電場升壓站數(shù)據(jù)采集模塊11、儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊12、調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊13、風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊14、風(fēng)電機(jī)組控制模塊16、儲(chǔ)能設(shè)備控制模塊17、存儲(chǔ)模塊18均與能量管理模塊15相連，歷史數(shù)據(jù)查詢模塊19及監(jiān)測報(bào)警模塊10與存儲(chǔ)模塊18相連。其中：

風(fēng)電場升壓站數(shù)據(jù)采集模塊11用于連接風(fēng)電場出口點(diǎn)數(shù)據(jù)測量設(shè)備，獲取有功功率、無功功率、電網(wǎng)電壓等數(shù)據(jù)。其中，附圖1中的升壓站信息系統(tǒng)為數(shù)據(jù)服務(wù)端，數(shù)據(jù)測量設(shè)備為數(shù)據(jù)源。風(fēng)電場出口點(diǎn)數(shù)據(jù)測量設(shè)備一般有電力系統(tǒng)設(shè)備廠家提供通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)點(diǎn)表，常用的協(xié)議有IEC104協(xié)議、MODBUS/TCP協(xié)議。

儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊12與風(fēng)電場儲(chǔ)能設(shè)備3進(jìn)行通訊，用于采集風(fēng)電場儲(chǔ)能設(shè)備3工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括運(yùn)行狀態(tài)、無功功率、電壓、電流等。

調(diào)度數(shù)據(jù)接收模塊13與電網(wǎng)調(diào)度中心直接連接或者與風(fēng)電場端遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)連接，接收電網(wǎng)調(diào)度中心或風(fēng)電場端遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)下發(fā)的風(fēng)電場運(yùn)行調(diào)節(jié)指令。與調(diào)度中心直連常用IEC104協(xié)議，與風(fēng)電場端遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)連接常用的通訊方式有：IEC104協(xié)議、MODBUS/TCP協(xié)議、OPC協(xié)議、串口等。

風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊14與風(fēng)電場各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組2通過網(wǎng)絡(luò)建立通訊連接，獲取機(jī)組運(yùn)行信息，包括：有功功率、無功功率、風(fēng)速、電壓等信息。風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)建設(shè)常用光纖建設(shè)環(huán)網(wǎng)，能量管理系統(tǒng)15只需接入風(fēng)場的光纖建設(shè)環(huán)網(wǎng)即可與所有風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行通訊，常用MODBUS/TCP協(xié)議。

能量管理模塊15用于根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行要求，執(zhí)行相應(yīng)控制策略。風(fēng)電場的能量管理模塊15包括有功功率控制單元和無功功率控制單元兩大部分。有功功率控制單元用于實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度控制、有功變化率控制和頻率控制；無功功率控制單元又包含無功功率控制、無功電壓控制和功率因數(shù)控制。能量管理模塊15需根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度指令要求，自動(dòng)切換不同的控制方式，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行情況和當(dāng)前儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)際，計(jì)算儲(chǔ)能設(shè)備需發(fā)出或吸收的有功功率指令和無功功率控制指令，計(jì)算各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組2所需的有功控制指令和無功功率控制指令。

風(fēng)電機(jī)組控制模塊16用于獲取能量管理模塊15計(jì)算的各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功、無功指令，并將指令下發(fā)至各臺(tái)機(jī)組。

儲(chǔ)能設(shè)備控制模塊17用于獲取能量管理模塊15計(jì)算的儲(chǔ)能設(shè)備的有功、無功指令，并將指令下發(fā)至儲(chǔ)能設(shè)備控制單元。

存儲(chǔ)模塊18用于存儲(chǔ)能量管理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括：調(diào)度指令(計(jì)劃曲線)、系統(tǒng)運(yùn)行模式、有功功率、無功功率等信息。

歷史數(shù)據(jù)查詢模塊19是用于獲取存儲(chǔ)模塊18的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，查詢某段時(shí)間能量管理系統(tǒng)運(yùn)行信息，如計(jì)劃調(diào)度信息、發(fā)電量信息等，還可計(jì)算損失電量，并且可生產(chǎn)報(bào)表。

監(jiān)測報(bào)警模塊10用于監(jiān)測能量管理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)生功能模塊運(yùn)行異?；蛘吲c風(fēng)電場內(nèi)其他設(shè)備通訊中斷等異常情況時(shí)，能自動(dòng)判斷故障級(jí)別，并給出警告提示或者故障報(bào)警信號(hào)。

如圖2所示，為本實(shí)用新型有功功率控制單元的控制方式的示意圖；具體的控制方式如下：

(1)風(fēng)功率預(yù)測模塊接收來自于風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)給出的風(fēng)電場未來功率預(yù)測。預(yù)測數(shù)據(jù)包括未來4小時(shí)的功率預(yù)測值和第二天的風(fēng)電場功率預(yù)測值，參 考兩種功率預(yù)測值，根據(jù)當(dāng)前儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行情況，有功功率控制系統(tǒng)可以為儲(chǔ)能設(shè)備安排充放電計(jì)劃，避免儲(chǔ)能設(shè)備過度放電和盲目充電。

(2)調(diào)度調(diào)控指令模塊接收調(diào)度調(diào)控指令，根據(jù)風(fēng)電場出口點(diǎn)信息計(jì)算有功功率輸出偏差，整定當(dāng)前有功功率輸出控制模塊的指令值。

(3)能量管理系統(tǒng)有功功率控制模塊根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組2和風(fēng)電場儲(chǔ)能設(shè)備3運(yùn)行情況，并考慮儲(chǔ)能設(shè)備的充放電計(jì)劃，制定風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出指令和儲(chǔ)能設(shè)備當(dāng)前充、放電指令。同時(shí)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的有功功率輸出指令，通過各機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況計(jì)算各臺(tái)機(jī)組有功功率輸出指令。

(4)儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電功率計(jì)算模塊下發(fā)有功功率輸出指令至風(fēng)電場儲(chǔ)能設(shè)備3，并由儲(chǔ)能設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)獲取儲(chǔ)能設(shè)備有功功率輸出，同時(shí)有功功率輸出控制模塊計(jì)算有功功率輸出偏差。

(5)風(fēng)機(jī)群有功控制模塊下發(fā)有功功率輸出指令至風(fēng)電場各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組2，并由風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)電機(jī)組功率輸出，同時(shí)有功功率輸出控制模塊計(jì)算功率輸出偏差。

(6)儲(chǔ)能設(shè)備功率控制單元連接儲(chǔ)能設(shè)備，下發(fā)充、放電控制指令到設(shè)備。

(7)儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊用于監(jiān)控儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行情況，并將信息反饋至儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電功率計(jì)算模塊中，為制定下一步策略提供數(shù)據(jù)支持。

(8)累加(4)(5)反饋的偏差，若超出功率偏差的死區(qū)閥值范圍，則重新整定風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能設(shè)備的有功功率輸出計(jì)劃，即返回(3)；若功率偏差在死區(qū)閥值范圍內(nèi)，則返回(1)。

如圖3所示，為本實(shí)用新型無功功率控制單元的控制方式的示意圖，具體控制方式步驟如下：

(1)能量管理系統(tǒng)無功控制運(yùn)行模式選擇模塊直接接收無功調(diào)度指令，根據(jù)調(diào)度指令無功功率、電壓或功率因數(shù)來計(jì)算當(dāng)前需求的無功功率。

(2)判斷風(fēng)電場內(nèi)各機(jī)組的運(yùn)行情況，劃分為可控風(fēng)機(jī)和不可控風(fēng)機(jī)，不可控風(fēng)機(jī)不參與無功控制，并將儲(chǔ)能設(shè)備劃分為可控狀態(tài)和不可控狀態(tài)，在不可控狀態(tài)時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備不參與無功控制。

(3)并網(wǎng)無功功率需求整定值計(jì)算模塊用于判斷當(dāng)前運(yùn)行模塊，綜合風(fēng)電場風(fēng)機(jī)無功極限和儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)前狀況，整定無功功率需求值。

(4)無功功率一級(jí)分配模塊綜合儲(chǔ)能設(shè)備無功容量和機(jī)組無功功率出力范圍，根據(jù)優(yōu)先調(diào)節(jié)儲(chǔ)能設(shè)備無功，其次調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組無功的原則，將風(fēng)電場無功指令值 在風(fēng)電機(jī)組與儲(chǔ)能設(shè)備間進(jìn)行協(xié)調(diào)分配；

(5)風(fēng)電機(jī)組無功功率二級(jí)分配按照等功率因數(shù)分配原則，將分配到風(fēng)電場的無功容量，根據(jù)各機(jī)組無功功率實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行逐一分配；

(6)按照風(fēng)電場、儲(chǔ)能設(shè)備及機(jī)組間的無功分配結(jié)果，向風(fēng)電場、儲(chǔ)能設(shè)備及機(jī)組發(fā)出無功控制命令；

(7)當(dāng)風(fēng)電場、儲(chǔ)能設(shè)備及機(jī)組執(zhí)行命令動(dòng)作完成后，返回步驟(1)。

綜上所述，本實(shí)用新型平抑了風(fēng)電場有功、無功波動(dòng)，優(yōu)化了風(fēng)電調(diào)度，并能很好地完成風(fēng)電場無功功率、無功電壓及功率因素控制，滿足電網(wǎng)導(dǎo)則對(duì)并網(wǎng)電壓控制精度的要求。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。