本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和混合儲能的，特別涉及一種風(fēng)光混合儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源行業(yè)的發(fā)展，社會對電能的需求日益增高，電力用戶對電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性的要求也逐漸提高，微電網(wǎng)在其中的作用日益重要。住戶用電負(fù)荷高峰多集中在白天，晚上用電量較少，導(dǎo)致峰谷差增大，而發(fā)電站卻在全天工作，夜間容易造成電力資源浪費(fèi)。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電由于受天氣、地形等因素影響，導(dǎo)致電壓及功率不穩(wěn)定，特別是在我國大規(guī)模發(fā)展大型發(fā)電機(jī)和核能發(fā)電機(jī)的背景下，這一問題愈發(fā)突出。近年來，儲能技術(shù)不斷發(fā)展完善，常見的有抽水儲能、蓄熱蓄冷、化學(xué)電池儲能和飛輪儲能等方式。其中，化學(xué)電池儲能作為新興技術(shù)，在國內(nèi)外已有mw級工業(yè)儲能電站的應(yīng)用，主要由電力公司建設(shè)以解決電網(wǎng)的電力調(diào)配和運(yùn)行問題，但忽略了家庭或其他小型電力儲能需求。由于單個儲能系統(tǒng)在容量配置和響應(yīng)速度上的局限性，很難滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求，混合儲能系統(tǒng)結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地彌補(bǔ)單一儲能的缺陷。因此，提出一種風(fēng)光混儲模型和構(gòu)建方法，提高風(fēng)光發(fā)電的電能質(zhì)量和連續(xù)供電能力顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種風(fēng)光混合儲能系統(tǒng)。該風(fēng)光混合儲能系統(tǒng)能夠有效平抑風(fēng)光發(fā)電的功率波動，降低電壓波動、頻率偏差和諧波畸變，從而顯著提高電能質(zhì)量。此外，該系統(tǒng)還可以增強(qiáng)風(fēng)光發(fā)電的連續(xù)性，將風(fēng)能和太陽能從間歇性能源轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)性能源，提升風(fēng)光發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。通過降低棄風(fēng)棄光率，該系統(tǒng)進(jìn)一步提高了風(fēng)能和太陽能的利用率，充分發(fā)揮了風(fēng)光混儲系統(tǒng)在提升可再生能源利用效率和供電可靠性方面的優(yōu)勢。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種風(fēng)光混合儲能系統(tǒng)，由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)、電化學(xué)儲能系統(tǒng)、熱儲能系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)、pcs系統(tǒng)和模式切換系統(tǒng)構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)通過電路連接并聯(lián)在交流母線上，電化學(xué)儲能系統(tǒng)和熱儲能系統(tǒng)通過dc-ac系統(tǒng)也并聯(lián)到交流母線中，負(fù)載系統(tǒng)通過變壓器連接在交流母線中；pcs系統(tǒng)和模式切換系統(tǒng)通過邏輯信號和編程函數(shù)對整個風(fēng)光混儲系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)過程控制和模式切換。

4、進(jìn)一步的，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電機(jī)機(jī)組、ac-dc-ac控制系統(tǒng)、mppt控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)利用rt-lab和simulink構(gòu)建模擬真實(shí)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)；

5、所述風(fēng)光發(fā)電機(jī)組分別為直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)和太陽能光伏面板所構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)，用于為負(fù)載系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)提供能源；

6、所述ac-dc-ac控制系統(tǒng)是一種可控整流逆變控制裝置，目的是控制風(fēng)力機(jī)組發(fā)出的電能達(dá)到理想電壓，滿足并網(wǎng)需求電壓等級；

7、所述mppt控制系統(tǒng)是一種最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法，目的是保證隨著太陽輻照度發(fā)生改變時，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以一直保持在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，提高光伏發(fā)電效率；

8、所述光伏發(fā)電機(jī)機(jī)組：通過將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能用于電負(fù)荷供電以及儲存在儲能系統(tǒng)中。

9、進(jìn)一步的，電化學(xué)儲能系統(tǒng)，包括有蓄電池系統(tǒng)，pq控制系統(tǒng)、vf控制系統(tǒng)、dc-ac控制系統(tǒng)、蓄電池pcs系統(tǒng)；

10、所述蓄電池系統(tǒng)，包括磷酸鐵鋰蓄電池和鉛酸蓄電池，用于儲存風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的余電，或者當(dāng)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)無法滿足負(fù)載時，作為補(bǔ)充能源向負(fù)載供電；

11、所述pq控制系統(tǒng)，用于整個系統(tǒng)并網(wǎng)時，控制儲能系統(tǒng)充放電功率與電壓，電壓保持在400v左右，充放電功率穩(wěn)定在30kw，電壓符合并網(wǎng)電壓；

12、所述vf控制系統(tǒng)，用于整個系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行時，控制儲能系統(tǒng)充放電電壓和頻率，保持充放電電壓穩(wěn)定在230v并且減小電壓頻率波動保持使其保持在±5％；

13、所述dc-ac控制系統(tǒng)，用于進(jìn)行逆變控制，由于蓄電池輸出直流電，在并網(wǎng)時需要逆變?yōu)榻涣麟?，在這過程中需要進(jìn)行逆變控制，保證逆變后的電壓保持在400v、頻率保持在50hz，符合并網(wǎng)要求；

14、所述蓄電池pcs系統(tǒng)，用于控制儲能系統(tǒng)的充放電情況，通過結(jié)合蓄電池soc、循環(huán)次數(shù)、負(fù)載需求、發(fā)電系統(tǒng)有功功率，綜合判斷儲能系統(tǒng)的充放電時機(jī)，保證蓄電池soc在20％～80％之間、循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次標(biāo)準(zhǔn)，并且維持整個系統(tǒng)的供需平衡。

15、進(jìn)一步的，儲熱系統(tǒng)，包括電鍋爐加熱器、供水水箱、儲熱水箱、pcs系統(tǒng)；

16、所述電鍋爐加熱器，通過供水水箱向電鍋爐加熱器供給常溫水，然后電鍋爐加熱器進(jìn)行多級循環(huán)加熱，直到達(dá)到要求溫度后，把熱水輸出到儲熱水箱中；

17、所述供水水箱和儲熱水箱，是一種仿真容器；其中供水水箱可視作為無窮水源，不斷以額定流量向加熱器供給熱水；儲熱水箱用于接受電鍋爐的熱水，并且向熱負(fù)荷提供熱水，用于滿足熱負(fù)荷的需求；

18、所述儲熱pcs系統(tǒng)，用于控制儲熱系統(tǒng)的運(yùn)行情況，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)滿足負(fù)載需求時，儲熱系統(tǒng)利用余電進(jìn)行儲熱，供給熱負(fù)荷需求；當(dāng)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)不滿足負(fù)載需求時，儲熱系統(tǒng)停止運(yùn)行，減少負(fù)載需求，令風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)供給主要負(fù)載。

19、進(jìn)一步的，負(fù)載系統(tǒng)，包括：電負(fù)載系統(tǒng)、熱負(fù)載系統(tǒng)、負(fù)載pcs系統(tǒng)；

20、所述電負(fù)載系統(tǒng)，是一種仿真電負(fù)載設(shè)備，用于模擬真實(shí)的負(fù)載裝置，主要包括主要電負(fù)載系統(tǒng)和次要電負(fù)載系統(tǒng)，模擬實(shí)際情況中的主要用電設(shè)備和次要用電設(shè)備；

21、所述熱負(fù)荷系統(tǒng)，根據(jù)入口流動狀態(tài)和實(shí)際消耗的熱量，模擬實(shí)際的熱負(fù)荷消耗，計(jì)算出口流動狀態(tài)并滿足質(zhì)量守恒定律，對于水工質(zhì)，采用q＝c×m×δt計(jì)算熱量損失；

22、所述負(fù)載pcs系統(tǒng)，用于控制負(fù)載的運(yùn)行情況，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)有功功率較小時，無法滿足全部負(fù)載，則利用pcs系統(tǒng)關(guān)閉部分次要負(fù)載，只保留主要負(fù)載供電；當(dāng)風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)有功功率達(dá)到穩(wěn)定功率1000kw時，次要負(fù)載再恢復(fù)供電。

23、進(jìn)一步的，所述pcs系統(tǒng)包括全功率變流器、穩(wěn)壓電路、控制電路；

24、所述全功率變流器是將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電通過可控ac-dc-ac、dc-ac電路控制電壓和電流達(dá)到并網(wǎng)需求的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)；

25、所述穩(wěn)壓電路是將電化學(xué)儲能系統(tǒng)發(fā)出的電通過穩(wěn)壓電路后達(dá)到供電要求，然后供給電負(fù)荷系統(tǒng)；

26、所述控制電路是控制電化學(xué)儲能系統(tǒng)充放電時間、儲熱系統(tǒng)運(yùn)行時間、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電情況、負(fù)載系統(tǒng)運(yùn)行情況。

27、進(jìn)一步的，所述模式切換系統(tǒng)是，把風(fēng)光混儲系統(tǒng)動態(tài)切換成4種不同的運(yùn)行工況，分別為無儲能運(yùn)行工況、單一電化學(xué)儲能運(yùn)行工況、單一熱儲能運(yùn)行工況、熱電聯(lián)儲運(yùn)行工況，探究不同工況的系統(tǒng)變化情況。

28、有益效果

29、本發(fā)明的風(fēng)光混合儲能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有顯著優(yōu)越性。在發(fā)電側(cè)，該模型能夠有效平抑由于風(fēng)速和光照強(qiáng)度變化引起的功率波動，提升風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)供電能力，將風(fēng)能和太陽能從間歇性能源轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)能源。在電網(wǎng)側(cè)，系統(tǒng)可以降低風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)時的電壓波動、電壓偏差和諧波畸變，從而提高電能質(zhì)量，減少對電網(wǎng)的沖擊，提升風(fēng)光上網(wǎng)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。在負(fù)載側(cè)，模型可以提升對負(fù)荷供電的穩(wěn)定性，降低供電波動，改善低電壓穿越問題，同時減少從電網(wǎng)購電的需求，提高整體源網(wǎng)荷儲系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；

30、風(fēng)光混儲仿真系統(tǒng)利用matlab/simulink和rt-lab半實(shí)物仿真平臺搭建，展示了顯著的優(yōu)越性和多方面的實(shí)際效果。該系統(tǒng)整合了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電化學(xué)儲能和熱儲能系統(tǒng)，同時包括電網(wǎng)和各種負(fù)載系統(tǒng)。通過過程控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，以及模式切換系統(tǒng)在不同工況下的優(yōu)化操作，系統(tǒng)各部分能夠高效協(xié)同工作。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)接入電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)則通過boost電路和變壓器連接到母線上。這一配置使得風(fēng)光混儲系統(tǒng)能夠有效平抑因風(fēng)速和光照強(qiáng)度變化引起的功率波動，顯著降低電網(wǎng)電壓波動、頻率偏差和諧波畸變，提升電能質(zhì)量。此外，儲能系統(tǒng)能夠在電力過剩時存儲能量，在電力不足時釋放能量，從而平衡供需，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。這不僅提高了風(fēng)能和太陽能的利用率，還優(yōu)化了風(fēng)光的上網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性。在電網(wǎng)側(cè)，該系統(tǒng)通過改善電能質(zhì)量，降低風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊，提升了風(fēng)光上網(wǎng)的可行性和經(jīng)濟(jì)效益。在負(fù)載側(cè)，風(fēng)光混儲系統(tǒng)增強(qiáng)了對負(fù)荷供電的穩(wěn)定性，減少了供電波動，改善了低電壓穿越問題。同時，儲能系統(tǒng)的引入也減少了從電網(wǎng)購電的需求，提高了整體源網(wǎng)荷儲系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。通過仿真系統(tǒng)驗(yàn)證，該風(fēng)光混儲系統(tǒng)展示了在各種運(yùn)行工況下的優(yōu)越性能和穩(wěn)定運(yùn)行能力。它顯著提升了風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)供電能力，使間歇性能源轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的能源供應(yīng)。

31、結(jié)合鄂爾多斯地區(qū)的實(shí)際情況和政策指導(dǎo)，基于rt-lab平臺進(jìn)行的研究和優(yōu)化工作進(jìn)一步突顯了該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。鄂爾多斯地區(qū)具有豐富的風(fēng)能和太陽能資源，但由于風(fēng)速和光照強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性。通過分析鄂爾多斯地區(qū)的新能源發(fā)電特性和負(fù)荷需求，確定儲能配置的技術(shù)需求，確保模型適應(yīng)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。利用rt-lab平臺進(jìn)行源網(wǎng)荷儲一體化控制策略的實(shí)時仿真，評估不同儲能配置方案的效果，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化儲能配置方案，實(shí)現(xiàn)成本效益最大化，減少棄風(fēng)棄電現(xiàn)象。通過這些研究和優(yōu)化工作，風(fēng)光混儲系統(tǒng)在鄂爾多斯地區(qū)的應(yīng)用顯著提升了新能源發(fā)電的穩(wěn)定性和連續(xù)性，優(yōu)化了電能質(zhì)量，減少了電力資源浪費(fèi)，增強(qiáng)了新能源的高效利用。同時，政策激勵機(jī)制的評估確保了儲能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展。綜上所述，風(fēng)光混合儲能系統(tǒng)結(jié)合鄂爾多斯地區(qū)的實(shí)際情況，不僅提升了該地區(qū)風(fēng)光發(fā)電的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，還為其他類似地區(qū)提供了科學(xué)合理的儲能配置方案，推動了新能源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。