专利名称：风电场的分布式储能系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及储能技术领域，特别是涉及一种风电场的分布式储能系统。
背景技术：
我国风资源富集区的电网基础相对薄弱，用电负荷不足，风电功率的波动性与电网负荷的波动性难以 一致，这对电网调峰容量和响应速度都提出了更高的要求。电力系统的发电、输电、配电与用电必须同时完成，这要求电力系统始终处于动态平衡状态中，如果电力系统出现瞬时的功率不平衡，将会对电力系统的安全稳定造成影响，给电力系统规划和稳定运行带来新的挑战。此外，风电场中风速的变化还容易引起电网电压和功率发生波动，带来无功电压控制和电能质量的问题。可见，入网成为风力发电进一步发展和真正发挥清洁发电功能的最大瓶颈，要解决这个问题，必须设置电力储能系统来对电网进行补偿。眼下世界上的储能技术，主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、电化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)这三大类。物理储能是目前世界上相对较成熟也是实际应用较早的一种储能方式，其能量转换效率可达70-75%左右，但因受地形和地质方面的条件限制，不具备大规模推广应用前景。电磁储能技术则很昂贵，现在还没有提到商业化的议事日程上来。因此，现有的电力储能系统一般采用电化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)。当今储能技术发展最快的电化学储能已经在国外的电力系统及风电场大容量集中应用。现有的电力储能系统采取的是集中补偿的方式，即在风电场集中设置一大容量的储能装置与风电场汇流母线相连，从而起到蓄能调峰的作用，解决风电的入网问题。在现有的电力储能系统中，针对于风电场的分布式的布局以及机组容量的增大，国内外基本采用在风电场集中补偿方式。但是，集中补偿方式不能很好的满足电网灵活、可靠地适应风电机组方面的波动。原因是作为风力发电设备的风电机组的分布比较分散，例如，在丘陵和群山地带，风电机组的布置及汇流母线的设置要根据地形和风资源来设计，而在平原地带、潮间带以及海上，风电机组的分布则多采取多排带状设计。现有的电力储能系统的分布则过于集中，在风速分布不均、个别风电机组出现线路短路、电压过低或者过高以及功率因数降低等问题时，现有电力储能系统往往不能及时作出反应，以灵活地应对电网方面的波动，这使得现有电力储能系统的稳定性比较差。由此，需要提出根据风电场的实际情况分布不同容量的储能装置，以解决在风力发电的随机性、波动性条件下稳定可靠地并入电网。
发明内容本实用新型的目的是提供一种风电场的分布式储能系统，根据风电场中风电机组分布和装机容量的实际情况，灵活设置其储能装置的位置和容量，使二者配套使用，进而实现风电场的分布式储能，能在风力发电的随机性、波动性条件下，提高风电入网的稳定性；并且，同时提供动态有功及无功支撑，平抑系统出现的瞬时功率不平衡，起到能量的缓冲平衡作用，减小可再生能源发电对电力系统的冲击和影响，提高电力系统运行的稳定性和经济性为实现上述目的，本实用新型公开如下技术方案一种风电场的分布式储能系统，其中，包括集中式常规容量风电机组、分布式常规容量风电机组、大容量风电机组、多个升压变压器、主变压器、多个储能装置、风电场汇流母线、以及上级电网；所述的集中式常规容量风电机组，多个风力发电机并联后，与所述的升压变压器的低压侧、所述的储能装置相连；所述的分布式常规容量风电机组，多条风力发电机和所述的升压变压器串联的支路并联后，与所述的风电场汇流母线、所述的储能装置相连；所述的大容量风电机组，与所述的储能装置、所述的升压变压器的低压侧相连；所述的风电场汇流母线与所述的主变压器的低压侧、所述的储能装置、所述的升压变压器的高压侧相连；所述的上级电网与所述的主变压器的高压侧相连。所述的风电场的分布式储能系统，其中，一个所述的储能装置，结构为第一储能装
置或第二储能装置；第一储能装置，包括多个储能单元、就地监控系统、主断路器以及储能变压器；其中，每个储能单元包括双向逆变器、直流汇流熔断器、蓄电池、电池管理系统；所述的主断路器的一端与电网相连；所述的储能变压器的输入端与所述的主断路器的另一端相连；所述的双向逆变器的交流侧与所述的储能变压器的输出端相连；所述的就地监控系统与所述储能单元中的电池管理系统相连，与电池管理系统进行实时通信，以获取蓄电池的工作信息，并在发生异常时进行报警；在每个储能单元中所述的直流汇流熔断器的一端与所述的双向逆变器的直流侧相连；所述的蓄电池的一端与所述的直流汇流熔断器的另一端相连；所述的电池管理系统与所述的蓄电池的另一端相连；第二储能装置，包括多个储能单元、就地监控系统、以及主断路器；其中，每个储能单元包括双向逆变器、直流汇流熔断器、蓄电池、电池管理系统；所述的主断路器的一端与电网相连；所述储能单元中的双向逆变器的交流侧与所述的主断路器的另一端相连；所述的就地监控系统与所述储能单元中的电池管理系统相连，与电池管理系统进行实时通信，以获取蓄电池的工作信息，并在发生异常时进行报警；在每个储能单元中所述的直流汇流熔断器的一端与所述的双向逆变器的直流侧相连；所述的蓄电池的一端与所述的直流汇流熔断器的另一端相连；所述的电池管理系统与所述的蓄电池的另一端相连。所述的风电场的分布式储能系统，其中，所述的就地监控系统还与所述储能单元中的双向逆变器的交流侧相连，以监控双向逆变器的工作状态。所述的风电场的分布式储能系统，其中所述的集中式常规容量风电机组容量小于4. 5丽，为多台风力发电机；与所述的集中式常规容量风电机组相连的储能装置，结构为第二储能装置，其中，所述的蓄电池容量按所述的集中式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置；所述的分布式常规容量风电机组容量小于4. 5丽，为多台风力发电机；与所述的分布式常规容量风电机组相连的储能装置，结构为第一储能装置，其中，所述的蓄电池容量按所述的分布式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置；[0018]所述的大容量风电机组容量为4. 5MW以上,为I台风力发电机；与所述的大容量风电机组相连的储能装置，结构为第一储能装置，其中，所述的蓄电池容量按所述的大容量风电机组额定功率的10% -30%配置；与所述的主变压器相连的储能装置，结构为第一储能装置，其中，所述的蓄电池的容量满足持续放电I小时以上，所述的蓄电池容量按所述的风电场额定功率的10%配置。所述的风电场的分布式储能系统，其中，所述的蓄电池为钠硫电池，或为锂离子电池，或为液流电池。本实用新型的有益效果是提供了一种风电场的分布式储能系统，根据风电场中风电机组分布和装机容量的实际情况，灵活设置其储能装置的位置和容量，使二者配套使用，进而实现风电场的分布式储能，能在风力发电的随机性、波动性条件下，提高风电入网的稳定性；同时，可提供动态有功及无功支撑，平抑系统出现的瞬时功率不平衡，起到能量 的缓冲平衡作用，有效的减小了可再生能源发电对电力系统的冲击和影响，还提高了电力系统运行的稳定性和经济性。
图I为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统的一个实施例的结构图；图2为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统中的第一储能装置(包括储能变压器)结构示意图；图3为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统中的第二储能装置(不包括储能变压器)结构示意图；图4为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统的另一个实施例的结构图。附图标记说明101、102、103_集中式常规容量风电机组；104、105、106-分布式常规容量风电机组；107-大容量风电机组；111、112、113、114、115-升压变压器；116-主变压器；12-风电场汇流母线；13-上级电网；20_第一储能装置；30_第二储能装置；202_主断路器；203_储能变压器；204_双向逆变器；205_直流汇流熔断器；206_蓄电池；207_电池管理系统；208_就地监控系统；302_主断路器；304_双向逆变器；305_直流汇流熔断器；
306-蓄电池；307-电池管理系统；308_就地监控系统；40_与集中式常规容量风电机组相连的储能装置；50_与分布式常规容量风电机组相连的储能装置；60_与大容量风电机组相连的储能装置；70_与主变压器低压侧相连的储能装置。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。本实用新型可根据风电机组的分布以及装机容量来灵活设置储能系统，实现风电场的分布式储能。参阅图1，图I为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统的一个实施例的结构图。在图I中，101、102、103所标示的三台风力发电机为集中式常规容量风电机组(装机容量均小于4. 5MW)，104、105、106标示的三台风力发电机为分布式常规容量风电机组(装机容量均小于4. 5MW)，107标示的一台风力发电机则为大容量风电机组(装机容量不小于4.5MW)。这里，101、102、103和104、105、106分别标示了三台常规容量风电机组，该数量(三台)只是用于说明本实用新型，并不用于限制本实用新型，在常规容量风电机组的数量为其他数量(例如2至4台，不限于2至4台)的情况下，本实用新型仍然适用。图I中，由于该集中式常规容量风电机组(101、102、103)中，101、102、103所示的三台风力发电机位置较邻近、密集，所以并联后，统一加载一个第二储能装置30，并统一由升压变压器111升压到风电场汇流母线12。该集中式常规容量风电机组(101、102、103)中，101、102、103所示的三台风力发电机以并联方式连接，所述的一个第二储能装置30与这些并联起来的风力发电机101、102、103相连，更具体的，是第二储能装置30中的电网(在图3中标号为301)与并联起来的风电机组101、102、103相连。该集中式常规容量风电机组装机容量均小于4. 5MW，数量可为2至4台，则该第二 储能装置30的且该第二储能装置30中的蓄电池306容量按该集中式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置。这样，较小的蓄电池功率可实现蓄电池的浅充浅放，从而延长蓄电池的使用寿命。该集中式常规容量风电机组(101、102、103)中的三台风力发电机并联后，与升压变压器111的低压侧、该第二储能装置30相连；依次通过升压变压器111和主变压器116的升压而接入上级电网13。这样，第二储能装置30可在风电机组101、102、103转换得到的电压以及升压变压器111升压后的电网电压发生波动的情况下，及时灵活地进行调节，起到削峰填谷的作用，保证风电场汇流母线电压的稳定。同样，图I中，由于分布式常规容量风电机组(104、105、106)中的三台风力发电机104、105、106位置较分散、遥远，所以分别由升压变压器111升压后，统一加载一个第一储能装置20，并连接到风电场汇流母线12。图I中分布式常规容量风电机组(104、105、106)中的三台风力发电机104、105、106也以并联方式连接，不过由于其分布式的特点，可为每台风力发电机设置一独立的升压变压器112、113、114，各个升压变压器的低压侧分别与一台风力发电机的输出端相连，各个升压变压器的高压侧统一与该第一储能装置20相连。即风力发电机104和升压变压器112的低压侧相连，风力发电机105和升压变压器113的低压侧相连，风力发电机106和升压变压器114的低压侧相连，三条风力发电机和升压变压器串联的支路并联后，升压变压器112、113、114的高压侧与风电场汇流母线12、第一储能装置20相连。更具体的，是与第一储能装置20中的电网(在图2中标号为201)相连。风电机组104、105、106的数量也可为2至4台。该第一储能装置20的且该第一储能装置20中的蓄电池206的容量也要按分布式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置，以延长蓄电池的使用寿命。另外，各升压变压器112、113、114升压后的电压通过主变压器116接入上级电网13。这样，第一储能装置 20就起到了提高风电机组104、105、106所产生的电力入网稳定性的作用。如图I所示，对于装机容量不小于4. 5MW的大容量风电机组107，本实用新型为其单独设置一个第一储能装置20，该第一储能装置20中的电网(图2中标号为201)与风电机组107的输出端和升压变压器115的低压侧相连，则该第一储能装置20中的蓄电池(图2中的标号为206)的功率可设置为O. 5MW至I. 5MW,以满足入网稳定的需要。该大容量风电机组107所产生的电力依次通过升压变压器115以及主变压器116的升压作用，也汇入上级电网13，第一储能装置20保证了风电机组107产生的电力汇入升压变压器116之后的电网的稳定性。如果图I中的风电机组101、102、103、104、105、106和107处于一个风电场中，则 该风电场中，各风电机组依次通过升压变压器(分别为111、112、113、114和232)以及主变压器116与上级电网13相连，从而将各自转换得到的电力汇入上级电网13。前述的第二储能装置30、222和231可分别保证电力稳定汇入各升压变压器111、112、113、114和232之后的风电场汇流母线12 (即各升压变压器与主变压器116之间的电网)。图I中，本实用新型还在各升压变压器(111、112、113、114和232)之后、主变压器116之前的位置(即主变压器116的低压侧)设置了一个结构与图2所示的储能装置完全相同的一个第一储能装置20，用于在主变压器116低压侧集中储能，如图2所示，该低压侧第一储能装置20(中的电网201)与主变压器116的低压侧相连。该与主变压器116的低压侧相连的第一储能装置20中的蓄电池20要按风电场的额定功率的10%配置，从而保证蓄电池206的浅充浅放，延长其使用寿命。进一步，在该接主变压器116的低压侧的第一储能装置20中，蓄电池206的容量要满足持续放电I小时以上的要求，以保证电力稳定汇入上级电网13。图I中，风电场汇流母线12与主变压器116的低压侧、第一储能装置20、所述的升压变压器111、112、113、114、115的高压侧相连；上级电网13与所述的主变压器116的高压侧相连。图I提供了一种风电场的分布式储能系统，根据风电场中风电机组分布和装机容量的实际情况，灵活设置其储能装置的位置和容量，使二者配套使用，进而实现风电场的分布式储能，能在风力发电的随机性、波动性条件下，提高风电入网的稳定性。参阅图2，图2为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统中的第一储能装置20 (包括储能变压器203)结构示意图；如图2所示，多个储能单元、就地监控系统208、主断路器202以及储能变压器203 ;其中，每个储能单元包括双向逆变器204、直流汇流熔断器205、蓄电池206、电池管理系统207。所述的主断路器202的一端与电网201相连；所述的储能变压器203的输入端与所述的主断路器202的另一端相连；所述的双向逆变器204的交流侧与所述的储能变压器203的输出端相连；所述的就地监控系统208与所述储能单元中的电池管理系统207相连，与电池管理系统207进行实时通信，以获取蓄电池206的工作信息，并在发生异常时进行报警；在每个储能单元中所述的直流汇流熔断器205的一端与所述的双向逆变器204的直流侧相连；所述的蓄电池206的一端与所述的直流汇流熔断器205的另一端相连；所述的电池管理系统207与所述的蓄电池206的另一端相连。图2中的储能变压器203与电网201相连，储能变压器203实现的是电压的转换功能，即实现了电网电压与稳定的交流电压之间的转换。为了保证储能系统与电网之间的独立性，可在储能变压器203与电网201之间设置主断路器202，即使储能变压器203通过主断路器202与电网相连。图2中设置了多个双向逆变器204，每个双向逆变器204的交流侧均接储能变压器203的输出端。双向逆变器204是由单个或多个换流桥组成的进行交直流转换的设备，其可实现交流电与直流电之间的双向转换。如图2所示，双向逆变器204可将储能变压器203得到的交流电压转换为直流电通过直流汇流熔断器205输往蓄电池206 ;也可将蓄电池206通过直流汇流熔断器205送来的直流电转换为交流电压送往储能变压器203，进而由储能变压器203将其变压后送到电网。图2还设置了多个直流汇流熔断器205，每个直流汇流熔断器205的两端分别接独立的双向逆变器204的直流侧和独立的蓄电池206。直流汇流熔断器205是一种电路保护器件，在双向逆变器204与蓄电池206之间的直流电过大时，直流汇流熔断器205可发生熔断，通过断路的方式来防止储能系统受损。每个蓄电池206还与一个独立的电池管理系统207相连。本实用新型中的蓄电池206具有充电和放电两种功能，为了提高反应速度，保证电网的稳定性，这里的蓄电池206可采用化学蓄电池的实现形式，例如，蓄电池206可用钠硫电池、锂离子电池或液流电池等来实现。电池管理系统207具有计算和判断功能，其可对蓄电池206进行灵活控制，以满足电网电压稳定的要求。这种多个双向逆变器204、多个直流汇流熔断器205、多个蓄电池206和多个电池管理系统207的设计方式，可满足风电机组不同的空间分布的需求，即为风电机组设置多个储能单元，每个储能单元包括一个双向逆变器204、一个直流汇流熔断器205、一个蓄电池206和一个电池管理系统207，以实现该风电机组或该组风电机组所产生的电力的稳定入网。可见，本实用新型中，储能变压器203实现的是电网电压与稳定的交流电压之间的转换，双向逆变器204可实现交流电压与直流电压之间的转换，在直流汇流熔断器205完好的情况下，直流电压汇入蓄电池中储存。当电网中的电压不稳定时，电池管理系统207可控制蓄电池206的充电与放电，从而对电网电压起到削峰填谷的作用，保证电网电压的稳定。如图2所示，该系统设置了就地监控系统208，其与电池管理系统207相连，可与
电池管理系统207进行实时通信，以获取各蓄电池206的工作信息，并在发生异常时进行报
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目O进一步，就地监控系统208还与图2中各双向逆变器204的控制端相连，以监控各双向逆变器204的工作状态，保证系统的正常运行。参阅图3，图3为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统中的第二储能装置30 (不包括储能变压器)结构示意图；如图3所示，多个储能单元、就地监控系统308、以及主断路器302 ;其中，每个储能单元包括双向逆变器304、直流汇流熔断器305、蓄电池306、电池管理系统307。所述的主断路器302的一端与电网301相连；所述的双向逆变器304的交流侧与所述的主断路器302的另一端相连；所述的就地监控系统308与所述储能单元中的电池管理系统307相连，与电池管理系统307进行实时通信，以获取蓄电池306的工作信息，并在发生异常时进行报警；在每个储能单元中所述的直流汇流熔断器305的一端与所述的双向逆变器304的直流侧相连；所述的蓄电池306的一端与所述的直流汇流熔断器305的另一端相连；所述的电池管理系统307与所述的蓄电池306的另一端相连。在双向逆变器304与电网301之间设置了主断路器302，即使双向逆变器304通过主断路器302与电网相连。图3中设置了多个双向逆变器304，每个双向逆变器304的交流侧均接主断路器302。双向逆变器304是由单个或多个换流桥组成的进行交直流转换的设备，其可实现交流电与直流电之间的双向转换。如图3所示，双向逆变器304可将主断路器302处得到的交流电压转换为直流电通过直流汇流熔断器305输往蓄电池306 ;也可将蓄电池306通过直流汇流熔断器305送来的直流电转换为交流电压送往主断路器302，进而由主断路器302送到电网。图3还设置了多个直流汇流熔断器305，每个直流汇流熔断器305的两端分别接独立的双向逆变器304的直流侧和独立的蓄电池306。直流汇流熔断器305是一种电路保护器件，在双向逆变器304与蓄电池306之间的直流电过大时，直流汇流熔断器305可发生熔断，通过断路的方式来防止储能系统受损。每个蓄电池306还与一个独立的电池管理系统307相连。本实用新型中的蓄电池306具有充电和放电两种功能，为了提高反应速度，保证电网的稳定性，这里的蓄电池306可采用化学蓄电池的实现形式，例如，蓄电池306可用钠硫电池、锂离子电池或液流电池等来实现。电池管理系统307具有计算和判断功能，其可对蓄电池306进行灵活控制，以满足电网电压稳定的要求。这种多个双向逆变器304、多个直流汇流熔断器305、多个蓄电池306和多个电池管理系统307的设计方式，可满足风电机组不同的空间分布的需求，即为风电机组设置多个储能单元，每个储能单元包括一个双向逆变器304、一个直流汇流熔断器305、一个蓄电池306和一个电池管理系统307，以实现该风电机组或该组风电机组所产生的电力的稳定入网。可见，本实用新型中，双向逆变器304可实现交流电压与直流电压之间的转换，在直流汇流熔断器305完好的情况下，直流电压汇入蓄电池中储存。当电网中的电压不稳定时，电池管理系统307可控制蓄电池306的充电与放电，从而对电网电压起到削峰填谷的作用，保证电网电压的稳定。如图3所示，该系统设置了就地监控系统308，其与电池管理系统307相连，可与
电池管理系统307进行实时通信，以获取各蓄电池306的工作信息，并在发生异常时进行报
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目O进一步，就地监控系统308还与图3中各双向逆变器304的控制端相连，以监控各双向逆变器304的工作状态，保证系统的正常运行。、参阅图4，图4为本实用新型提出的风电场的分布式储能系统的另一个实施例的结构图。[0081]图4中的储能装置40、50、60、70的结构分别可为第一储能装置或第二储能装置。所述的储能装置40可为第一储能装置或第二储能装置，所述的储能装置50可为第一储能装置或第二储能装置，所述的储能装置60可为第一储能装置或第二储能装置，所述的储能装置70可为第一储能装置或第二储能装置。这是因为，风电场的风机分布各式各样，尤其是在丘陵和群山地带，风机布置及汇流母线根据地形和风资源来设计；而平原地带、潮间带和海上结构较多是多排带状设计；而且风电场多分为几期工程来实施，所采用的机型很可能有多种，包括不同生产厂家、不同发电原理以及不同兆瓦机型等，不同风机的功率出力特性不同。图4中，101等多台风力发电机组成的集中式常规容量风电机组中，由于101等多台风力发电机位置较邻近、密集，所以以并联方式连接，并统一加载储能装置40，之后统一由升压变压器111升压到风电场汇流母线12，再经过主变压器116的升压而接入上级电网13。这样，储能装置40可在集中式常规容量风电机组转换得到的电压以及升压变压器111升压后的电网电压发生波动的情况下，及时灵活地进行调节，起到削峰填谷的作用，保证风电场汇流母线电压的稳定。该储能装置40中的蓄电池容量按该集中式常规容量风电机组 额定功率的10% -30%配置。这样，较小的蓄电池功率可实现蓄电池的浅充浅放，从而延长蓄电池的使用寿命。图4中，分布式常规容量风电机组中的104等多台风力发电机也以并联方式连接，不过由于其分布式的特点——位置较分散、遥远，可各自为每台风力发电机设置一独立的升压变压器，各个升压变压器的低压侧分别与一台风力发电机的输出端相连，各个升压变压器的高压侧统一与储能装置50相连。多条风力发电机和升压变压器串联的支路并联后，升压变压器112等的高压侧与风电场汇流母线12相连，再经过主变压器116的升压而接入上级电网13。储能装置50起到了提高分布式常规容量风电机组所产生的电力入网稳定性的作用。该储能装置50中的蓄电池容量按该分布式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置。这样，较小的蓄电池功率可实现蓄电池的浅充浅放，从而延长蓄电池的使用寿命。如图4所示，对于由一台风力发电机107组成的大容量风电机组，本实用新型为其单独设置一个储能装置60，该风力发电机107加载储能装置60，之后由升压变压器115升压到风电场汇流母线12，再经过主变压器116的升压而接入上级电网13。这样，储能装置60保证了风电机组107产生的电力汇入升压变压器116之后的电网的稳定性。该储能装置60中的蓄电池容量按该大容量风电机组额定功率的10% -30%配置。这样，较小的蓄电池功率可实现蓄电池的浅充浅放，从而延长蓄电池的使用寿命。图4中，本实用新型还在各升压变压器(111、112、113、114和232)之后、主变压器116之前的位置(即主变压器116的低压侧)设置了一个储能装置70，用于在主变压器116低压侧集中储能。该与主变压器116的低压侧相连的储能装置70中的蓄电池容量按该风电场额定功率的10%配置，从而保证蓄电池的浅充浅放，延长其使用寿命；蓄电池的容量要满足持续放电I小时以上的要求，以保证电力稳定汇入上级电网13。风电场汇流母线12
与主变压器116的低压侧、储能装置70、及所述的升压变压器111、112......及115的高压
侧相连；上级电网13与所述的主变压器116的高压侧相连。图4提供了一种风电场的分布式储能系统，根据风电场中风电机组分布和装机容量的实际情况，灵活设置其储能装置的位置和容量，使二者配套使用，进而实现风电场的分布式储能，能在风力发电的随机性、波动性条件下，提高风电入网的稳定性。图4的实施例中集中式常规容量风电机组及其储能装置的数量各自为一个，分布式常规容量风电机组及其储能装置的数量各自为一个，大容量分布式常规容量风电机组及其储能装置的数量各自为一个。这主要是示意性地表示了各自机组与其升压变压器及储能装置的拓扑关系。·基于同样的不同类型风电机组与其升压变压器及储能装置的拓扑关系，本实用新型中，集中式常规容量风电机组的数量可为多个，与集中式常规容量风电机组相连的储能装置数目与集中式常规容量风电机组数目相同；分布式常规容量风电机组的数量可为多个，与分布式常规容量风电机组相连的储能装置数目与分布式常规容量风电机组数目相同；本实用新型中，大容量风电机组的数量可为多个，与大容量风电机组相连的储能装置数目与大容量风电机组数目相同。(图未示)可见，本实用新型根据风电机组的容量及分布的不同，分别设置了不同位置与容量的储能装置与其配套使用，解决了在风力发电的随机性、波动性条件下，稳定可靠地将风电并入电网，获得平滑的电力输出，符合了电网系统更加智能的趋势。在实际运行中，各储能装置可通过实际的计算仿真来分析选取相应的功率和容量，提供动态有功及无功支撑，平抑系统出现的瞬时功率不平衡，起到能量的缓冲平衡作用，这不仅有效的减小了可再生能源发电对电力系统的冲击和影响，还提高了电力系统运行的稳定性和经济性。储能系统的容量越大，对系统提高安全稳定性的作用越强。此外，由于风电建设项目周期长，多分为几期工程来实施，因而各期工程所采用的风电机组的机型也有可能不同，利用本实用新型，还可以为不同机型的风电机组配备不同功率、能量的储能系统，以满足不同的需要。由此可见，本实用新型具有以下优点(I)本实用新型的分布式储能系统中，根据整体风电场拓扑分布储能装置，同时充分运用风机自身的无功和电压的调整能力。即可根据风电机组的分布与装机容量来灵活设置该储能装置的位置和容量，使二者配套使用，实现风电场的分布式储能，提高风电入网的稳定性。例如，在图I中集中式常规容量风电机组容量小于4. 5MW，为2至4台风力发电机时；与集中式常规容量风电机组相连的第二储能装置，功率为O. 5MW至I. 5MW ;分布式常规容量风电机组容量小于4. 5MW，为2至4台风力发电机时；与分布式常规容量风电机组相连的第一储能装置，功率为O. 5MW至I. 5MW ;大容量风电机组容量为4. 5丽以上，为I台风力发电机时；与大容量风电机组相连的第一储能装置，功率为O. 5MW至I. 5MW。即使某一个环节出现故障，通过整体的拓扑结构及其调整，也可以保持平滑持续的电力输出。(2)本实用新型的第一储能装置采用了模块化结构，可分布式控制，配置灵活，用途多，易于升级。每套第一储能装置，可采用几个双向逆变器，每个双向逆变器再匹配相应的电池容量。具体容量和位置可根据实际需要进行设计。具体地，在储能变压器与电网之间设置了主断路器，保证了储能系统与电网之间的独立性。储能变压器实现的是电网电压与稳定的交流电压之间的转换，双向逆变器可实现交流电压与直流电压之间的转换，在直流汇流熔断器完好的情况下，直流电压汇入蓄电池中储存。当电网中的电压不稳定时，电池管理系统可控制蓄电池的充电与放电,从而对电网电压起到削峰填谷的作用，保证电网电压的稳定。(3)本实用新型中，根据用户系统可配置满足需求的蓄电池型号、数量、成组方式等，使用时遵循浅充浅放的原则，以有效延长蓄电池的使用寿命，设计时配置一定的能量冗余度。例如，在图I中蓄电池容量 按与该储能装置相连的风电机组额定功率的10% -30%配置，可实现蓄电池的浅充浅放，有利于延长蓄电池的使用寿命。与集中式常规容量风电机组相连的第二储能装置中，蓄电池容量按所述的集中式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置；与分布式常规容量风电机组相连的第一储能装置中，蓄电池容量按所述的分布式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置；与大容量风电机组相连的第一储能装置中，蓄电池容量按所述的大容量风电机组额定功率的10% -30%配置；与主变压器的低压侧相连的第一储能装置中，蓄电池的容量满足持续放电I小时以上，蓄电池按所述的风电场额定功率的10%配置。以上所述的仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种风电场的分布式储能系统，其特征在于，包括集中式常规容量风电机组、分布式常规容量风电机组、大容量风电机组、多个升压变压器、主变压器、多个储能装置、风电场汇流母线、以及上级电网； 所述的集中式常规容量风电机组，多个风力发电机并联后，与所述的升压变压器的低压侧、所述的储能装置相连； 所述的分布式常规容量风电机组，多条风力发电机和所述的升压变压器串联的支路并联后，与所述的风电场汇流母线、所述的储能装置相连； 所述的大容量风电机组，与所述的储能装置、所述的升压变压器的低压侧相连； 所述的风电场汇流母线与所述的主变压器的低压侧、所述的储能装置、所述的升压变压器的高压侧相连； 所述的上级电网与所述的主变压器的高压侧相连。
2.如权利要求I所述的风电场的分布式储能系统，其特征在于，一个所述的储能装置，结构为第一储能装置或第二储能装置； 第一储能装置，包括 多个储能单元、就地监控系统、主断路器以及储能变压器；其中，每个储能单元包括双向逆变器、直流汇流熔断器、蓄电池、电池管理系统； 所述的主断路器的一端与电网相连； 所述的储能变压器的输入端与所述的主断路器的另一端相连； 所述的双向逆变器的交流侧与所述的储能变压器的输出端相连； 所述的就地监控系统与所述储能单元中的电池管理系统相连，与电池管理系统进行实时通信，以获取蓄电池的工作信息，并在发生异常时进行报警； 在每个储能单元中 所述的直流汇流熔断器的一端与所述的双向逆变器的直流侧相连； 所述的蓄电池的一端与所述的直流汇流熔断器的另一端相连； 所述的电池管理系统与所述的蓄电池的另一端相连； 第二储能装置，包括 多个储能单元、就地监控系统、以及主断路器；其中，每个储能单元包括双向逆变器、直流汇流熔断器、蓄电池、电池管理系统； 所述的主断路器的一端与电网相连； 所述储能单元中的双向逆变器的交流侧与所述的主断路器的另一端相连； 所述的就地监控系统与所述储能单元中的电池管理系统相连，与电池管理系统进行实时通信，以获取蓄电池的工作信息，并在发生异常时进行报警； 在每个储能单元中 所述的直流汇流熔断器的一端与所述的双向逆变器的直流侧相连； 所述的蓄电池的一端与所述的直流汇流熔断器的另一端相连； 所述的电池管理系统与所述的蓄电池的另一端相连。
3.如权利要求2所述的风电场的分布式储能系统，其特征在于，所述的就地监控系统还与所述储能单元中的双向逆变器的交流侧相连，以监控双向逆变器的工作状态。
4.如权利要求3所述的风电场的分布式储能系统，其特征在于所述的集中式常规容量风电机组容量小于4. 5丽，为多台风力发电机；与所述的集中式常规容量风电机组相连的储能装置，结构为第二储能装置，其中，所述的蓄电池容量按所述的集中式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置； 所述的分布式常规容量风电机组容量小于4. 5MW,为多台风力发电机；与所述的分布式常规容量风电机组相连的储能装置，结构为第一储能装置，其中，所述的蓄电池容量按所述的分布式常规容量风电机组额定功率的10% -30%配置； 所述的大容量风电机组容量为4. 5MW以上,为I台风力发电机；与所述的大容量风电机组相连的储能装置，结构为第一储能装置，其中，所述的蓄电池容量按所述的大容量风电机组额定功率的10% -30%配置； 与所述的主变压器相连的储能装置，结构为第一储能装置，其中，所述的蓄电池的容量满足持续放电I小时以上，所述的蓄电池容量按所述的风电场额定功率的10%配置。
5.如权利要求3所述的风电场的分布式储能系统，其特征在于，所述的蓄电池为钠硫电池，或为锂离子电池，或为液流电池。
专利摘要本实用新型涉及一种风电场的分布式储能系统，包括集中式常规容量风电机组、分布式常规容量风电机组、大容量风电机组、多个升压变压器、主变压器、多个储能装置、电网、以及上级电网，集中式常规容量风电机组，多个风力发电机并联后，与升压变压器的低压侧、储能装置相连；分布式常规容量风电机组，多条风力发电机和升压变压器串联的支路并联后，与风电场汇流母线、储能装置相连；大容量风电机组，与储能装置、升压变压器的低压侧相连；风电场汇流母线与主变压器的低压侧、储能装置、升压变压器的高压侧相连。本实用新型可根据风电场的实际情况分布不同容量的储能装置，稳定可靠地并入电网。
文档编号H02J3/38GK202435050SQ20122001807
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者张继, 王佼, 王杰, 王沛然, 芮守娟 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司