CN105186546A - 应用于海上风电场的储能方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于海上风电场的储能方法及***。其中，该方法包括：接收经传输电缆传输的电能；对接收到的所述电能进行功率转换；存储经功率转换后的电能；其中，当需输出存储的电能时，将所述存储的电能进行功率转换，并经所述传输电缆传输至海底电缆。本发明解决了平滑海上风电***功率输出波动、低压穿越的技术问题。

Description

应用于海上风电场的储能方法及***

技术领域

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种应用于海上风电场的储能方法及***。

背景技术

海上风电场由于离陆地较远，通常通过背靠背高压直流***或柔性直流***与陆地上电力***进行连接，如图1所示，高压直流***的两个变流器(整流器和逆变器)之间，通常经过直流海底电缆进行连接。部分距离较近的海上风电场，也可以不采用高压直流***，直接与陆上电力***进行连接，如图2所示。

然而，由于风速变化快，因此海上风电场输出功率也时刻发生较大的变化，如图3所示，这导致图1和图2中的交流母线2#的电压会不断发生较大的变化，影响了陆上电力***的电能质量和安全稳定运行。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种应用于海上风电场的储能方法及***，以至少解决平滑海上风电***功率输出波动、低压穿越的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种应用于海上风电场的储能***，包括：与海底电缆连接的传输电缆，用于传输电能；功率变换装置，与所述传输电缆连接，用于对接收到的电能进行功率转换；储能装置，与所述功率变换装置连接，用于存储经功率转换后的电能。

进一步地，所述功率变换装置为直流变换器；所述直流变换器用于将来自所述传输电缆的具有第一电压的直流电能转换为具有第二电压的直流电能，或者，将来自所述储能装置的具有第二电压的直流电能转换为具有第一电压的直流电能；所述储能装置还用于接收并存储所述具有第二电压的直流电能；所述传输电缆还用于接收所述具有第一电压的直流电能。

进一步地，所述第一电压高于所述第二电压，所述传输电缆为直流电缆。

进一步地，所述功率变换装置为逆变器；其中，所述逆变器用于将来自所述传输电缆的具有第三电压的交流电能转换为具有第四电压的直流电能，或者，将来自所述储能装置的具有第四电压的直流电能转换为具有第三电压的交流电能；所述储能装置还用于接收并存储所述具有第四电压的直流电能；所述传输电缆还用于接收所述具有第三电压的交流电能。

进一步地，所述第三电压高于所述第四电压，所述传输电缆为交流电缆。

进一步地，所述***还包括：用于承载所述功率变换装置以及储能装置的承载装置。

进一步地，所述承载装置为船。

进一步地，所述储能装置包括以下一种或几种储能元件的组合：涡轮、铅酸电池、液态电池以及压缩空气储能***。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种应用于海上风电场的储能方法，包括：接收经传输电缆传输的电能；对接收到的所述电能进行功率转换；存储经功率转换后的电能；其中，当需输出存储的电能时，将所述存储的电能进行功率转换，并经所述传输电缆传输至海底电缆。

进一步地，所述对接收到的所述电能进行功率转换包括：将来自所述传输电缆的具有第一电压的直流电能转换为具有第二电压的直流电能；所述将所述存储的电能进行功率转换包括：将存储的所述具有第二电压的直流电能转换为所述具有第一电压的直流电能；其中，所述第一电压高于所述第二电压。

进一步地，所述对接收到的所述电能进行功率转换包括：将来自所述传输电缆的具有第三电压的交流电能转换为具有第四电压的直流电能；所述将所述存储的电能进行功率转换包括：将存储的所述具有第四电压的直流电能转换为所述具有第三电压的交流电能；其中，所述第三电压高于所述第四电压。

在本发明实施例中，采用设置与海底电缆连接的传输电缆、与传输电缆连接的功率变换装置以及与功率变换装置连接的储能装置的方式，通过储能装置存储电能，在海上风电场输出功率发生变化时进行调节，达到了陆上风电***接收到较为稳定的电能的目的，从而实现了增强陆上电力***的电能稳定性及安全性的技术效果，进而解决了平滑海上风电***功率输出波动、低压穿越的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的一种海上风电场与陆上电力***连接的示意图；

图2是根据现有技术的另一种海上风电场与陆上电力***连接的示意图；

图3是根据现有技术的海上风电场输出功率随时间变化的示意图；

图4根据是本发明实施例的一种可选的应用于海上风电场的储能***的结构示意图；

图5根据是本发明实施例的另一种可选的应用于海上风电场的储能***的结构示意图；

图6根据是本发明实施例的又一种可选的应用于海上风电场的储能***的结构示意图；

图7根据是本发明实施例的又一种可选的应用于海上风电场的储能***的结构示意图；

图8根据是本发明实施例的一种可选的应用于海上风电场的储能方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种应用于海上风电场的储能***的实施例。图4是根据本发明实施例的应用于海上风电场的储能***的结构示意图，如图4所示，应用于海上风电场的储能***包括如下组成部分：与海底电缆408连接的传输电缆402、功率变换装置404以及储能装置406。

其中，与海底电缆408连接的传输电缆402，用于传输电能；功率变换装置404，与所述传输电缆402连接，用于对接收到的电能进行功率转换；储能装置406，与所述功率变换装置404连接，用于存储经功率转换后的电能。

本发明实施例的应用于海上风电场的储能***，采用设置与海底电缆连接的传输电缆、与传输电缆连接的功率变换装置以及与功率变换装置连接的储能装置的方式，通过储能装置存储电能，在海上风电场输出功率发生变化时进行调节，达到了陆上风电***接收到较为稳定的电能的目的，从而实现了增强陆上电力***的电能稳定性及安全性的技术效果，进而解决了平滑海上风电***功率输出波动、低压穿越的技术问题。

可选地，所述功率变换装置为直流变换器；所述直流变换器用于将来自所述传输电缆的具有第一电压的直流电能转换为具有第二电压的直流电能，或者，将来自所述储能装置的具有第二电压的直流电能转换为具有第一电压的直流电能；所述储能装置还用于接收并存储所述具有第二电压的直流电能；所述传输电缆还用于接收所述具有第一电压的直流电能。

其中，直流变换器，也称直流-直流(DC/DC)变换器，是一种将固定的直流电压变换成可变的直流电压的装置。

可选地，所述第一电压高于所述第二电压，所述传输电缆为直流电缆。

本发明实施例中，由于储能装置能够存储的电能的电压一般较低，而海上风电场发出的电能的电压较高，因此直流变换器需要对来自海上风电场的电能进行降压并传输给储能装置进行存储，例如，将电压为1000V的电能降为电压为100V的电能，以及对储能装置的电能进行升压并传输给陆上电力***。

可选地，所述功率变换装置为逆变器；其中，所述逆变器用于将来自所述传输电缆的具有第三电压的交流电能转换为具有第四电压的直流电能，或者，将来自所述储能装置的具有第四电压的直流电能转换为具有第三电压的交流电能；所述储能装置还用于接收并存储所述具有第四电压的直流电能；所述传输电缆还用于接收所述具有第三电压的交流电能。

其中，逆变器是把直流电能转换为交流电能的装置。

可选地，所述第三电压高于所述第四电压，所述传输电缆为交流电缆。

本发明实施例中，由于储能装置能够存储的电能的电压一般较低且为直流电能，而海上风电场发出的电能的电压较高且为交流电能，因此逆变器需要对来自海上风电场的交流电能进行降压并转换为直流电能，进而传输给储能装置进行存储，以及对储能装置的直流电能进行升压并转换为交流电能传输给陆上电力***。

可选地，如图5所示，应用于海上风电场的储能***还包括：用于承载所述功率变换装置以及储能装置的承载装置502。

可选地，所述承载装置为船。

通过本发明能够解决现有海上风电***输出功率波动大、电能质量低、影响陆上风电***安全稳定运行的问题。此外，本发明中的承载装置可以利用废旧货船作为载体，大大节省建设成本，从而便于推广和实现经济效益。此外，本发明中的承载装置也可以是能够承载功率变换装置以及储能装置平台，本发明不做限定。

如图6所示，为适用于图1的应用于海上风电场的储能***，承载装置为船(也称储能船)用于承载直流变换器和储能装置，使其能够漂浮在海平面上，储能装置与直流变换器连接，直流变换器通过直流电缆、直流母线(直流电缆、直流母线可以统称为传输电缆)与高压直流***中的直流海底电缆连接。海上风电场发出的交流电能传输到高压直流***之后，一部分为陆上电力***供电，一部分通过传输电缆到达直流变换器，直流变换器连接在整流器与逆变器之间，整流器将海上风电场传输来的交流电能转化为直流电能，直流变换器对接收到的直流电能进行降压(例如从1000V降低至100V)，进而将降压后的直流电能传输至储能装置。当海上风电场输出功率发生变化时，应用于海上风电场的储能***会利用储能装置存储的直流电能为其进行补偿(直流变换器将直流电能进行升压，经由直流电缆、直流母线传输至直流海底电缆，逆变器将接收到的直流电能转换为交流电能向陆上电力***传输)，进而提高海上风电场输出功率的可控性，抑制风电功率波动，平滑输出电压，提高电能质量。

如图7所示，为适用于图2的应用于海上风电场的储能***，储能船承载逆变器和储能装置，使其能够漂浮在海平面上，储能装置与逆变器连接，逆变器通过交流电缆(也可称为传输电缆)与交流海底电缆连接。海上风电场发出的交流电能传输到交流海底电缆之后，一部分为陆上电力***供电，一部分通过传输电缆到达逆变器，逆变器将接收到的交流电能转换为直流电能并进行降压，进而将得到的直流电能传输至储能装置。当海上风电场输出功率发生变化时，应用于海上风电场的储能***会利用储能装置存储的直流电能为其进行补偿(逆变器将直流电能转换为交流电能并进行升压，经由交流电缆传输至交流海底电缆，进而向陆上电力***传输)，进而提高海上风电场输出功率的可控性，抑制风电功率波动，平滑输出电压，提高电能质量。

可选地，所述储能装置包括以下一种或几种储能元件的组合：涡轮、铅酸电池、液态电池以及压缩空气储能***。

本发明提出的应用于海上风电场的储能***包含由储能元件构成的储能装置、功率变换装置(直流变换器或逆变器)、传输电缆，以及承载装置。储能装置可以是任意储能元件构成的装置，如涡轮，铅酸电池，液态电池，压缩空气储能***等，可以是固态储能介质，也可以是液态储能介质，或者是多种储能介质的组合。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种应用于海上风电场的储能方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图8是根据本发明实施例的应用于海上风电场的储能方法，如图8所示，该方法包括如下步骤：

步骤S802，接收经传输电缆传输的电能。

其中，传输电缆与海底电缆连接，海上风电场输出的电能传输到交流海底电缆之后，一部分为陆上电力***供电，一部分通过传输电缆到达应用于海上风电场的储能***。

步骤S804，对接收到的电能进行功率转换。

其中，在接收到经传输电缆传输的电能之后，需要对该电能进行功率转换。

对接收到的电能进行功率转换包括：将来自传输电缆的具有第一电压的直流电能转换为具有第二电压的直流电能，第一电压高于第二电压。或者，

对接收到的电能进行功率转换包括：将来自传输电缆的具有第三电压的交流电能转换为具有第四电压的直流电能，第三电压高于第四电压。

步骤S806，存储经功率转换后的电能，其中，当需输出存储的电能时，将存储的电能进行功率转换，并经传输电缆传输至海底电缆。

其中，将经功率转换后的电能进行存储，当海上风电场输出功率发生变化时，应用于海上风电场的储能***会利用存储的电能为其进行补偿，提高海上风电场输出功率的可控性，抑制风电功率波动，平滑输出电压，提高电能质量。

将存储的电能进行功率转换包括：将存储的具有第二电压的直流电能转换为具有第一电压的直流电能。或者，

将存储的电能进行功率转换包括：将存储的具有第四电压的直流电能转换为具有第三电压的交流电能。

在本发明实施例中，通过将海上风电场输出的一部分电能进行存储，在海上风电场的输出功率发生变化时，利用存储的电能对其进行调节，达到了陆上风电***接收到较为稳定的电能的目的，从而实现了增强陆上电力***的电能稳定性及安全性的技术效果，进而解决了平滑海上风电***功率输出波动、低压穿越的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种应用于海上风电场的储能***，其特征在于，包括：

与海底电缆连接的传输电缆，用于传输电能；

功率变换装置，与所述传输电缆连接，用于对接收到的电能进行功率转换；

储能装置，与所述功率变换装置连接，用于存储经功率转换后的电能。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述功率变换装置为直流变换器；

所述直流变换器用于将来自所述传输电缆的具有第一电压的直流电能转换为具有第二电压的直流电能，或者，将来自所述储能装置的具有第二电压的直流电能转换为具有第一电压的直流电能；

所述储能装置还用于接收并存储所述具有第二电压的直流电能；

所述传输电缆还用于接收所述具有第一电压的直流电能。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第一电压高于所述第二电压，所述传输电缆为直流电缆。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述功率变换装置为逆变器；

其中，所述逆变器用于将来自所述传输电缆的具有第三电压的交流电能转换为具有第四电压的直流电能，或者，将来自所述储能装置的具有第四电压的直流电能转换为具有第三电压的交流电能；

所述储能装置还用于接收并存储所述具有第四电压的直流电能；

所述传输电缆还用于接收所述具有第三电压的交流电能。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第三电压高于所述第四电压，所述传输电缆为交流电缆。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：用于承载所述功率变换装置以及储能装置的承载装置。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述承载装置为船。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的***，其特征在于，所述储能装置包括以下一种或几种储能元件的组合：

涡轮、铅酸电池、液态电池以及压缩空气储能***。

9.一种应用于海上风电场的储能方法，其特征在于，包括：

接收经传输电缆传输的电能；

对接收到的所述电能进行功率转换；

存储经功率转换后的电能；

其中，当需输出存储的电能时，将所述存储的电能进行功率转换，并经所述传输电缆传输至海底电缆。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述对接收到的所述电能进行功率转换包括：

将来自所述传输电缆的具有第一电压的直流电能转换为具有第二电压的直流电能；

所述将所述存储的电能进行功率转换包括：

将存储的所述具有第二电压的直流电能转换为所述具有第一电压的直流电能；

其中，所述第一电压高于所述第二电压。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述对接收到的所述电能进行功率转换包括：

将来自所述传输电缆的具有第三电压的交流电能转换为具有第四电压的直流电能；

所述将所述存储的电能进行功率转换包括：

将存储的所述具有第四电压的直流电能转换为所述具有第三电压的交流电能；

其中，所述第三电压高于所述第四电压。