本發(fā)明涉及海上風電儲能，具體為一種適用于海上風電的儲能系統(tǒng)及其方法。

背景技術：

1、在海上風電場中，由于海上環(huán)境的特殊性，風速的波動性非常大，這直接導致風電場的發(fā)電量具有很強的間歇性和不穩(wěn)定性，為了解決發(fā)電量的波動問題，通常在風電場中設置儲能站，以便在發(fā)電過剩時存儲能量，在發(fā)電不足時釋放能量來平衡供需關系?，F(xiàn)有的儲能站通常采用超級電容和蓄電池的組合結構，這兩者各有優(yōu)缺點，相輔相成。

2、超級電容因其具有高功率密度和快速充放電的能力，在電力系統(tǒng)中主要用于應對瞬時大功率需求或短期的功率波動。由于超級電容可以迅速響應負載的快速變化，它常被用于平滑電力波動，保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。然而，超級電容的能量密度較低，這意味著其儲能能力有限，無法長時間持續(xù)供電。

3、蓄電池則具有較高的能量密度，能夠存儲大量能量并在長時間內(nèi)緩慢釋放，適合應對持續(xù)的負載需求或較長時間的供電不足。相比之下，蓄電池的充放電速率較慢，響應速度不如超級電容，因此在應對負載的快速波動時存在不足。

4、在現(xiàn)有技術中，超級電容和蓄電池通常并聯(lián)連接在風電場的儲能裝置中，共同對負載端供電。當風電場發(fā)電量過剩時，儲能裝置將能量存儲在超級電容和蓄電池中；而當發(fā)電量不足時，儲能裝置則釋放能量以補充負載需求。然而，在這種結構中，超級電容的容量設定和充放電策略往往不夠合理，導致在實際應用中存在一些不足。

5、首先，超級電容的容量設定往往基于估算或經(jīng)驗值，而沒有充分考慮到歷史負載需求和發(fā)電量波動的實際數(shù)據(jù)。這種設定方式容易導致容量過大或過小，過大的容量增加了系統(tǒng)的成本和體積，而過小的容量則可能無法在關鍵時刻提供足夠的電力支持，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

6、其次，現(xiàn)有技術中的超級電容和蓄電池的充放電管理策略較為簡單，通常僅依據(jù)當前的負載需求和發(fā)電量來決定充放電操作，這種方式可能會導致超級電容在不必要的時候被頻繁充放電，或者在需要時沒有足夠的能量釋放。同時，蓄電池的放電策略也未能充分考慮到其與超級電容的協(xié)同作用，導致在某些情況下蓄電池過度放電，而超級電容未能充分發(fā)揮其快速響應的優(yōu)勢。

7、這些不足之處使得現(xiàn)有的儲能站在應對海上風電場的發(fā)電波動和負載需求變化時，不能充分發(fā)揮超級電容和蓄電池的優(yōu)勢，導致系統(tǒng)效率低下，甚至可能引發(fā)供電不穩(wěn)定的問題。為了解決這些問題，迫切需要一種基于實際負載和發(fā)電量數(shù)據(jù)的優(yōu)化策略，來合理設定超級電容的容量，并設計合理的充放電管理策略，以提高儲能系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

8、在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于海上風電的儲能系統(tǒng)及其方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種適用于海上風電的儲能系統(tǒng)，包括：

4、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集過去至少一年的海上風電場發(fā)電量的歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)和負載端的歷史需求時序數(shù)據(jù)，并保證采集的發(fā)電量的歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)和負載端的歷史需求時序數(shù)據(jù)的時間戳一一對應；

5、負載分析模塊，用于對歷史需求時序數(shù)據(jù)進行分析，確定歷史需求時序數(shù)據(jù)中的最大瞬時負載，并確定最大瞬時負載對應的時間戳，并根據(jù)該時間戳往前追溯，確定最大瞬時負載對應時間戳往前k長度時間段內(nèi)的負載需求時序數(shù)據(jù)，標定為第一負載時序數(shù)據(jù)；

6、發(fā)電量分析模塊，用于對歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)進行分析，確定歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)中的最小瞬時發(fā)電量，并確定最小瞬時發(fā)電量時對應的時間戳，并根據(jù)該時間戳往前追溯，確定最小發(fā)電量對應時間戳往前k長度時間段的發(fā)電時序數(shù)據(jù)，標定為第一發(fā)電時序數(shù)據(jù)；

7、電容標定模塊，用于對第一負載時序數(shù)據(jù)和第一發(fā)電時序數(shù)據(jù)進行分析，并采集負載端的額定電壓值，確定超級電容的電容量和額定電壓值，設定超級電容并將超級電容與風電場儲能裝置中的蓄電池并聯(lián)；

8、供需分析模塊，用于實時采集海上風電場當前時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)和負載端的當前時刻的負載需求數(shù)據(jù)，判斷當前風電場儲能裝置的狀態(tài)是充電還是進行放電，將當前時刻標定為參考時刻，并以參考時刻為基準采集往后t時間長度的連續(xù)的發(fā)電量數(shù)據(jù)和負載需求數(shù)據(jù)構成實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)和實時需求時序數(shù)據(jù)；

9、儲能調(diào)整模塊，用于根據(jù)實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)和實時需求時序數(shù)據(jù)生成發(fā)電量波動指數(shù)和負載波動指數(shù)，并在充電狀態(tài)時根據(jù)發(fā)電量波動指數(shù)確定超級電容的充電電壓閾值，并在達到充電電壓閾值后用剩余電能為蓄電池充電，在放電狀態(tài)時根據(jù)負載波動指數(shù)選擇和參考時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)、負載需求數(shù)據(jù)確定超級電容和蓄電池的放電策略。

10、進一步地，發(fā)電量的歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)為海上風電場在不同時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)，并按時間順序連續(xù)記錄構成，每分鐘記錄一次發(fā)電量，負載端的歷史需求時序數(shù)據(jù)為過去至少一年內(nèi)，連接到風電場的負載在不同時刻的用電需求總量，同樣按時間順序連續(xù)記錄構成，且每分鐘記錄一次用電需求總量，并將發(fā)電量的歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)和負載端的歷史需求時序數(shù)據(jù)內(nèi)部的數(shù)據(jù)點按照時間順序進行編號，且將編號一一映射；

11、所述歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)和歷史需求時序數(shù)據(jù)的起始時間戳和結束時間戳相同，且在同一個時間點即相同的時間戳上，同時有對應的發(fā)電量數(shù)據(jù)和實際用電需求總量。

12、進一步地，確定最大瞬時負載往前的k長度時間段的負載需求時序數(shù)據(jù)所依據(jù)的邏輯為：

13、根據(jù)歷史需求時序數(shù)據(jù)確定最大瞬時負載，所依據(jù)的公式為：

14、sfj＝max(lf1、lf2、…、lfi、…、lfn)

15、其中，sfj表示最大瞬時負載數(shù)據(jù)，j表示最大瞬時負載數(shù)據(jù)對應的數(shù)據(jù)點的編號，sfj＝lfj，lfi表示歷史需求時序數(shù)據(jù)中第i個數(shù)據(jù)點的用電需求總量數(shù)據(jù)，n表示歷史需求時序數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點總量；

16、在歷史需求時序數(shù)據(jù)中，除第一個數(shù)據(jù)點外，計算各個數(shù)據(jù)點的波動率，以第j個數(shù)據(jù)點的對應的時間戳為基準，依據(jù)時間順序往前進行追溯，直到波動率小于波動閾值或追溯到前方無數(shù)據(jù)點時停止追溯，并將追溯的數(shù)據(jù)點數(shù)標定為k，則追溯的時間為k分鐘，計算波動率所依據(jù)的公式為：

17、

18、其中，bdi表示第i個數(shù)據(jù)點的用電需求總量數(shù)據(jù)的波動率，lfi-1表示歷史需求時序數(shù)據(jù)中第i-1個數(shù)據(jù)點的用電需求總量數(shù)據(jù)；

19、構成的所述第一負載時序數(shù)據(jù)為：

20、ff1＝(lfj-k、lfj-k+1、…、lfj)

21、其中，ff1表示第一負載時序數(shù)據(jù)。

22、進一步地，確定最小瞬時發(fā)電量往前k長度時間段的發(fā)電時序數(shù)據(jù)所依據(jù)的邏輯為：

23、根據(jù)歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)確定最小瞬時發(fā)電量，所依據(jù)的公式為：

24、sdq＝min(ld1、ld2、…、ldp、…、ldn)

25、其中，sdq表示最小瞬時發(fā)電量數(shù)據(jù)，q表示最小瞬時發(fā)電量數(shù)據(jù)的編號，sdq＝ldq，ldp表示歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)中第p個數(shù)據(jù)點的發(fā)電量數(shù)據(jù)；

26、在歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)中，以第q個數(shù)據(jù)點的對應的時間戳為基準，依據(jù)時間順序往前進行追溯，直到追溯k個數(shù)據(jù)點，完成追溯；

27、構成的所述第一發(fā)電時序數(shù)據(jù)為：

28、fd1＝(ldq-k、ldq-k+1、…、ldq)

29、其中，fd1表示第一負載時序數(shù)據(jù)。

30、進一步地，確定超級電容的電容量所依據(jù)的公式為：

31、

32、其中，csc表示超級電容的電容量，vra表示負載端的額定電壓值，超級電容的額定電壓值vrc＝δ*vra2，δ為電壓比例系數(shù)，且1.5≤δ≤2。

33、進一步地，判斷當前風電場儲能裝置的狀態(tài)是充電還是進行放電的方法為：

34、將參考時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)fd(α)和負載需求數(shù)據(jù)fz(α)進行比較，若fd(α)>fz(α)，則判斷風電場儲能裝置為充電狀態(tài)，若fd(α)<fz(α)，則判斷風電場儲能裝置為放電狀態(tài)，

35、構成的實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)為fd(t)，t∈[α，α+t]，構成的實時需求時序數(shù)據(jù)為fz(t)，t∈[α，α+t]，其中α為參考時刻的時間戳，t為時間變量。

36、進一步地，生成發(fā)電量波動指數(shù)和負載波動指數(shù)所依據(jù)的方法為：

37、將t時間長度等分為m個時間段，每個時間段的長度ω0，且m*ω0＝t，分別計算實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)和實時需求時序數(shù)據(jù)的變化率平均值和變化率標準差；

38、計算發(fā)電時序數(shù)據(jù)的變化率平均值和變化率標準差所依據(jù)的公式為：

39、

40、其中，δfd(t)表示發(fā)電時序數(shù)據(jù)的變化率，μfd和σfd分別表示發(fā)電時序數(shù)據(jù)的變化率平均值和變化率標準差，β表示時間段的序號；

41、計算實時需求時序數(shù)據(jù)的變化率平均值和變化率標準差所依據(jù)的公式為：

42、

43、其中，δfz(t)表示實時需求時序數(shù)據(jù)的變化率，μfz和σfz分別表示實時需求時序數(shù)據(jù)變化率平均值和變化率標準差；

44、依據(jù)實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)和實時需求時序數(shù)據(jù)的變化率平均值和變化率標準差，生成發(fā)電量波動指數(shù)和負載波動指數(shù)，所依據(jù)的公式為：

45、

46、其中，fdb表示發(fā)電量波動指數(shù)，fzb表示負載波動指數(shù)。

47、進一步地，在充電狀態(tài)時根據(jù)發(fā)電量波動指數(shù)確定超級電容的充電電壓閾值所依據(jù)的公式為：

48、

49、其中，vcy表示電電壓閾值，vrc表示超級電容的額定電壓值，fdb表示發(fā)電量波動指數(shù)。

50、進一步地，在放電狀態(tài)時確定超級電容和蓄電池的放電策略所依據(jù)的方法為：

51、計算參考時刻的電量缺口δw，且δw＝fz(α)-fd(α)，并將負載波動指數(shù)和負載波動閾值fzby相比較，并計算超級電容的最大放電量wfmax，且csc表示超級電容的電容量；

52、若fzb≥fzby，且δw≤wfmax，則優(yōu)先使用超級電容進行放電，超級電容放電完畢后使用蓄電池進行放電；

53、若fzb≥fzby，且δw>wfmax，同時使用超級電容和蓄電池進行放電；

54、若fzb<fzby，則優(yōu)先使用蓄電池進行放電，蓄電池放電完畢后使用超級電容進行放電。

55、本發(fā)明另外還提供一種適用于海上風電的儲能方法，所述儲能方法由上述的儲能系統(tǒng)執(zhí)行獲得，具體步驟包括：

56、s1：采集過去至少一年的海上風電場發(fā)電量的歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)和負載端的歷史需求時序數(shù)據(jù)，并保證采集的發(fā)電量的歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)和負載端的歷史需求時序數(shù)據(jù)的時間戳一一對應；

57、s2：對歷史需求時序數(shù)據(jù)進行分析，確定歷史需求時序數(shù)據(jù)中的最大瞬時負載，并確定最大瞬時負載對應的時間戳，并根據(jù)該時間戳往前追溯，確定最大瞬時負載對應時間戳往前k長度時間段內(nèi)的負載需求時序數(shù)據(jù)，標定為第一負載時序數(shù)據(jù)；

58、s3：對歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)進行分析，確定歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)中的最小瞬時發(fā)電量，并確定最小瞬時發(fā)電量時對應的時間戳，并根據(jù)該時間戳往前追溯，確定最小發(fā)電量對應時間戳往前k長度時間段的發(fā)電時序數(shù)據(jù)，標定為第一發(fā)電時序數(shù)據(jù)；

59、s4：對第一負載時序數(shù)據(jù)和第一發(fā)電時序數(shù)據(jù)進行分析，并采集負載端的額定電壓值，確定超級電容的電容量和額定電壓值，設定超級電容并將超級電容與風電場儲能裝置中的蓄電池并聯(lián)；

60、s5：實時采集海上風電場當前時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)和負載端的當前時刻的負載需求數(shù)據(jù)，判斷當前風電場儲能裝置的狀態(tài)是充電還是進行放電，將當前時刻標定為參考時刻，并以參考時刻為基準采集往后t時間長度的連續(xù)的發(fā)電量數(shù)據(jù)和負載需求數(shù)據(jù)構成實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)和實時需求時序數(shù)據(jù)；

61、s6：根據(jù)實時發(fā)電時序數(shù)據(jù)和實時需求時序數(shù)據(jù)生成發(fā)電量波動指數(shù)和負載波動指數(shù)，并在充電狀態(tài)時根據(jù)發(fā)電量波動指數(shù)確定超級電容的充電電壓閾值，并在達到充電電壓閾值后用剩余電能為蓄電池充電，在放電狀態(tài)時根據(jù)負載波動指數(shù)選擇和參考時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)、負載需求數(shù)據(jù)確定超級電容和蓄電池的放電策略。

62、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

63、本發(fā)明首先通過數(shù)據(jù)采集模塊，采集過去至少一年的海上風電場發(fā)電量和負載需求的歷史時序數(shù)據(jù)，并確保這些數(shù)據(jù)的時間戳一一對應，通過負載分析模塊識別出歷史需求時序數(shù)據(jù)中的最大瞬時負載，并根據(jù)該時間戳前后一定時間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)來標定為第一負載時序數(shù)據(jù)，同樣地，通過發(fā)電量分析模塊確定歷史發(fā)電時序數(shù)據(jù)中的最小瞬時發(fā)電量，并標定相應時間段的發(fā)電數(shù)據(jù)為第一發(fā)電時序數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)分析，電容標定模塊準確設定超級電容的容量，這一容量設定基于真實的歷史數(shù)據(jù)，而不是經(jīng)驗估算，因此能夠更精確地反映系統(tǒng)實際的供需波動情況，避免了容量設定過大或過小的問題；

64、本發(fā)明的供需分析模塊實時采集風電場當前的發(fā)電量數(shù)據(jù)和負載需求數(shù)據(jù)，并判斷儲能裝置的狀態(tài)是充電還是放電，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時，儲能調(diào)整模塊根據(jù)實時的發(fā)電量波動指數(shù)，確定超級電容的充電電壓閾值，實現(xiàn)根據(jù)發(fā)電量波動情況動態(tài)調(diào)整超級電容的充電電壓閾值，當系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時，儲能調(diào)整模塊根據(jù)負載波動指數(shù)，結合參考時刻的發(fā)電量數(shù)據(jù)和負載需求數(shù)據(jù)，確定超級電容和蓄電池的放電策略，通過電容標定模塊的設置，使得超級電容和蓄電池的容量、充放電策略能夠協(xié)同優(yōu)化。