论文总字数：23338字

摘 要

随着储能系统在风力发电中的大规模应用，作为其结构核心的储能监控系统也得到越来越多研究人员的关注，因此开展风储监控系统框架结构及功能设计的调研工作也具有一定的意义。

本文首先简单介绍了课题研究背景和国内外研究现状，并说明了课题意义。接着，在风储联合运行的几项关键技术、风力发电系统及监控架构和储能系统及监控架构三个方面做了一些调研工作。

最后，本文介绍了风储一体化系统的上下游关系、软硬件架构、技术指标、基本功能以及主要的高级功能，并进行了总结。

关键词：风电场；储能系统；储能监控系统；风储联合发电

Frame structure and function design of monitoring and control for wind power energy storage system

Abstract

With the large-scale application of energy storage systems in wind power grid, as the core of energy storage，monitoring and control system has attracted more and more researchers' attention. Therefore, the research work on the framework structure and functional design of wind storage monitoring systems has also been carried out Has a certain meaning.

This article first briefly introduces the research background of the subject and the current research status at home and abroad, and explains the significance of the subject. Next, some research work was done on key technologies of wind power energy storage system, wind power generation system with monitoring architecture and energy storage system with monitoring architecture.

Finally, this article introduces the upstream and downstream relationships, software and hardware architecture, technical indicators, basic functions, and main advanced functions of wind power energy storage system.

Key words: wind farm; energy storage system; energy storage monitoring and control system; wind power energy storage system

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 风电并网对电力系统的影响 2

1.2.2 储能技术在大规模风电并网的作用 2

1.2.3 储能监控系统的研究进展及场景需求 3

1.3 课题意义 3

第二章 风储联合运行关键技术及应用 4

2.1 风储联合发电的容量配置技术 4

2.2 风储联合发电控制技术 4

2.3 风储联合发电经济性分析 5

2.4 国内外风储联合发电示范工程 5

第三章 风力发电系统及监控架构 7

3.1 系统构成 7

3.2 接入方式 7

3.3 风力发电监控系统 8

3.3.1 设备配置 8

3.3.2 主要功能^[28] 8

3.3.3 监测信息 10

第四章 储能系统及监控架构 11

4.1 主要储能技术 11

4.2 储能系统构成 11

4.3 储能监控系统 12

4.3.1 设备配置 12

4.3.2 主要功能^[33] 12

4.3.3 监测信息 13

第五章 风储一体化监控系统架构设计 15

5.1 上下游关系 15

5.2 软硬件架构 15

5.2.1 软件架构 15

5.2.2 硬件架构 17

5.3 技术指标 18

5.3.1 可用性指标 18

5.3.2 可靠性和运行寿命指标 18

5.3.3 信息处理指标 19

5.3.4 实时性指标 19

5.3.5 负载率指标 19

5.3.6 系统存储容量指标 19

5.4 基本功能 19

5.4.1 数据采集 19

5.4.2 数据处理 20

5.4.3 通信技术 20

5.4.4 人机界面 20

5.5 高级功能 21

5.5.1 诊断预警 21

5.5.2 储能状态分析 22

5.5.3 风储协调控制 23

第六章 总结与展望 26

参考文献 27

致 谢 30

第一章 绪 论

研究背景

世界各国需要严肃对待的问题主要有能源不足和环境恶化问题，可再生能源的开发和利用是所有国家共同做出的选择^[1]。有研究预测，与20世纪初相比，本年度全球能源使用的总量约为1.5倍，而到本世纪中更有可能增长一倍以上。在能源供需形势如此严峻的情况下，数据统计显示，由于过去十年时间内全球约2.6万亿美元的总投资，可再生能源的装机总量由2009年底的414GW上升至2019年底的1650GW。目前全世界可再生能源发电量已占总发电量的12.9%。

风能作为一种可再生、丰富的清洁能源，在全世界范围内大规模开发和利用^[2]。作为技术最成熟的新能源发电方式之一，利用风能发电的技术近年来发展迅猛。作为能够代替传统石油、煤炭、天然气等一次能源的可再生能源，为追求更完善的能源结构以及改善日趋恶劣的生态环境，大规模开发利用风能对于我国这样的能源强国来说具有战略性意义，因此我国政府对风电的发展给予了高度重视^[3][4]。我国对于大型千万千瓦级风电基地的开发和规划可以追溯到2008年，在吉林、甘肃、新疆、河北等风资源丰富的地区进行了初步开发规划。截止2019年底，根据国家能源局的最新统计数据，我国风电装机总量累计达到2.2亿kW，这项数据占全部发电装机总量的10.4%。目前，我国风电装机容量已经升到世界最高水平。随着风电装机机组在电力系统的比例不断增加，风电功率受风力影响而产生的随机性、间歇性及波动性对电力系统不利，因此，研究人员使用储能技术改善风力发电的低压穿透能力，降低风力发电波动，参与系统频率控制以及优化风力发电技术中的调度机制。

作为风储联合运行的核心中枢，监控系统不仅能发挥基本SCADA功能，还需根据储能本身特性以及风储联合运行的需求提供系统诊断预警、分析各种储能状态以及协调控制系统运行等其他高级功能。本课题的研究目的在于开展详细的风储一体化监控架构和功能设计，为风储联合系统安全、稳定和经济运行提供保障。

国内外研究现状

风电并网对电力系统的影响

作为各种开发和利用风能方式中最具有经济效益的方式之一，大规模风电并网通常由多台风电机组组成，数量在几十到上千内波动，容量可以达到MW级。由于风电功率随机性强和波动性大的缺点，随着风电装机容量的增加，风电并网会对电力系统产生影响，包括对电能质量、电压稳定、调峰调频以及系统调度的影响^[5]。

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