基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法及裝置，其將飛輪儲能裝置接入風(fēng)電機(jī)組的功率輸出點，通過調(diào)節(jié)飛輪儲能系統(tǒng)的飛輪角速度，利用飛輪儲能裝置的動量增量調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組出口的功率，進(jìn)行消峰填谷、功率平滑，穩(wěn)定出口電壓。
【專利說明】基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法及裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明涉及一種基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法及裝置。屬儲能控制領(lǐng)域。用于解決風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動問題。
[0002]【背景技術(shù)】:目前風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的重要組成部分，但由于風(fēng)電本身波動性和隨機(jī)性的特點，愈來愈成為制約新能源發(fā)展的障礙，隨著新能源發(fā)電規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，這個問題顯得尤為迫切。儲能正是從根本上解決風(fēng)力發(fā)電接入問題的最有效途徑，通過儲能系統(tǒng)來彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性和不穩(wěn)定性缺陷，從而實現(xiàn)功率平滑并入電網(wǎng)。另外風(fēng)電的穩(wěn)定還表現(xiàn)在風(fēng)電場輸出功率的穩(wěn)定及頻率穩(wěn)定性，目前這方面問題的研究主要集中在利用儲能系統(tǒng)來平抑風(fēng)電輸出功率頻率波動。根據(jù)現(xiàn)在學(xué)者的很多理論和試驗研究結(jié)果，儲能系統(tǒng)確實能有效的改善風(fēng)電系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，且儲能系統(tǒng)容量越大、響應(yīng)速度越快效果越好。
[0003]飛輪儲能系統(tǒng)具有快速吸收或釋放有功及無功功率的特點，對改善系統(tǒng)的功率平衡狀況、降低并網(wǎng)處風(fēng)電的電壓波動和平抑風(fēng)電場輸出的波動具有很好的效果，同時還能起到增強(qiáng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的作用。增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就需要儲能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的能力，因為暫態(tài)過程中系統(tǒng)的各參量變化很快，飛輪儲能方式響應(yīng)速度可以達(dá)到l-20ms,能夠快速補(bǔ)償功率不平衡量,快速的與系統(tǒng)之間進(jìn)行有功、無功功率交換，以此來有效改善電壓波動性，如電壓暫降、波形畸變及閃變等。
[0004]隨機(jī)波動的風(fēng)電作為電源接入電網(wǎng)，將導(dǎo)致原有系統(tǒng)的備用容量增加，甚至還需要額外配備平衡穩(wěn)定裝置，使得系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性有所降低。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]發(fā)明目的:基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法及裝置，其目的是解決風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動問題。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:本方法將飛輪儲能裝置接入風(fēng)電機(jī)組的功率輸出點，通過調(diào)節(jié)飛輪儲能系統(tǒng)的飛輪角速度，利用飛輪儲能裝置的動量增量補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組出口的功率，使機(jī)組的輸出功率貼近參考值，達(dá)到進(jìn)行消峰填谷、功率平滑和穩(wěn)定出口電壓的目的。
[0008]所述風(fēng)電機(jī)組輸出功率參考值采用基于一階低通濾波器的方法確定，將實際的風(fēng)電場輸出功率曲線通過濾波器，將曲線中快速波動的部分濾掉，得到一條較為平滑的曲線，作為風(fēng)電場期望輸出功率曲線；
[0009]基于一階低通濾波器的控制策略是將注入電網(wǎng)的功率設(shè)計為
【權(quán)利要求】
1.基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:本方法將飛輪儲能裝置接入風(fēng)電機(jī)組的功率輸出點，通過調(diào)節(jié)飛輪儲能系統(tǒng)的飛輪角速度，利用飛輪儲能裝置的動量增量補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組出口的功率，使機(jī)組的輸出功率貼近參考值，達(dá)到進(jìn)行消峰填谷、功率平滑和穩(wěn)定出口電壓的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:所述風(fēng)電機(jī)組輸出功率參考值采用基于一階低通濾波器的方法確定，將實際的風(fēng)電場輸出功率曲線通過濾波器，將曲線中快速波動的部分濾掉，得到一條較為平滑的曲線，作為風(fēng)電場期望輸出功率曲線； 基于一階低通濾波器的控制策略是將注入電網(wǎng)的功率設(shè)計為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:飛輪角速度采用模糊自適應(yīng)變時間常數(shù)的濾波器控制方法，具體為:在傳統(tǒng)低通濾波器的基礎(chǔ)上，考慮飛輪的過載情況，即當(dāng)所需的功率超過飛輪儲能系統(tǒng)可以儲存和釋放的最大能量時，通過調(diào)節(jié)時間常數(shù)控制了飛輪系統(tǒng)的過載和變流器直流電壓的穩(wěn)定，在變時間常數(shù)的濾波器后加上一個模糊調(diào)整量，使得飛輪轉(zhuǎn)速恢復(fù)到合理范圍，延長了儲能系統(tǒng)的壽命。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:模糊自適應(yīng)變時間常數(shù)的濾波器控制方法如下: 風(fēng)電場發(fā)出的功率為Pw，經(jīng)過傳統(tǒng)的低通濾波器之后，計算出Pg，并由此推出PMf ;判斷飛輪儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)Pm是否超限，即Y(t)的大小，并執(zhí)行以下公式:


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:模糊自適應(yīng)的控制的工作步驟如下: (1)風(fēng)電場發(fā)出的功率為Pw，經(jīng)過傳統(tǒng)的低通濾波器之后，計算出Pg，并由此推出Pm; (2)判斷飛輪儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài) Pm是否超限，即Y(t)的大小，并執(zhí)行下式
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于: 步驟(1)得出了飛輪儲能系統(tǒng)的初始給定值，低通濾波器的時間常數(shù)選取由我們所要平抑的效果決定，時間常數(shù)T越大，平滑效果越好，需要的飛輪儲能系統(tǒng)容量也就越大。由此得出的Pm可能超出飛輪的額定功率；步驟(2)中采用變時間常數(shù)的濾波器，其時間常數(shù)由PMf決定，當(dāng)Pref超過設(shè)定值時，利用模糊自適應(yīng)原理調(diào)整其時間常數(shù)，使Pm回歸到設(shè)定范圍之內(nèi)；飛輪儲能系統(tǒng)長時間的工作可能使其轉(zhuǎn)速狀態(tài)處于較高或較低的水平，此時儲能系統(tǒng)的控制策略就必須考慮飛輪的自身轉(zhuǎn)速狀態(tài)，以達(dá)到維持直流母線電壓的目的； 步驟(3)中當(dāng)飛輪的轉(zhuǎn)速ω處于較高水平時，在功率給定值的基礎(chǔ)上減去一個模糊調(diào)整值；當(dāng)飛輪的轉(zhuǎn)速ω處于較低水平時，在功率給定值的基礎(chǔ)上加上一個調(diào)整值； 最后步驟(4)的給定值加上調(diào)整值得出了我們最終的飛輪功率給定值Pt ；
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法，其特征在于:飛輪儲能系統(tǒng)的控制系統(tǒng)外環(huán)采用有功功率環(huán)，以實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率的平滑控制；內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，是調(diào)節(jié)電機(jī)的d、q軸電流跟蹤設(shè)定值。
8.一種實施權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動的方法的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動裝置，其特征在于:該裝置包括電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器，電機(jī)側(cè)變流器與電網(wǎng)側(cè)變流器串聯(lián)，電機(jī)側(cè)變流器通過發(fā)電機(jī)連接至風(fēng)輪，電網(wǎng)側(cè)變流器通過升壓變壓器與電網(wǎng)連接；在電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器之間的功率輸出點上接有飛輪儲能裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于飛輪儲能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動裝置，其特征在于:飛輪儲能裝置包括雙向PWM變流器、動/發(fā)一體機(jī)和飛輪轉(zhuǎn)盤，雙向PWM變流器接至電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器之間的功率輸出點，雙向PWM變流器通過動/發(fā)一體機(jī)連接至飛輪。
【文檔編號】H02J3/24GK103560542SQ201310579452
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉穎明, 王曉東, 馬鐵強(qiáng), 王士榮, 孫傳宗, 李科 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)