一種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法，采集風機輸出功率Pg，對風機輸出功率采用移動平均值算法處理，獲得風電輸出期望功率Pdesire，其二者差值作為儲能補償功率?P。將?P與超級電容器工作電壓Uess作為風儲協(xié)調(diào)控制器的輸入，分析判斷啟動風機調(diào)控系統(tǒng)或啟動儲能協(xié)調(diào)控制層進行功率平抑。在利用儲能協(xié)調(diào)控制層進行功率平抑時，低通濾波器、模糊控制器將優(yōu)化補償功率分配，實現(xiàn)儲能協(xié)調(diào)控制層內(nèi)部協(xié)調(diào)控制。本發(fā)明在確保儲能系統(tǒng)使用安全、高效、穩(wěn)定的前提下，降低風電輸出的波動率，提高平滑度。
【專利說明】一種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于風電場利用混合儲能平抑功率波動領域，特別涉及一種混合儲能平抑 風電功率波動系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法。

【背景技術】
[0002] 目前風力發(fā)電機組的控制技術相對較為成熟，能夠?qū)崟r有效地利用風能資源，但 風能的隨機性無法依靠控制技術解決，這會影響電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，且對調(diào)度部門的工作也 有不利影響。另外隨著風電裝機容量的不斷增大，這種隨機性對電網(wǎng)的影響會更加嚴重，成 為制約風電發(fā)展的主要因素。清潔能源作為智能電網(wǎng)的一部分，利用儲能設備進行輸出功 率的平抑是一種有效削弱風能隨機性的手段。
[0003] -般的功率平抑方法是采用定時間常數(shù)的低通或者高通濾波器，濾波器不能隨著 儲能系統(tǒng)工況主動調(diào)節(jié)濾波能力，此種情況下的功率補償效果較為一般，且無法保證儲能 設備工作穩(wěn)定、安全。同時，儲能設備在風力發(fā)電原動機功率不足的情況下進行功率補償有 重大意義，但當原動機功率過大而儲能系統(tǒng)處于滿充狀態(tài)，此時儲能系統(tǒng)不再能將多余的 能量儲存起來。在此情況下，需研究新能源發(fā)電與儲能裝置的協(xié)調(diào)控制策略。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了確保儲能系統(tǒng)使用安全、可靠，同時降低風電輸出的波動率、提高平滑度，本 發(fā)明提供了一種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的：
[0006] -種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)，包括協(xié)調(diào)控制器，及由其控制的風機和儲 能協(xié)調(diào)控制層；
[0007] 所述協(xié)調(diào)控制器控制風機和儲能協(xié)調(diào)控制層的啟動或切斷；
[0008] 所述風機通過對風機槳距角的調(diào)控調(diào)整風機輸出功率；
[0009] 所述儲能協(xié)調(diào)控制層通過補償功率對風電功率進行平抑，其包括低通濾波器、模 糊控制器A和模糊控制器B、蓄電池以及超級電容器；
[0010] 所述低通濾波器對補償功率ΛΡ進行濾波，獲得蓄電池初始補償功率；
[0011] 所述模糊控制器A和模糊控制器B分別對低通濾波器濾波時間常數(shù)T和蓄電池補 償功率修訂參數(shù)α進行修正；
[0012] 所述蓄電池和所述超級電容器構(gòu)成儲能系統(tǒng)，所述儲能系統(tǒng)實現(xiàn)補償功率在其內(nèi) 部的優(yōu)化分配。
[0013] 一種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：
[0014] (1)采集風電功率Pg，計算風電期望功率Pdesi, e，將Pg與Pdesi,e做差獲得補償功率 Λ p = p _p .
[0015] (2)將超級電容器的工作電壓Uess與ΛΡ作為協(xié)調(diào)控制器的輸入信號，判斷啟動風 機調(diào)控或啟動儲能協(xié)調(diào)控制層進行功率平抑；ΛΡ > 〇代表儲能系統(tǒng)充電，ΛΡ < 〇表示儲 能系統(tǒng)放電；
[0016] (3)若 Umin 彡 Uess 彡 Umax 或若 Uess 彡 Umax 且 ΛΡ〈〇 或若 Uess 彡 Umin 且 ΛΡ > 0,啟 動儲能系統(tǒng)進行功率平抑，將補償功率ΛΡ經(jīng)低通濾波器濾波，獲得蓄電池初始補償功率 PBinitial，將PBinitial與蓄電池荷電狀態(tài)S0C作為模糊控制器A與模糊控制器B的輸入信號，分 別修正濾波時間常數(shù)T與功率修訂常數(shù)α，調(diào)整蓄電池補償功率，對蓄電池進行S0C越限保 護；
[0017] (4)若Uess彡Umax且ΛΡ>〇,風儲協(xié)調(diào)控制器則發(fā)出切除儲能協(xié)調(diào)控制信號，同時 啟動風機進行槳距角調(diào)控，調(diào)低風機槳距角角度，主動棄風降低風電功率；
[0018] (5)若Uess彡Umin且ΛΡ < 0,風儲協(xié)調(diào)控制器則發(fā)出切除儲能協(xié)調(diào)控制信號，調(diào)整 風機槳距角β =0°，以最大功率點跟蹤狀態(tài)運行。
[0019] 進一步地，所述的風電輸出期望功率PdesiM具體計算步驟為：設任一時刻t的平 滑功率值為p h(t)，（t-At，t)時間段內(nèi)的風電輸出功率離散值記作Pg(i)，Pg(i+1)，…… Pg(i+N_l)，則
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種混合儲能平抑風電功率波動系統(tǒng)，其特征在于：包括協(xié)調(diào)控制器，及由其控制 的風機和儲能協(xié)調(diào)控制層； 所述協(xié)調(diào)控制器控制風機和儲能協(xié)調(diào)控制層的啟動或切斷； 所述風機通過對風機槳距角的調(diào)控調(diào)整風機輸出功率； 所述儲能協(xié)調(diào)控制層通過補償功率對風電功率進行平抑，其包括低通濾波器、模糊控 制器A和模糊控制器B、蓄電池以及超級電容器； 所述低通濾波器對補償功率進行濾波，獲得蓄電池初始補償功率； 所述模糊控制器A和模糊控制器B分別對低通濾波器濾波時間常數(shù)T和蓄電池補償功 率修訂參數(shù)ct進行修正； 所述蓄電池和所述超級電容器構(gòu)成儲能系統(tǒng)，所述儲能系統(tǒng)實現(xiàn)補償功率在其內(nèi)部的 優(yōu)化分配。
2. -種權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 采集風電功率Pg，計算風電期望功率PdesiM，將Pg與PdesiM做差獲得補償功率Λ P = Pg Pdesire ? (2) 采集超級電容器的工作電壓U_，將133與ΛΡ作為協(xié)調(diào)控制器的輸入信號，判斷啟 動風機調(diào)控或啟動儲能協(xié)調(diào)控制層進行功率平抑；ΛΡ > 0代表儲能系統(tǒng)充電，ΛΡ < 〇表 不儲能系統(tǒng)放電； (3) 若 Umin < Uess < Umax 或若 Uess 彡 Umax 且 Λ Ρ〈〇 或若 Uess < Umin 且 Λ Ρ > 0,啟動儲能 系統(tǒng)進行功率平抑，將補償功率Λ Ρ經(jīng)低通濾波器濾波，獲得蓄電池初始補償功率PBinitial， 將PBinitial與蓄電池荷電狀態(tài)SOC作為模糊控制器A與模糊控制器B的輸入信號，分別修正 濾波時間常數(shù)T與功率修訂常數(shù)α，調(diào)整蓄電池補償功率，對蓄電池進行SOC越限保護； (4) 若Uess彡Umax且ΛΡ > 0,風儲協(xié)調(diào)控制器則發(fā)出切除儲能協(xié)調(diào)控制信號，同時啟動 風機進行槳距角調(diào)控，調(diào)低風機槳距角角度，主動棄風降低風電功率； (5) 若Uess < Umin且Λ P < 0,風儲協(xié)調(diào)控制器則發(fā)出切除儲能協(xié)調(diào)控制信號，調(diào)整風機 槳距角β =0°，以最大功率點跟蹤狀態(tài)運行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：所述的風電輸出期望功率 PdesiM具體計算步驟為：設任一時刻t的平滑功率值為Ph(t)，時間段內(nèi)的風電輸 出功率離散值記作P g(i)，Pg(i+1)，……Pg(i+N-1)，則
其中At為所取移動平均值的時間尺度；N為At時間內(nèi)所取功率離散值的個數(shù)。再 對平滑功率作變化率限制處理，從而得到最終的風電期望功率PdesiM，即令
其中，Phac^Phaj為相鄰采樣時刻的平滑功率值，m為變化率幅值，m= 10%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：通過風機調(diào)控進行功率平 抑時，將風電期望功率PdesiM作為參考功率，通過PI調(diào)節(jié)器進行控制，通過反饋控制不斷調(diào) 整風機槳距角使風電輸出功率P g緊隨參考功率PdesiM變化；同時，Λ P = Pxu-PdesiM，Pxu為此 種工作狀態(tài)下假設β =0°時風電輸出功率，據(jù)此可以判斷何時重新進入儲能平抑工作狀 態(tài)，也即恢復β =0°的風電最大功率輸出狀態(tài)； 判據(jù)如下： 若uess > umax且ΛΡ < 0,則暫停槳距角調(diào)控，逐漸恢復β = 0°時最大功率點跟蹤狀 態(tài)工況，同時發(fā)出啟動儲能協(xié)調(diào)控制層控制信號，進入儲能平抑功率波動工況； 若U_ < Umin且ΔΡ > 0,則發(fā)出啟動儲能協(xié)調(diào)控制層控制信號，進入儲能平抑功率波 動工況； 若Uess彡Umax且Λ P > 0或若Uess彡Umin且Λ P < 0,則維持槳距角調(diào)控工況不變。
【文檔編號】H02J3/38GK104158202SQ201410391305
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】蔣平, 郭浩, 諸遠, 馮雙 申請人:東南大學