基于模糊算法和dsp的混合储能系统及功率平滑方法
【专利摘要】一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于它包括主电路单元、同步信号检测电路单元和DSP控制器；其功率平滑方法包括：同步信号检测、编写算法、脉冲控制和能量储存、反馈；其优越性在于：①结构简单；②平抑不同情况下的功率波动；③可避免过充电或过放电的现象；④处理速度快，灵敏度高。
【专利说明】基于模糊算法和DSP的混合储能系统及功率平滑方法(-)【技术领域】:
[0001]本发明属于智能电网中分布式能源接入电网的【技术领域】，特别是一种基于模糊算法和DSP (DigitalSignalProcessor——数字信号处理器)的混合储能系统及功率平滑方法。
(二)【背景技术】:
[0002]随着传统能源的日益减少，电力系统中形成了一个新研究热点——分布式发电技术(DistributedGenerationTechnology),分布式发电设备在并网时往往带来很多问题,通过增加储能装置，可以减小风电场并网对系统稳定性产生的影响，对提高电能质量具有重要意义。风力发电是当今世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电技术。
[0003]但是，作为间歇式能源，风力发电不可为第一代电网利用的直接原因是其无法连续输出功率的特性；目前我国既有的风力发电系统由于间歇性导致的功率无法稳定输出的问题，使得其仍然无法大规模并网发电，只能就地消耗或者用于对电能质量要求不高的场所；但是，二代电网的建设已经启动，风电大规模并网发电是大势所趋，因此对风力发电功率平滑稳定的输出的研究就显得格外重要。
[0004]目前，已提出了多种方法来解决风电场输出功率波动的平滑；有采用直接调节风力涡轮机运行状态的方法来平滑其输出功率，但该方法对功率调节能力有限；也有通过在全风速范围内结合变桨距和变速控制来平滑发电机输出有功功率,但该方法不能最大效率地利用风能。还有采用并联静止无功补偿装置调节无功波动，维持风力发电电网接入点电压的稳定，但不能平滑有功功率波动；储能技术的发展为风力发电大规模并网及改善风力发电性能提供了一种有效途径，储能既可平滑有功功率波动，又可调节无功功率，在很大程度上解决了风力发电的随机性和波动性问题。
(三)
【发明内容】
:
[0005]本发明的目的在于提供一种基于模糊算法和DSP的混合储能系统及功率平滑方法，它可以克服现有技术的不足，是一种可以应用于电力系统的功率平滑输出领域，将蓄电池储能技术与风力发电技术相结合，能够减少风电场输出功率波动对电网的影响，有利于改善并网风电场的稳定性的系统及方法。
[0006]本发明的技术方案:一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于它包括主电路单元、同步信号检测电路单元和DSP控制器；其中，所述同步信号检测单元从主电路采集信号，其输出端连接DSP控制器的输入端；所述DSP控制器的输出端与主电路相连。
[0007]所述主电路单元由无穷大电网、三相电力变压器、滤波单元、双向AC-DC变换器、双向DC-DC变换器A、双向DC-DC变换器B和混合储能单元构成；其中，所述无穷大大电网的输出端连接三相电力变压器输入端；所述三相电力变压器输出端连接滤波单元的输入端；所述滤波单元的输出端连接双向AC-DC变换器的输入端；所述双向AC-DC变换器的输出端分别连接两个双向DC-DC变换器的输入端；所述的双向DC-DC变换器A和双向DC-DC变换器B分别连接混合储能单元的输入端。
[0008]所述混合储能单元是由蓄电池组和超级电容器组构成；所述蓄电池组的输入端与双向DC-DC变换器A的输出端连接；所述超级电容器的输入端与双向DC-DC变换器B的输出端连接。
[0009]所述双向DC-DC变换器A和双向DC-DC变换器B能够实现混合储能系统和电网侧能量的双向流动，可以用来维持直流侧的电压和频率的恒定，起到稳压作用的由IGBT模块构成的双向DC-DC变换器。
[0010]所述DSP控制器由捕获单元、转换器ADCIN0、转换器ADCINl单元、驱动单元、PWM脉冲产生单元和模糊控制算法单元构成；其中，所述捕获单元的输入端接收同步信号检测单元发出的三相电流和三相电压信号，其输出端连接模糊控制算法单元的输入端；所述模糊控制算法单元的输入端还与转换器ADCINO单元的输出端，同时模糊控制算法单元还与转换器ADCIl单元呈双向连接，其输出端与PWM脉冲产生单元的输入端连接；所述驱动单元的输入端接收来自PWM脉冲产生单元发出的脉冲信号，其输出端连接双向DC-DC变换器A单元的IGBT模块；所述转换器ADCINO单元的输入端采集双向DC-DC变换器B出线端的电流信号；所述转换器ADCINl单元的输入端采集双向DC-DC变换器B出线端的电压信号。
[0011]所述DSP控制单元是处理数据指令周期为50ns、采用数据并行处理技术的集成ADC转换器、串行通讯协议、9路PWM发生接口和输入输出口的TI公司的TMS320F240DSP芯片。
[0012]一种基于模糊算法和DSP的混合储能系统的功率平滑方法，其特征在于它是由以下步骤构成:
[0013]⑴同步信号检测电路单元实时地采集三相电网中的三相电流信号和电压信号，并将其传送给DSP控制器中的捕获单元，等待其对数据进行处理；
[0014](2) DSP控制器的捕获单元根据得到的同步信号检测电路单元送入的电压电流信号后，同时获取控制器ADCINO和控制器ADCINl单元的信号，由模糊控制算法单元编写模糊的控制算法；
[0015](3) DSP控制器单元根据编写好的双闭环控制策略和模糊控制算法，将其输出给PWM脉冲产生单元，使其发生算法下的PWM脉冲信号，从而使驱动单元来控制两个双向DC-DC变换器来实现对交流侧和直流侧的功率交换以及稳定直流侧电压的控制；
[0016]⑷当风电场发出的功率充足时，两个双向DC-DC变换器将多余的能量储存于蓄电池储能单元和超级电容器储能单元中；
[0017](5)当风电场发出的功率不足时，蓄电池组储能单元和超级电容器组储能单元将放电，把储存的能量通过双向AC-DC变换器和两个双向DC-DC变换器回馈至三相电网，以维持并网功率的平衡。
[0018]所述步骤⑶中的模糊控制算法采用了状态平均的方法对双向DC-DC变换器进行模型的建立，然后运用双闭环控制策略对双向DC-DC变换器的开关管IGBT的导通与关断进行控制，它由以下步骤构成:
[0019]①设双向DC-DC变换器的开关管导通的占空比为d=tm/T，电感电流为I1，输出电压为V0，取I1和V0为状态变量；根据开关管导通和关断两个阶段，分别列写状态方程，
【权利要求】
1.一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于它包括主电路单元、同步信号检测电路单元和DSP控制器；其中，所述同步信号检测单元从主电路采集信号，其输出端连接DSP控制器的输入端；所述DSP控制器的输出端与主电路相连。
2.根据权利要求1所述一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于它所述主电路单元由无穷大电网、三相电力变压器、滤波单元、双向AC-DC变换器、双向DC-DC变换器A、双向DC-DC变换器B和混合储能单元构成；其中，所述无穷大大电网的输出端连接三相电力变压器输入端；所述三相电力变压器输出端连接滤波单元的输入端；所述滤波单元的输出端连接双向AC-DC变换器的输入端；所述双向AC-DC变换器的输出端分别连接两个双向DC-DC变换器的输入端；所述的双向DC-DC变换器A和双向DC-DC变换器B分别连接混合储能单元的输入端。
3.根据权利要求2所述一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于所述混合储能单元是由蓄电池组和超级电容器组构成；所述蓄电池组的输入端与双向DC-DC变换器A的输出端连接；所述超级电容器的输入端与双向DC-DC变换器B的输出端连接。
4.根据权利要求2所述一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于所述双向DC-DC变换器A和双向DC-DC变换器B能够实现混合储能系统和电网侧能量的双向流动，可以用来维持直流侧的电压和频率的恒定，起到稳压作用的由IGBT模块构成的双向DC-DC变换器。
5.根据权利要求1所述一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于所述DSP控制器由捕获单元、转换器ADCINO、转换器ADCINl单元、驱动单元、PWM脉冲产生单元和模糊控制算法单元构成；其中，所述捕获单元的输入端接收同步信号检测单元发出的三相电流和三相电压信号，其输出端连接模糊控制算法单元的输入端；所述模糊控制算法单元的输入端还与转换器ADCINO单元的输出端，同时模糊控制算法单元还与转换器ADCIl单元呈双向连接，其输出端与PWM脉冲产生单元的输入端连接；所述驱动单元的输入端接收来自PWM脉冲产生单元发出的脉冲信号，其输出端连接双向DC-DC变换器A单元的IGBT模块；所述转换器ADCINO单元的输入端采集双向DC-DC变换器B出线端的电流信号；所述转换器ADCINl单元的输入端采集双向DC-DC变换器B出线端的电压信号。
6.根据权利要求5所述一种基于模糊算法DSP控制的混合储能系统，其特征在于所述DSP控制器是处理数据指令周期为50ns、采用数据并行处理技术的集成ADC转换器、串行通讯协议、9路PWM发生接口和输入输出口的TI公司的TMS320F240DSP芯片。
7.一种基于模糊算法和DSP的混合储能系统的功率平滑方法，其特征在于它是由以下步骤构成: ⑴同步信号检测电路单元实时地采集三相电网中的三相电流信号和电压信号，并将其传送给DSP控制器中的捕获单元，等待其对数据进行处理； ⑵DSP控制器的捕获单元根据得到的同步信号检测电路单元送入的电压电流信号后，同时获取控制器ADCINO和控制器ADCINl单元的信号，由模糊控制算法单元编写模糊的控制算法； ⑶DSP控制器单元根据编写好的双闭环控制策略和模糊控制算法，将其输出给PWM脉冲产生单元，使其发生算法下的PWM脉冲信号，从而使驱动单元来控制两个双向DC-DC变换器来实现对交流侧和直流侧的功率交换以及稳定直流侧电压的控制；⑷当风电场发出的功率充足时，两个双向DC-DC变换器将多余的能量储存于蓄电池储能单元和超级电容器储能单元中； (5)当风电场发出的功率不足时，蓄电池组储能单元和超级电容器组储能单元将放电，把储存的能量通过双向AC-DC变换器和两个双向DC-DC变换器回馈至三相电网，以维持并网功率的平衡。
8.根据权利要求7所述一种基于模糊算法和DSP的混合储能系统的功率平滑方法，其特征在于所述步骤⑶中的模糊控制算法采用了状态平均的方法对双向DC-DC变换器进行模型的建立，然后运用双闭环控制策略对双向DC-DC变换器的开关管IGBT的导通与关断进行控制，它由以下步骤构成: ①设双向DC-DC变换器的开关管导通的占空比为d=tm/T，电感电流为I1，输出电压为Vtl，取I1和Vtl为状态变量；根据开关管导通和关断两个阶段，分别列写状态方程，
【文档编号】H02J3/32GK103501018SQ201310462729
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】马幼捷, 邓大龙, 周雪松, 李超, 徐晓宁, 谷海清, 马玲, 梁欢, 王彩明 申请人:天津理工大学