一种混合储能平抑风电功率波动系统及其协调控制方法
【专利摘要】本发明提供一种混合储能平抑风电功率波动系统及其协调控制方法，采集风机输出功率Pg，对风机输出功率采用移动平均值算法处理，获得风电输出期望功率Pdesire，其二者差值作为储能补偿功率?P。将?P与超级电容器工作电压Uess作为风储协调控制器的输入，分析判断启动风机调控系统或启动储能协调控制层进行功率平抑。在利用储能协调控制层进行功率平抑时，低通滤波器、模糊控制器将优化补偿功率分配，实现储能协调控制层内部协调控制。本发明在确保储能系统使用安全、高效、稳定的前提下，降低风电输出的波动率，提高平滑度。
【专利说明】一种混合储能平抑风电功率波动系统及其协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风电场利用混合储能平抑功率波动领域，特别涉及一种混合储能平抑 风电功率波动系统及其协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前风力发电机组的控制技术相对较为成熟，能够实时有效地利用风能资源，但 风能的随机性无法依靠控制技术解决，这会影响电网的电压质量，且对调度部门的工作也 有不利影响。另外随着风电装机容量的不断增大，这种随机性对电网的影响会更加严重，成 为制约风电发展的主要因素。清洁能源作为智能电网的一部分，利用储能设备进行输出功 率的平抑是一种有效削弱风能随机性的手段。
[0003] -般的功率平抑方法是采用定时间常数的低通或者高通滤波器，滤波器不能随着 储能系统工况主动调节滤波能力，此种情况下的功率补偿效果较为一般，且无法保证储能 设备工作稳定、安全。同时，储能设备在风力发电原动机功率不足的情况下进行功率补偿有 重大意义，但当原动机功率过大而储能系统处于满充状态，此时储能系统不再能将多余的 能量储存起来。在此情况下，需研究新能源发电与储能装置的协调控制策略。
【发明内容】
[0004] 为了确保储能系统使用安全、可靠，同时降低风电输出的波动率、提高平滑度，本 发明提供了一种混合储能平抑风电功率波动系统及其协调控制方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：
[0006] -种混合储能平抑风电功率波动系统，包括协调控制器，及由其控制的风机和储 能协调控制层；
[0007] 所述协调控制器控制风机和储能协调控制层的启动或切断；
[0008] 所述风机通过对风机桨距角的调控调整风机输出功率；
[0009] 所述储能协调控制层通过补偿功率对风电功率进行平抑，其包括低通滤波器、模 糊控制器A和模糊控制器B、蓄电池以及超级电容器；
[0010] 所述低通滤波器对补偿功率ΛΡ进行滤波，获得蓄电池初始补偿功率；
[0011] 所述模糊控制器A和模糊控制器B分别对低通滤波器滤波时间常数T和蓄电池补 偿功率修订参数α进行修正；
[0012] 所述蓄电池和所述超级电容器构成储能系统，所述储能系统实现补偿功率在其内 部的优化分配。
[0013] 一种混合储能平抑风电功率波动系统协调控制方法，包括以下步骤：
[0014] (1)采集风电功率Pg，计算风电期望功率Pdesi, e，将Pg与Pdesi,e做差获得补偿功率 Λ p = p _p .
[0015] (2)将超级电容器的工作电压Uess与ΛΡ作为协调控制器的输入信号，判断启动风 机调控或启动储能协调控制层进行功率平抑；ΛΡ > 〇代表储能系统充电，ΛΡ < 〇表示储 能系统放电；
[0016] (3)若 Umin 彡 Uess 彡 Umax 或若 Uess 彡 Umax 且 ΛΡ〈〇 或若 Uess 彡 Umin 且 ΛΡ > 0,启 动储能系统进行功率平抑，将补偿功率ΛΡ经低通滤波器滤波，获得蓄电池初始补偿功率 PBinitial，将PBinitial与蓄电池荷电状态S0C作为模糊控制器A与模糊控制器B的输入信号，分 别修正滤波时间常数T与功率修订常数α，调整蓄电池补偿功率，对蓄电池进行S0C越限保 护；
[0017] (4)若Uess彡Umax且ΛΡ>〇,风储协调控制器则发出切除储能协调控制信号，同时 启动风机进行桨距角调控，调低风机桨距角角度，主动弃风降低风电功率；
[0018] (5)若Uess彡Umin且ΛΡ < 0,风储协调控制器则发出切除储能协调控制信号，调整 风机桨距角β =0°，以最大功率点跟踪状态运行。
[0019] 进一步地，所述的风电输出期望功率PdesiM具体计算步骤为：设任一时刻t的平 滑功率值为p h(t)，（t-At，t)时间段内的风电输出功率离散值记作Pg(i)，Pg(i+1)，…… Pg(i+N_l)，则
[0020]
【权利要求】
1. 一种混合储能平抑风电功率波动系统，其特征在于：包括协调控制器，及由其控制 的风机和储能协调控制层； 所述协调控制器控制风机和储能协调控制层的启动或切断； 所述风机通过对风机桨距角的调控调整风机输出功率； 所述储能协调控制层通过补偿功率对风电功率进行平抑，其包括低通滤波器、模糊控 制器A和模糊控制器B、蓄电池以及超级电容器； 所述低通滤波器对补偿功率进行滤波，获得蓄电池初始补偿功率； 所述模糊控制器A和模糊控制器B分别对低通滤波器滤波时间常数T和蓄电池补偿功 率修订参数ct进行修正； 所述蓄电池和所述超级电容器构成储能系统，所述储能系统实现补偿功率在其内部的 优化分配。
2. -种权利要求1所述的系统协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 采集风电功率Pg，计算风电期望功率PdesiM，将Pg与PdesiM做差获得补偿功率Λ P = Pg Pdesire ? (2) 采集超级电容器的工作电压U_，将133与ΛΡ作为协调控制器的输入信号，判断启 动风机调控或启动储能协调控制层进行功率平抑；ΛΡ > 0代表储能系统充电，ΛΡ < 〇表 不储能系统放电； (3) 若 Umin < Uess < Umax 或若 Uess 彡 Umax 且 Λ Ρ〈〇 或若 Uess < Umin 且 Λ Ρ > 0,启动储能 系统进行功率平抑，将补偿功率Λ Ρ经低通滤波器滤波，获得蓄电池初始补偿功率PBinitial， 将PBinitial与蓄电池荷电状态SOC作为模糊控制器A与模糊控制器B的输入信号，分别修正 滤波时间常数T与功率修订常数α，调整蓄电池补偿功率，对蓄电池进行SOC越限保护； (4) 若Uess彡Umax且ΛΡ > 0,风储协调控制器则发出切除储能协调控制信号，同时启动 风机进行桨距角调控，调低风机桨距角角度，主动弃风降低风电功率； (5) 若Uess < Umin且Λ P < 0,风储协调控制器则发出切除储能协调控制信号，调整风机 桨距角β =0°，以最大功率点跟踪状态运行。
3. 根据权利要求2所述的系统协调控制方法，其特征在于：所述的风电输出期望功率 PdesiM具体计算步骤为：设任一时刻t的平滑功率值为Ph(t)，时间段内的风电输 出功率离散值记作P g(i)，Pg(i+1)，……Pg(i+N-1)，则
其中At为所取移动平均值的时间尺度；N为At时间内所取功率离散值的个数。再 对平滑功率作变化率限制处理，从而得到最终的风电期望功率PdesiM，即令
其中，Phac^Phaj为相邻采样时刻的平滑功率值，m为变化率幅值，m= 10%。
4. 根据权利要求2所述的系统协调控制方法，其特征在于：通过风机调控进行功率平 抑时，将风电期望功率PdesiM作为参考功率，通过PI调节器进行控制，通过反馈控制不断调 整风机桨距角使风电输出功率P g紧随参考功率PdesiM变化；同时，Λ P = Pxu-PdesiM，Pxu为此 种工作状态下假设β =0°时风电输出功率，据此可以判断何时重新进入储能平抑工作状 态，也即恢复β =0°的风电最大功率输出状态； 判据如下： 若uess > umax且ΛΡ < 0,则暂停桨距角调控，逐渐恢复β = 0°时最大功率点跟踪状 态工况，同时发出启动储能协调控制层控制信号，进入储能平抑功率波动工况； 若U_ < Umin且ΔΡ > 0,则发出启动储能协调控制层控制信号，进入储能平抑功率波 动工况； 若Uess彡Umax且Λ P > 0或若Uess彡Umin且Λ P < 0,则维持桨距角调控工况不变。
【文档编号】H02J3/38GK104158202SQ201410391305
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】蒋平, 郭浩, 诸远, 冯双 申请人:东南大学