在风力发电系统中确定用于储能系统的输出功率参考值的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施例总体涉及风力发电控制的技术领域，并且更特别地涉及一种在风 力发电系统中确定用于储能系统（ESS)的功率参考值的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 现在，风能已经由于是清洁的不可耗尽能源而吸引了越来越多的注意力，并且风 电功率渗透率在全世界不断地增加。然而，由于风电功率具有诸如随机波动、间歇性等特 性，大规模风电功率的集成可能使电网稳定性和功率质量恶化。为了改善电能输出的可控 性，通常以与风力发电组合的方式使用储能技术。例如，在许多应用中，使用储能系统（ESS) 来促进风电功率满足电网规范要求。
[0003] 同时，已经开发了用于ESS的许多控制策略。一个已知策略是基于基于模糊逻辑 的自适应调节器（FLAR)，但是其归属函数难以选择。基于滤波器的方法可以平滑风电功率 输出变化，但是其始终需要相对高的能量容量。将俯仰角控制与ESS两者组合的方法能够 提供整个系统的较高灵活性，但是其将由于不能再使用最大功率点跟踪策略而降低风力涡 轮机的效率。使用两个并行电池储能系统的双电池储能系统（BESS)策略可以将电池的充 电和放电过程解耦；然而，转换时间的控制是要求非常苛刻的。此外，某些其它优化方法还 已在调度水平上提出建议。
[0004] 另外，在第CN102664422A号中国专利申请中，公开了一种用于平滑风电场输出的 方法，其通过使用风电功率预测来修改风电场输出，并且使用改善的自适应滤波方法来对 经修改的风电场输出进行滤波。
【发明内容】
[0005] 在本公开中，提供了一种用于在风力发电系统中确定用于储能系统（ESS)的功率 参考值的新解决方案，从而解决或至少部分地缓解现有技术中的问题的至少一部分。
[0006] 根据本公开的第一方面，提供了一种在风力发电系统中确定用于储能系统的输出 功率参考值的方法。所述方法包括：对实际风电功率输出进行滤波以获得输送到电网的期 望功率输出；根据实际风电功率输出和输送到电网的期望功率输出来确定用于储能系统的 输出功率参考值；以及基于下一时间点的预测风电功率输出的变化来调整用于储能系统的 输出功率参考值。
[0007] 在本公开的实施例中，基于在下一时间点的预测风电功率输出的变化来调整用于 储能系统的输出功率参考值可以包括以下各项中的任意一项：如果预测风电功率输出的增 加大于预定增加阈值，则增加用于储能系统的输出功率参考值；以及如果预测风电功率输 出的减小大于预定减小阈值，则减小用于储能系统的输出功率参考值。
[0008] 在本公开的另一实施例中，增加用于储能系统的输出功率参考值还可以包括将用 于储能系统的输出功率参考值确定为在功率输出变化率限制下的最大可允许总功率输出 和在储能系统输出功率幅度限制下的最大可允许总功率输出的最小值与实际风电功率输 出之间的差。
[0009] 在本公开的另一实施例中，减小用于储能系统的输出功率参考值还可以包括将用 于储能系统的输出功率参考值确定为在功率输出变化率限制下的最小可允许总功率输出 和在储能系统输出功率幅度限制下的最小可允许总功率输出的最大值与实际风电功率输 出之间的差。
[0010] 在本公开的另一实施例中，该方法还可以包括基于变化率限制来调整用于储能系 统的输出功率参考值。
[0011] 在本公开的另一实施例中，基于变化率限制来调整用于储能系统的输出功率参考 值还可以包括：如果检测到负变化率越限，则将用于储能系统的输出功率参考值确定为在 一分钟功率输出变化率限制下的最小可允许总功率输出、在十分钟功率输出变化率限制下 的最小可允许总功率输出和在储能系统输出功率幅度限制下的最小可允许总功率输出的 最大值与实际风电功率输出之间的差。
[0012] 在本公开的另一实施例中，基于变化率限制来调整用于储能系统的输出功率参考 值还可以包括：如果检测到正变化率越限，则将用于储能系统的输出功率参考值确定为在 一分钟功率输出变化率限制下的最大可允许总功率输出、在十分钟功率输出变化率限制下 的最大可允许总功率输出和在储能系统输出功率幅度限制下的最大可允许总功率输出的 最小值与实际风电功率输出之间的差。
[0013] 在本公开的另一实施例中，在调整用于储能系统的输出功率参考值之前，用下式 所表示的功率值h(t)来修改用于储能系统的输出功率参考值
[0014]
[0015] 其中，T表示用于对实际风电功率输出进行滤波的滤波器时间常数，E(t)表示在 时间t处保留在储能系统中的能量，Ebn表示储能系统的额定容量，ml表示最小能量百分比 限制，a表示电池能量限制因数，并且P srt(t)表示输送到电网的所获得的期望功率输出。
[0016] 在本公开的另一实施例中，该方法还可以包括将用于储能系统的输出功率参考值 限制在储能系统的输出功率幅度限制内。
[0017] 根据本公开的第二方面，还提供了一种用于在风力发电系统中确定用于储能系统 的输出功率参考值的设备。该系统包括：功率输出滤波单兀，其被配置成对实际风电功率输 出进行滤波以获得输送到电网的期望功率输出；功率参考值确定单元，其被配置成根据实 际风电功率输出和输送到电网的期望功率输出来确定用于储能系统的输出功率参考值；以 及功率预测调整单元，其被配置成基于下一时间点的预测风电功率输出的变化来调整用于 储能系统的输出功率参考值。
[0018] 根据本公开的第三方面，还提供了一种具有在其上面体现的计算机程序代码的计 算机可读存储介质，该计算机程序代码被配置成在被执行时使得设备执行根据本公开的第 一方面的任何实施例所述的方法中的动作。
[0019] 根据本公开的第四方面，提供了包括根据本公开的第三方面的计算机可读存储介 质的计算机程序产品。
[0020] 在本公开的实施例中，在执行任何调整之前，首先对实际风电功率输出进行滤波 以获得输送到电网的期望功率输出；基于实际风电功率输出和期望功率参考值输出，确定 用于储能系统的输出功率参考值；以及然后基于在下一时间点的预测风电功率输出的变化 来调整用于储能系统的输出功率参考值。在某些实施例中，还可以基于其它因素来调整用 于储能系统的输出功率参考值。这样，其可以提供用于平滑风电场输出波动并将功率变化 率限制在期望范围内的直接控制策略，其比现有策略更加切实可行，并且可以得到更好的 控制性能。
【附图说明】
[0021] 通过参考附图对如在描述中举例说明的实施例的详细说明，本公开的上述及其他 特征将变得更加显而易见，遍及所述附图，相同的附图标记标示相同或类似的部件，并且在 所述附图中：
[0022] 图1示意性地图示出根据本公开的实施例的用于在风力发电系统中确定用于ESS 的输出功率参考值的方法的流程图；
[0023] 图2示意性地图示出根据本公开的实施例的输出功率滤波器单元的框图；
[0024] 图3示意性地图示出根据本公开的实施例的SOC反馈控制的框图；
[0025] 图4示意性地图示出根据本公开的实施例的风电功率预测调整的流程图；
[0026] 图5示意性地图示出根据本公开的另一实施例的用于在风力发电系统中确定用 于ESS的输出功率参考值的方法的流程图；
[0027] 图6示意性地图示出根据本公开的实施例的变化率控制的流程图；
[0028] 图7示意性地图示出根据本公开的特定实施方式的用于在风力发电系统中确定 用于ESS的功率参考值的方法的流程图；
[0029] 图8示意性地图示出根据本公开的实施例的用于在风力发电系统中确定用于ESS 的功率参考值的设备的框图；
[0030] 图9示意性地图示出根据本公开的特定实施方式的用于在风力发电系统中确定 用于ESS的功率参考值的设备的框图；
[0031] 图10示意性地图示出根据本公开的实施例的用于在风力发电系统中确定用于 ESS的功率参考值的系统的框图；
[0032] 图IlA和图IlB示意性地图示出在具有和没有本公开的提出解决方案的情况下被 输送到电网的功率输出的曲线；
[0033] 图12示意性地图示出在具有和没有如在本公开中提出的SOC反馈控制的情况下 的电池能量的曲线；以及
[0034] 图13示意性地图示出可编程为专用计算机系统的通用计算机系统，其可表示在 本文中参考的任何计算设备。
【具体实施方式】
[0035] 下面将参考附图通过实施例来详细地描述在本公开中提供的解决方案。应当认识 到的是提出这些实施例仅仅是为了使得本领域的技术人员能够更好地理解和实现本公开， 并不意图以任何方式限制本公开的范围。
[0036] 总体而言，将根据其在技术领域中的普通意义来解释在权利要求中使用的所有术 语，除非在本文中另外明确地定义。总体而言，"一 / 一个/该/所述【元件、设备、部件、装 置、步骤等】"将被开放地解释为涉及所述元件、设备、部件、装置、单元、步骤等的至少一个 实例，不排除多个此类元件、部件、装置、单元、步骤等，除非另外明确地说明。此外，如在本 文中所使用的不定冠词"一 / 一个"不排除多个此类步骤、单元、模块、设备以及对象等。
[0037] 接下来，将对图1进行参考以描述根据本公开的实施例的一种用于在风力发电系 统中确定用于ESS的功率参考值的方法。
[0038] 如图1中所示，首先在步骤SlOl处，对实际风电功率输出进行滤波以获得被输送 到电网的期望功率输出。在此操作中，使用滤波器来平滑实际风电输出功率P w(t)中的分 钟级风电功率波动，从而获得经平滑的输出功率，即Psrt (t)，用于从风电场和ESS输送到电 网的功率的期望值。滤波器可以是本领域中的任何已知滤波器，但是在本公开的实施例中， 使用一阶低通滤波器，其图仅仅出于举例说明的目的在图2中图示出。通过拉普拉斯变换， 可用下式来表示来自滤波器的经平滑的功率值
[0040] 其中，Pset(S)表示在S域中表示的输送到电网的功率参考值输出，并且Pw(S)表示 在s域中表示的