模块化风力发电机组多智能体能量管理系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种模块化风力发电机组多智能体能量 管理系统与方法。
【背景技术】
[0002] 风能是大自然赐予我们一种取之不尽、无任何污染的可再生能源，随着世界能源 的日趋匮乏和科学技术的飞速发展，加之人们对环境保护的要求，风力发电技术也得到了 飞速发展，如公告号为:CN 104124709A的中国专利公开了一种基于功率预测的风电并网运 行系统，该系统包括:风力发电机，用于将风能转换成电能，其中该风力发电机采用双馈电 机;风机电压、电流、转速采样模块，用于检测电机运行时的电压、电流和转速;气象信息采 集模块，用于实时采集风力发电机周边气象信息；刹车卸能模块，用于电机失速时刹车减 速;储能模块，包括蓄电池组，用于在未并网时储存电能;微处理器，用于控制整个发电系统 的运行;并网电源逆变装置，其用于将风力发电机并网至电网，该基于功率预测的风电并网 运行系统还包括自动发电量控制(AGC)协调模块，基于气象信息和电网信息，预测和控制风 力发电机并网时的发电功率，该模块包括:电网数据获取单元，可从电网调度中心实时读取 电网量测数据;电网数据分析单元，可对所述电网量测数据进行数据处理和质量判断，判断 电网所处的控制区间；发电功率协调单元，由实时发电计划获得基点，并计算电网调节需 求，并按照协调控制策略进行调节功率分配，该发电功率协调单元与微处理器相连，并通过 微处理器向并网电源逆变装置的驱动模块发出指令，以控制功率输出。并且公告为：CN 104124710A的中国专利公开了一种基于功率预测的风电并网运行控制方法，该方法基于如 上系统运行，该方法包括如下步骤：
[0003] (1)获取步骤：由所述驱动模块获取所述转换电压的瞬时电压值得到一个子电压， 由所述驱动模块获取所述转换电压的相位角得到一个子相位角，由所述驱动模块获取所述 转换电压的频率得到一个子频率，由所述驱动模块获取电网电压的瞬时电压值得到一个母 电压，由所述驱动模块获取电网电压的相位角得到一个母相位角，和由所述驱动模块获取 电网电压的频率得到一个母频率；
[0004] (2)计算步骤：由所述驱动模块计算所述子电压与所述母电压之差得到一个电压 差，由所述驱动模块计算所述子相位角与所述母相位角之差得到一个相位角差，由所述驱 动模块计算所述子频率与所述母频率之差得到一个频率差；
[0005] (3)判断步骤：由所述驱动模块判断是否收到所述同期指示信号，由所述驱动模块 比较所述频率差的绝对值与一个预设频率差，由所述驱动模块比较所述电压差与一个预设 电压差，若所述转换电压与电网电压同期、所述频率差的绝对值小于所述预设频率差且所 述电压差的绝对值小于所述预设电压差，则所述驱动模块控制所述可控开关模块，使得所 述转换电压并网于所述电网，否则进入下一个步骤；
[0006] (4)调控步骤:所述驱动模块将所述相位角差通过PID运算得到一个目标频率，所 述驱动模块调整所述子频率等于所述目标频率，且所述驱动模块调整所述子电压等于所述 母电压，返回判断步骤；
[0007] (5)功率控制步骤:驱动模块根据微处理器的指令，实时控制斩波模块的占空比以 控制功率输出满足电网的需求。
[0008] 该系统及控制方法通过自动发电量控制(AGC)协调模块，仅基于气象信息和电网 信息，预测和控制风力发电机并网时的发电功率，而没有将发电故障的因素考虑到风力发 电机发电功率中去，缺少风力发电机组的容错匹配，在使用过程中适应性低，系统运行的可 靠性不高。
【发明内容】
[0009] 为克服现有技术中存在的风力发电时缺少容错匹配，系统运行的可靠性低等问 题，本发明提供了一种模块化风力发电机组多智能体能量管理系统与方法。
[0010]本发明所采取的技术方案是：
[0011] -种模块化风力发电机组多智能体能量管理系统，其特征在于:包括气象采集模 块、电参数信号采集模块、模块化风力发电机、模块化功率变换器和蓄电池，所述模块化风 力发电机、模块化功率变换器和蓄电池均与电参数信号采集模块相连，还包括系统控制智 能体，所述系统控制智能体与气象采集模块、电参数信号采集模块、模块化风力发电机、模 块化功率变换器和蓄电池均相连。
[0012] 在此基础上，所述系统控制智能体包括风功率测评智能体、发电故障诊断智能体、 发电能量管理智能体、发用电测评智能体和发用电执行智能体;所述风功率测评智能体与 气象信息采集模块相连;所述发电故障诊断智能体和发用电测评智能体均与电参数信号采 集模块相连;所述风功率测评智能体、发电故障诊断智能体和发用电测评智能体均与发电 能量管理智能体相连;所述发电能量管理智能体与发用电执行智能体相连;所述发用电执 行智能体与蓄电池、模块化风力发电机和模块化功率变换器均相连;所述各智能体均包括 数字微处理器、内部数据信息通信接口和外部物联网无线通讯接口；所述外部物联网无线 通讯接口和系统外部智能设备相连。
[0013]在此基础上，所述电参数采集模块包括安装于模块化风力发电机各发电相整流侧 上的电压和电流测量电路、安装于负荷接入侧母线上的电压和电流测量电路、安装于蓄电 池端口的电压和电流测量电路、内阻测量电路以及温度测量电路;所述蓄电池的输出端口 具有独立的充电回路和独立的放电回路。
[0014] 在此基础上，所述模块化功率变换器中单相整流桥电路的数目与模块化风力发电 机的相数相同，所述模块化功率变换器中各单相整流桥电路输出端电压串联连接。
[0015] 在此基础上，所述模块化功率变换器每个相整流桥电路的输入端和模块化风力发 电机每个相发电绕组的输出端之间均连接有常闭可控开关。
[0016] 一种模块化风力发电机组多智能体能量管理系统的控制方法，其特征在于:包括 信息采集、接收数据并分析和系统控制执行三个步骤，所述接收数据并分析的具体步骤如 下：
[0017] SI:首先风功率测评智能体接收来自气象信息采集模块的数据，分析计算出瞬时 风速Vw、可吸收风功率Pa;
[0018] 发电故障诊断智能体接收来自电参数信号采集模块的数据，分析计算出模块化风 力发电机的可发电容量系数kF和故障发电相编号集Z{zi};
[0019] 发用电测评智能体接收来自电参数信号采集模块的数据，分析计算出模块化风力 发电机的瞬时发电功率Pe、负荷功率Pl、蓄电池的S0C、蓄电池的预期充电电流IBf和电压UBf ;
[0020] S2:然后发电能量管理智能体根据上述三个智能体传来的数据信息，分析计算出 最优发电与用电配置指令，并将该指令传送给发用电执行智能体。
[0021] 在此基础上，所述系统控制执行步骤中的模块化风力发电机包括三种工作模式， 分别为负荷功率跟踪控制模式、恒功率控制模式和最大功率跟踪控制模式。
[0022] 在此基础上，所述接收数据并分析步骤S2中的发电能量管理智能体分析计算出的 最优发电与用电配置指令包括:模块化风力发电机运行在负荷功率跟踪控制模式、恒功率 控制模式和最大功率跟踪控制模式的切换指令、各控制模式的期望发电功率P g、故障发电 相编号集Z{Zl}、蓄电池的充电回路开关Kb1以及蓄电池的放电回路开关Kb。和负荷接入的回 路投切开关k的断开与闭合指令。
[0023] 在此基础上，所述接收数据并分析步骤S2中的发电能量管理智能体分析计算出的 最优发电与用电配置指令具体步骤如下：
[0024] SI:首先计算出动态额定发电模式切换风速阀点
其中Vn为模块化风力 发电机的额定发电风速，以及预期用电总功耗Pc = PL+IBfUBf;
[0025] S2:然后根据￥|^几几和30(：进行判断，形成最优发电与用电配置指令，其判断 策略包括：
[0026] 1:当Vw>Vt且Pe>Pc时:模块化风力发电机切换到负荷功率跟踪控制模式运行，期望 发电功率?8 = ?。，同时断开蓄电池的放电回路开关Kb。；
[0027] 2:当Vw>Vt且Pe < Pc时：模块化风力发电机切换到恒功率控制模式运行，期望发电 功率Pg = kFPEN，其中Pen为模块化风力发电机正常态时的额定功率，同时闭合蓄电池的放电 回路开关Kb。，直至蓄电池的S0C〈0.2;
[0028] 3:当Vw < Vt且Pe>P J寸：模块化风力发电机切换到负荷功率跟踪控制模式运行，期 望发电功率pg = p。;同时，断开蓄电池的放电回路开关Kb。；
[0029] 4:当Vw < Vt且Pd PJ寸:模块化风力发电机切换到最大功率跟踪控制模式运行，期 望发电功率Pg = Pa;同时，闭合蓄电池的放电回路开关KB。，直至蓄电池的S0C〈0.2;
[0030] 并且策略1、2、3和4中始终闭合蓄电池的充电回路开关KBi，直至蓄电池的SOC = 1; 始终闭合负荷接入的回路投切开关Ku直至蓄电池的S0C〈0.2。
[0031] 在此基础上，所述发用电执行智能体驱动故障发电相编号集Z{Zl}所对应的常闭 可控开关断开