专利名称：大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法
技术领域：
本发明属于风电场运行的电池储能技术领域，特别涉及一种大容量风电场用多级全钒液流电池储能的功率优化分配控制方法，具体包括全钒液流电池储能系统在平抑风电场功率波动过程中对每级VRB组分配的平抑目标功率给定值的控制方法。
背景技术：
随着大规模风电并网,其输出功率的波动性和随机性对电网的安全稳定运行带来了影响，而储能技术是解决这些问题的有效手段之一，如在风电场并网出口侧安装一定容量的储能电站平滑风电场功率波动，增强网-源互动能力，一定程度上可减轻风电场对电网的冲击。现有储能技术主要有飞轮、超级电容、超导及电化学电池储能等，而以电化学电池储能技术最为成熟和经济。但是随着风电场容量的大幅增加，在电池储能系统平抑风电场功率波动过程中需要多级储能装置并联运行。全钒液流电池储能以其结构简单，重复重放电过程不会造成电池容量下降等优势正被逐步应用，但在实际并联的多级电池组运行中，受温度、自放电、电极材料相变等因素影响导致每级电池组的运行工作状态不同，造成荷电状态值有所差异。若每级电池组分配的平抑目标功率不当将会造成电池多次不必要的充放电循环及过电压现象的发生，可能会影响电池的使用寿命及安全稳定运行，从而造成风电功率平抑效能及储能利用率降低。因此，为了提高大容量风电场功率平抑的多级储能安全可靠运行能力，有必要研究考虑电池的自身充放电特性的多级储能优化功率分配控制策略。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种大容量风电场用多级全钒液流电池储能的功率优化分配控制方法，可以避免电池组多次不必要的充放电循环和充电电压过高或放电电压过低而造成电池损坏现象的发生。本发明的目的是这样实现的本发明提供的大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，包括以下步骤S1:检测VRB电池组实际运行工作状态时风电场的输出功率信号Pwind ；S2 :通过风电场输出功率信号Pwind来计算储能平抑目标功率给定值信号;S3 :判断储能平抑目标功率给定值信号豸#的大小，当检测到> 0时，将向电池组进行充电；检测<0时，电池组将进行放电；S4 :实时检测VRB电池组的实时荷电状态信号S0C，并比较实时荷电状态信号SOC值，选择实时荷电状态信号SOC值最小者作为最优充电电池组，将实时荷电状态信号SOC最大者作为最优放电电池组，并将最优充电电池组和最优放电电池组设置为目标电池组；S5 :计算最优充电电池组的实时最大充电功率，计算最优放电电池组的实时最大放电功率；
S6 :检测VRB电池组的外部端电压信号Ub，判断目标电池组的端电压信号Ub与其充电电压上限Uhigh的大小，目标电池组的端电压信号Ub与其放电电压下限Ulow的大小，若Ub彡Uhigh,则以/^ef /yt等于充放电目标功率给定值Pbx M对目标电池组进行恒功率充电，若Ub彡Ulow,则以/Ar等于充放电目标功率给定值Pbx 对目标电池组进行恒功率放电，其中，k表示荷电状态相同的优先目标电池组个数，同时，控制其它VRB组功率给定值为0，若判断出Ub彡Uhigh，则以最优充电电池组的最大充电功率
权利要求
1.大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其特征在于包括以下步骤51:检测VRB电池组实际运行工作状态时风电场的输出功率信号Pwind ；52:通过风电场输出功率信号Pwind来计算储能平抑目标功率给定值信号尺;53:判断储能平抑目标功率给定值信号P的大小，当检测到O时，将向电池组进行充电；检测<0时，电池组将进行放电；54:实时检测VRB电池组的实时荷电状态信号S0C，并比较实时荷电状态信号SOC值， 选择实时荷电状态信号SOC值最小者作为最优充电电池组，将实时荷电状态信号SOC最大者作为最优放电电池组，并将最优充电电池组和最优放电电池组设置为目标电池组；55:计算最优充电电池组的实时最大充电功率€^ha1.ge，计算最优放电电池组的实时最大放电功率iC11Sdwge ;56:检测VRB电池组的外部端电压信号Ub，判断目标电池组的端电压信号Ub与其充电电压上限Uhigh的大小，目标电池组的端电压信号Ub与其放电电压下限U1ot的大小，若Ub≤Uhigh,则以ii—ref/fe等于充放电目标功率给定值Pbx 对目标电池组进行恒功率充电，若Ub≤Ulow,则以/丨；f/灸等于充放电目标功率给定值Pbx μ对目标电池组进行恒功率放电，其中，k表示荷电状态相同的最优充电电池组个数，同时，控制除最优电池组以外的其它级VRB电池组功率给定值为0，若判断出Ub ^ Uhigh,则以最优充电电池组的最大充电功率等于目标功率给定值 PBx_ref进行充电；若判断出Ub ( Ultw，则以最优放电电池组的最大放电功率等于目标功率给定值PBx—M进行放电；57:实时检测的VRB电池组的荷电状态信号SOC值，选择实时荷电状态信号SOC值最小者作为最优充电电池组，将实时荷电状态信号SOC最大者作为最优放电电池组，并将最优充电电池组和最优放电电池组设置为下一目标电池组；确定下一目标电池组承担剩余的储能平抑目标功率给定值为itref ^bx charge ;58:返回步骤S6，对下一目标电池组进行充电或放电功率分配；59:切换到下一级VRB电池组，在有限的VRB电池组范围内继续进行步骤S4-S7。
2.如权利要求1所述的大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其特征在于还包括以下步骤SlO :判断所有级VRB电池组是否全部工作，重复步骤S1-S9。
3.如权利要求1所述的大容量风电场用全钒液流储能功率优化分配控制方法，其特征在于所述切换到下一级VRB电池组是通过以下步骤来实现的S91 :将分配到各级VRB电池组的充放电目标功率给定值Pb ,ef与每级VRB电池组的实际充放电功率Pb作差，其差值通过比例积分器得到电流给定信号在与各级电池侧电感平均电流id乍差，其差值通过比例积分器得到电压信号，在经过PWM调制后控制双向DC/ DC变换器中IGBT的导通与关断，从而控制各级VRB电池组的充放电。
4.如权利要求1所述的大容量风电场用全钒液流储能功率优化分配控制方法，其特征在于所述步骤S2中通过风电场输出功率信号Pwind来计算储能平抑目标功率给定值信号，是通过以下方式来实现的将检测到的风电场输出功率信号Pwind经过低通滤波器I (1+Ts)得到注入电网的功率信号Pg，进而将注入电网的功率信号Pg与风电场输出功率信号Pwind作差得到储能平抑目标功率给定值信 Ii ,
5.如权？κι安'II所述的大容量风电场用全钥;液流电池储能功率优化分配控制方法，其特征在于所述步骤S2中所述的储能平抑目标功率给定值通过以下公式来计算<ref=U/(l +础其中，滤波时间常数T根据滤波器幅频特性及所抑制功率波动的截止频率来确定，s表示复变量。
6.如权利要求1所述的大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其特征在于所述步骤S4中选取最优充电电池组条件为O.2 < Hiin(SC)C1, SOC2......SOCn) < O. 8 ;其中，SOC1 表示第一级 VRB 组荷电状态，SOC2表示第二级VRB电池组的荷电状态，SOCn表示第η级VRB电池组荷电状态；选取最优放电电池组条件为O.2 < max (SOC1, SOC2......SOCn) < O. 8。
7.如权利要求1所述的大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其特征在于所述步骤S5中目标电池组的实时最大充电功率为
8.如权利要求1所述的大容量风电场用全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其特征在于所述步骤S9中判断所有VRB电池组是否全部工作，通过检测每级VRB电池组电源侧电感电流值k来判断，当k为正表示充电状态，为负表示放电状态。
全文摘要
本发明提供一种大容量风电场用多级全钒液流电池储能的功率优化分配控制方法。该控制方法采用DC/AC变换器级联双向DC/DC变换器的全钒液流电池(VRB)储能系统接口，考虑多级并联的VRB在平抑风电场功率波动过程中荷电状态(SOC)值的差异，构建了以每级VRB组荷电状态大小为最优充放电电池组为首选依据，以充放电电压限值所对应的最大充放电功率为约束条件的优化功率分配单元，从而完成一种多级VRB储能系统的功率分配模块设计。该功率分配控制方法摒弃常规的平均功率分配原则，不仅能很好的平抑风电场功率波动，同时也可以有效地减少大容量储能系统每级VRB组的循环充放电次数，并确保电池工作于安全稳定运行区域。
文档编号H02J3/32GK103036244SQ201210523729
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者李辉, 付博, 杨超, 陈耀君, 秦星, 季海婷, 何蓓 申请人:重庆大学