一种储能飞轮阵列的充放电功率分配方法与流程

1.本发明属于飞轮储能技术领域，具体涉及一种储能飞轮阵列的充放电功率分配方法。


背景技术：

2.飞轮储能原理是将电网的电能以机械能的形式存储在高速旋转的飞轮转子中，当转子达到额定转速时，速度不再继续增加，由于转子轴承采用低损耗的高速轴承，且套筒内是真空环境，所以高速转子的机械损耗非常低，只需很小的功率即可维持额定转速，系统处于能量保持状态；转子维持旋转直到接收到释放能量的信号时，将存储在飞轮转子中的机械能转换成电能。单台飞轮存储的能量可以使用刚体绕定轴旋转公式来表示，从公式可以看出，想获得更高的储能量就意味着需要更高的转速或更大的转动惯量，这就需要更大的飞轮体积，更坚韧的转子材料，同时也意味着更高的潜在危险性，并且研发成本增加。但如果将两台或多台同样参数的低功率储能飞轮并联，理论上仍然可以达到高功率输出的目的。这种并机的模块化思想可以在现有飞轮的基础上进行设计，不仅可以降低成本，减小储能飞轮的研发难度，同时还提升了系统稳定性和安全性。但是通过并机获取更高的功率输出，仍有一系列的关键技术问题亟待解决，比如如何将总功率指令值下发给各台飞轮驱使其运作，按照什么样的分配策略进行功率分配等。
3.现有的等时长控制策略的思想是按照各个飞轮的剩余能量进行动态实时控制，令各个飞轮的充电或者放电时间(也就是达到速度下限的时间)相等。即：
4.t1＝t2＝
…
＝t
n
5.如果第i台飞轮从当前转速ω
i
开始减速放电，速度下限为ω
min
，那么第i台飞轮的剩余能量和放电功率分别为
[0006][0007][0008]
由三式联立可得：
[0009][0010]
其中令其中令
[0011]
这种控制策略理论效果很好，但是实际操作过于复杂，计算量大，在低性能的控制系统上难以实现。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种储能飞轮阵列的充放电功率分配方法。
[0013]
本发明是通过以下技术方案实现的：
[0014]
一种储能飞轮阵列的充放电功率分配方法，设有n台飞轮，其中第i台飞轮当前转速为ω
i
，速度下限为ω
min
，速度上限为ω
max
，定义系数：
[0015]
，i＝(1,2,
…
,n)
[0016]
soet＝soefw[1]+soefw[2]+
…
+soefw[n]
[0017]
soetm＝(1
‑
soefw[1])+(1
‑
soefw[2])+
…
+(1
‑
soefw[n])
[0018]
需要充电时，第i台飞轮的充电功率为：
[0019]
p
ei
＝p
e
×
soefwp[i]，其中p
e
为充电总功率指令值；
[0020]
需要放电时，第i台飞轮的放电功率为：
[0021]
其中其中为放电总功率指令值。
[0022]
在上述技术方案中，得到的第i台飞轮的充电功率p
ei
以及第i台飞轮的放电功率会分配给对应的飞轮控制系统，各飞轮控制系统按照充、放电功率进行等时长充放电。
[0023]
在上述技术方案中，所述储能飞轮阵列的充放电功率分配方法，采用主控器实现，主控器连接人机交互单元和各飞轮的控制系统，通过人机交互单元向主控器输入充电总功率指令值p
e
或者放电总功率指令值主控器计算得到第i台飞轮的充电功率或者放电功率后，发送给对应的飞轮控制系统。
[0024]
在上述技术方案中，主控器收到充、放电总功率指令值后，会判断该充、放总功率指令是否有效，如果充、放电总功率指令值均≤额定最大功率指令值，则认为该指令有效。
[0025]
在上述技术方案中，主控器收到充、放电总功率指令值后，会判断第i号飞轮是否在线，假如第i号飞轮在线，再进行第i台飞轮的充、放电功率计算。
[0026]
在上述技术方案中，主控器收到充、放电总功率指令值后，会判断第i号飞轮是否有故障，假如没有故障，再进行第i台飞轮的充、放电功率计算。
[0027]
在上述技术方案中，主控器收到充、放电总功率指令值后，会判断第i号飞轮转速是否在额定充放电转速允许范围内，且接触器是否合闸，如果是，再进行第i台飞轮的充、放电功率计算。
[0028]
本发明的优点和有益效果为：
[0029]
本发明能根据总功率指令值，按照优化后的等时长功率分配算法进行总功率指令分配，并将分配后的单台功率指令值下发给对应的各台飞轮，从而使储能飞轮阵列安全可靠运行。
[0030]
本发明的充放电功率分配方法比现有的等时长算法更加简洁有效，能够运行在低性能的平台上。
附图说明
[0031]
图1为储能飞轮阵列的充放电功率分配方法的控制策略流程图。
[0032]
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0033]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0034]
实施例一
[0035]
一种储能飞轮阵列的充放电功率分配方法，设有n台飞轮，其中第i台飞轮当前转速为ω
i
，速度下限为ω
min
，速度上限为ω
max
，那么可以定义系数：
[0036]
，i＝(1,2,
…
,n)
[0037]
soet＝soefw[1]+soefw[2]+
…
+soefw[n]
[0038]
soetm＝(1
‑
soefw[1])+(1
‑
soefw[2])+
…
+(1
‑
soefw[n])
[0039]
则需要充电时，第i台飞轮的充电功率为：
[0040]
p
ei
＝p
e
×
soefwp[i]，其中p
e
为充电总功率指令值；
[0041]
需要放电时，第i台飞轮的放电功率为：
[0042]
其中其中为放电总功率指令值。
[0043]
可以看出，本发明的充放电功率分配方法也是基于剩余能量之比来进行控制的，但本发明比现有的等时长算法更加简洁有效，能够运行在低性能的平台上。
[0044]
得到的第i台飞轮的充电功率p
ei
以及第i台飞轮的放电功率会分配给对应的飞轮控制系统，各飞轮控制系统按照充、放电功率进行等时长充放电。即：
[0045]
充电时，各飞轮按照对应的充电功率p
ei
进行充电，所有飞轮完成充电的时间相等，即，所有飞轮达到速度上限为ω
max
的时间相等。
[0046]
放电时，各飞轮按照对应的放电功率进行放电，所有飞轮完成放电的时间相等，即，所有飞轮达到速度下限为ω
min
的时间相等。
[0047]
实施例二
[0048]
图1为上述储能飞轮阵列的充放电功率分配方法的控制策略流程图，采用c语言编写，具体实施方式如下：
[0049]
(ⅰ)开始
[0050]
程序开始，从主程序入口。
[0051]
(ⅱ)采集总功率指令值
[0052]
采集模拟的总功率指令值。
[0053]
(ⅲ)判断总功率指令是否有效
[0054]
对计算得到的总功率指令值进行判断，总功率指令值可以是充电总功率指令值或者放电总功率指令值，如果充、放电总功率指令值均≤额定最大功率指令值，则认为该指令有效，否则令充放电指令为0。
[0055]
(ⅳ)判断i号飞轮是否在线
[0056]
判断第i号飞轮是否在线(i＝1,2
…
,n)，假如i号飞轮在线，则进行下一步，否则返回主程序。
[0057]
(
ⅴ
)判断i号飞轮是否有故障
[0058]
判断第i号飞轮是否有故障(i＝1,2
…
,n)，假如没有故障，则进行下一步，否则发出警报，并返回主程序。
[0059]
(
ⅵ
)判断i号飞轮是否可以充放电
[0060]
判断i号飞轮转速是否在额定充放电转速允许范围内，且接触器是否合闸，如果是，则可以允许充放电，如果不是，返回主程序。
[0061]
(
ⅶ
)进行储能飞轮阵列的充放电功率分配算法
[0062]
通过上述所有判断之后，根据总功率指令值，采用实施例一的储能飞轮阵列的充放电功率分配算法，计算出当前每一台飞轮的充、放电功率指令值。
[0063]
(
ⅷ
)发送指令
[0064]
将校正后的充、放电功率指令值通过以太网发送给对应的飞轮控制系统，使其按照指令进行充放电。
[0065]
(
ⅸ
)判断指令发送是否超时
[0066]
判断校正后的充放电控制指令发送是否超时，如果发送成功，则完成后返回主程序，如果发送超时，则返回上一步重新发送。
[0067]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。