用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统，复合储能电站并联在风电场的交流母线上，所述复合储能电站的电池储能经电池储能DC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述复合储能电站的飞轮储能经飞轮储能AC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述并网AC/DC双向变换器连接汇流母线，所述电池储能DC/DC双向变换器接收电池储能优化控制器的控制信号，所述飞轮储能AC/DC双向变换器接收飞轮储能控制器的控制信号。本发明专利技术利用由电池储能和飞轮储能构成的复合储能系统，在充分考虑风电功率特性和复合储能系统特性的情况下，实现一种能够有效提高风电场发电计划跟踪能力，从而减小风电并网对电网频率稳定负面影响的复合储能优化控制系统。

Composite energy storage control system for wind power generation program tracking and control method thereof

The invention discloses a control system for wind power project tracking composite reservoir, composite energy storage power station in parallel AC bus of wind farm, the composite storage battery energy storage station can pass through the battery storage DC/DC bi-directional converter connected grid AC/DC bi-directional converter, the composite energy storage flywheel power station by flywheel AC/DC bidirectional converter grid connected AC/DC bi-directional converter, the grid connected AC/DC bi-directional converter connecting busbar, the battery energy storage control signal DC/DC bidirectional converter receives the battery energy storage optimization controller, the flywheel control signal AC/DC bi-directional converter receiving flywheel controller the. The invention uses a battery energy storage flywheel energy storage composite can constitute the system, considering the wind power characteristics and complex characteristics of energy storage system under the condition that the implementation of a wind power project can effectively improve the tracking ability, thereby reducing the wind power on power system frequency stability of the negative impact of the composite energy storage optimization control system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于电力系统中的储能
，尤其涉及用于并网风电场功率调控的复合储能系统。
技术介绍
受到地理环境、气象等因素影响，风电出力呈现出很强的波动性和不确定性，高渗透率风电并网对电力系统的安全稳定运行带来巨大的挑战。为了减小风电接入对电网调频/调峰等方面的压力，电力公司不仅对风电场不同时间尺度下的最大波动功率进行了规定，而且还要求其具备在线有功功率调节能力，能够自动执行调度机构下达的发电计划，保证发电功率在允许的偏差范围内。因此，有效提高风电功率的可调度性，使其具有与传统机组类似的功率响应特性，从而增强其电网友好性，这对于风电的规模化开发利用具有重要的意义。当前，在风电场调度入网时，电网调度机构主要按照风电功率预测结果，并结合区域电网运行实际，下达风电场的发电计划。然而，由于风电功率具有不可准确预测性，风电功率预测尤其是日前预测的结果往往存在较大的预测误差，从而导致在仅考虑风电场自身的功率调控能力情况下，调度员通常只能按最保守的方式确定风电调度入网功率，从而会很大程度上降低风能的利用率。近年来，随着储能技术的快速发展，利用储能提高风电场发电计划跟踪能力方面的研究开始受到国内外学者的关注，并取得了一定数量的研究成果。而且，有研究结果表明，利用储能提高风电调度入网规模具有经济可行性。因此，储能技术在风电调度方面的应用研究必将越来越受到重视。然而，相对于储能技术在抑制风电功率波动方面的应用而言，用于风电调度的储能系统一般要求具有更高的容量和功率等级。由于受到不同储能机理的限制，单一的储能形式很难满足功率/能量等级、寿命周期、成本等综合性能的需要。针对上述问题，由不同类型储能形式构成的复合储能系统则提供了一种非常有效的解决方案。目前，针对复合储能在风电功率调控中的应用研究，主要集中于抑制风电功率波动方面，而在提高风电场发电计划跟踪能力方面的研究成果尚未多见。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现一种基于电池储能和飞轮储能,能够提高风电场发电计划跟踪能力的复合储能系统及其控制方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统，复合储能电站并联在风电场的交流母线上，所述复合储能电站的电池储能经电池储能DC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述复合储能电站的飞轮储能经飞轮储能AC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述并网AC/DC双向变换器连接汇流母线，所述电池储能DC/DC双向变换器接收电池储能优化控制器的控制信号，所述飞轮储能AC/DC双向变换器接收飞轮储能控制器的控制信号。所述电池储能优化控制器接收超短期风电功率预测结果和发电计划信号，并输出电池储能优化运行方案至电池储能DC/DC双向变换器；所述飞轮储能控制器接收电池储能的交换功率值、风电场功率的实时采样值和飞轮储能的荷电状态信号，并输出功率输出调节信号至飞轮储能AC/DC双向变换器。基于所述用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统的控制方法：所述电池储能优化控制器的控制方法：根据超短期风电功率预测结果和发电计划、电池储能的性能特点，获得设定时间内的电池储能优化运行方案；所述飞轮储能控制器的控制方法：根据电池储能的交换功率值、风电场功率的实时采样值和飞轮储能的荷电状态，对飞轮储能功率进行控制，实时补偿由预测误差和电池储能的相关约束导致的风电/电池储能联合功率与发电计划的偏差。所述电池储能优化控制器的控制方法具有两个优化目标；1)使接入电网的联合功率尽可能逼近风电场出力计划，以提高电力系统的运行稳定性和经济性为目标；2)以尽可能延长储能电池的使用寿命为目标；所述优化目标1)通过定义目标函数使风电与电池储能合成的联合功率和风电场出力计划的偏差平方和最小来实现：所述目标函数为：minPerr=Σt=1T(Pdisp(t)-Pwf_b(t))2]]>式中，T表示优化时段数；Pdisp、Pwf_b分别表示风电场发电计划和风电/电池储能联合功率，所述的联合功率Pwf_b定义为Pwf_b(t)＝Pwf_hour(t)-Pb(t)式中，Pwf_hour为超短期风电预测功率。所述优化目标2)采用最小化计及寿命损耗系数的循环电量来实现：所述目标函数为minEcir=ΔTΣt=1Tλb(SoCb(t))Pb*(t)]]>式中，Ecir表示循环电量；为电池储能放电功率的绝对值，λb为寿命损耗系数，其与荷电状态之间的关系表示为λb(SoCb(t))=1.3,0≤SoCb(t)≤0.5-1.5SoCb(t)+2.05,0.5<SoCb(t)≤1.]]>所述获得设定时间内的电池储能优化运行方案包括以下约束条件：1)功率约束电池储能充放电过程必须满足其额定功率约束：Pb(t)≥max(-Pb_rat,CbSoCb_min-Eb(t-1)ΔTηbd),Pb(t)<0Pb(t)≤min(Pb_rat,(CbSoCb_max-Eb(t-1))ηbcΔT),Pb(t)≥0]]>式中，Pb_rat、SoCb_max、SoCb_min分别是电池储能的额定功率、允许的最大和最小荷电状态；同时需要满足：Pwf_b_down(t)≤Pwf_b(t)≤Pwf_b_up(t)式中，Pwf_b_up、Pwf_b_down分别是联合功率的上限和下限，其可表示为Pwf_b_down(t)=min(Pwf_hour(t),Pdisp(t))Pwf_b_up(t)=max(Pwf_hour(t),Pdisp(t))]]>2)容量约束考虑电池储能的使用寿命，需要将其荷电状态保持在合理的取值范围内，则：CbSoCb_min≤Eb(t)≤CbSoCb_max3)输出功率约束考虑到风电场的运行实际，风电和电池储能的联合功率应不大于风电场额定容量，则：0≤Pwf_b(t)≤Pwf_rat式中，Pwf_rat为风电场的额定容量。所述飞轮储能控制器的控制方法：飞轮储能控制器的输入为风电/电池储能联合功率与发电计划之间的功率差额和飞轮储能的荷电状态，输出是飞轮储能的功率指令值，飞轮储能控制器根据输入的风电/电池储能联合功率与发电计划之间的功率差额和飞轮储能的荷电状态，动态地调整飞轮储能的功率修正系数，使飞轮储能在尽可能补偿风电/电池储能联合功率与发电计划之间的功率差额的同时，自身的荷电状态被控制在运行的范围内。所述功率指令值定义为Pf_ref(t)＝Pwf(t)-Pb(t)-Pdisp(t)式中，Pwf(t)为风电场的实际功率值当飞轮储能的功率指令值大于飞轮储能的额定功率时，则应取其额定功率Pf_rat作为功率指令值：Pf_ref=Pf_rat,Pf_ref>Pf_ratPf_ref,-Pf_rat≤Pwf_ref≤Pf_rat-Pf_rat,Pf_ref<-Pf_rat.]]>所述飞轮储能采用模糊控制器进行修正；所述模糊控制器的输入为飞轮储能的功率指令值Pf_ref和荷电状态SoCf，输出为功率修正系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统，复合储能电站并联在风电场的交流母线上，其特征在于：所述复合储能电站的电池储能经电池储能DC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述复合储能电站的飞轮储能经飞轮储能AC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述并网AC/DC双向变换器连接汇流母线，所述电池储能DC/DC双向变换器接收电池储能优化控制器的控制信号，所述飞轮储能AC/DC双向变换器接收飞轮储能控制器的控制信号。

【技术特征摘要】
1.用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统，复合储能电站并联在风电场的交流母线上，其特征在于：所述复合储能电站的电池储能经电池储能DC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述复合储能电站的飞轮储能经飞轮储能AC/DC双向变换器连接并网AC/DC双向变换器，所述并网AC/DC双向变换器连接汇流母线，所述电池储能DC/DC双向变换器接收电池储能优化控制器的控制信号，所述飞轮储能AC/DC双向变换器接收飞轮储能控制器的控制信号。2.根据权利要求1所述的用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统，其特征在于：所述电池储能优化控制器接收超短期风电功率预测结果和发电计划信号，并输出电池储能优化运行方案至电池储能DC/DC双向变换器；所述飞轮储能控制器接收电池储能的交换功率值、风电场功率的实时采样值和飞轮储能的荷电状态信号，并输出功率输出调节信号至飞轮储能AC/DC双向变换器。3.基于权利要求1或2所述用于风电场发电计划跟踪的复合储能控制系统的控制方法，其特征在于：所述电池储能优化控制器的控制方法：根据超短期风电功率预测结果和发电计划、电池储能的性能特点，获得设定时间内的电池储能优化运行方案；所述飞轮储能控制器的控制方法：根据电池储能的交换功率值、风电场功率的实时采样值和飞轮储能的荷电状态，对飞轮储能功率进行控制，实时补偿由预测误差和电池储能的相关约束导致的风电/电池储能联合功率与发电计划的偏差。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述电池储能优化控制器的控制方法具有两个优化目标；1)使接入电网的联合功率尽可能逼近风电场出力计划，以提高电力系统的运行稳定性和经济性为目标；2)以尽可能延长储能电池的使用寿命为目标；所述优化目标1)通过定义目标函数使风电与电池储能合成的联合功率和风电场出力计划的偏差平方和最小来实现：所述目标函数为：minPerr=Σt=1T(Pdisp(t)-Pwf_b(t))2]]>式中，T表示优化时段数；Pdisp、Pwf_b分别表示风电场发电计划和风电/电池储能联合功率，所述的联合功率Pwf_b定义为Pwf_b(t)＝Pwf_hour(t)-Pb(t)式中，Pwf_hour为超短期风电预测功率；所述优化目标2)采用最小化计及寿命损耗系数的循环电量来实现：所述目标函数为minEcir=ΔTΣt=1Tλb(SoCb(t))Pb*(t)]]>式中，Ecir表示循环电量；为电池储能放电功率的绝对值，λb为寿命损耗系数，其与荷电状态之间的关系表示为λb(SoCb(t))=1.3,0≤SoCb(t)≤0.5-1.5SoCb(t)+2.05,0.5<SoCb(t)≤1.]]>5.根据权利要求4所述的的控制方法，其特征在于：所述获得设定时间内的电池储能优化运行方案包括以下约束条件：1)功率约束电池储能充放电过程必须满足其额定功率约束：Pb(t)≥max(-Pb_rat,CbSoCb_min-Eb(t-1)ΔTηbd),Pb(t)<0Pb(t)≤min(Pb_rat,(CbSoCb_max-Eb(t-1))ηbcΔT),Pb(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世林，禹威威，江明，陈其工，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34