异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法、装置及介质制造方法及图纸

技术编号:36908353 阅读:18 留言:0更新日期:2023-03-18 09:27
本发明专利技术公开了一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法、装置及介质,其中方法包括:确定飞轮储能单元的动态模型与双目标控制;将非自治动态系统视为一个外部模型,构造一个增广指令发生器;根据增广指令发生器,设定每个飞轮储能单元的分布式观测器;根据飞轮储能单元的动态模型与增广指令发生器,为每一个飞轮储能单元设置跟踪控制器,实现飞轮储能系统的功率跟踪与荷能平衡的双目标控制。在本发明专利技术中,飞轮实际动态模型得到考虑,储能系统可在飞轮模型下保持其功率跟踪与荷能平衡,系统的双目标控制得以实现。本发明专利技术可广泛应用于储能系统协同控制领域。储能系统协同控制领域。储能系统协同控制领域。

【技术实现步骤摘要】
异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法、装置及介质


[0001]本专利技术涉及储能系统协同控制领域,尤其涉及一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法、装置及介质。

技术介绍

[0002]生活生产中,对电能的需求往往具有很强的时间性和空间性,为了更合理地利用能源以提高其利用率,需要把一段时期内暂时不用的多余能量通过某种方式收集并储存起来,在使用高峰时再提取使用,或者运往能量紧缺的地方再使用,储能系统便可以实现这样的功能。对新能源和可再生能源的研究和开发,寻求提高能源利用率的先进方法,已成为全球共同关注的首要问题。对中国这样一个能源生产和消费大国来说,既有节能减排的需求,也有能源增长以支撑经济发展的需要,这就需要大力发展储能产业。
[0003]按照能量储存方式,储能可分为物理储能、化学储能、电磁储能三类,其中物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等,化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等,电磁储能主要包括超级电容器储能、超导储能。储能技术可以说是新能源产业革命的核心。
[0004]其中,隶属于物理储能方式的飞轮储能,飞轮储能系统的机械能与电能之间的转换是以电动/发电机及其控制为核心实现的,电动/发电机集成一个部件,在储能时,作为电动机运行,由外界电能驱动电动机,带动飞轮转子加速旋转至设定的某一转速;在释能时,电机又作为发电机运行,向外输出电能,此时飞轮转速不断下降。显然,低损耗、高效率的电动/发电机是能量高效传递的关键。
[0005]大型储能系统往往由多个小容量的储能单元共同组成,比如大容量飞轮储能系统通常是由许多个飞轮组成的。飞轮之间存在能量的交换,由每个飞轮的独立控制器实现其信息沟通与能量控制。对于多个储能单元构成的储能系统,其控制目标主要有以下两点:第一,储能系统的总输出功率需跟踪上层控制所设定的参考值;第二,当储能元件的剩余能量过高(过低)时将停止吸收(输出)能量以保障系统安全,延长元件寿命。因此,每个储能元件的剩余能量比例需保持一致以最大化储能系统的功率输出能力。分布式控制方案与典型的集中式控制方案不同的地方在于,前者实现了去中心化,每个储能单元的独立控制器在通信网络之间传递局部信息,从而实现独立控制。
[0006]现有飞轮储能系统的控制方法(一种飞轮储能系统的荷能平衡控制方法,CN112600228A)由多个飞轮构成的飞轮储能系统但通讯网络固定,因此无法直接用于本专利技术所涉及切换网络与非自治动力系统控制下的飞轮矩阵储能系统。文献(H.Cai,Power Tracking and State

of

Energy Balancing of an Energy Storage System by Distributed Control,IEEE Access,v0l.8,pp.170261

170270,2020.)考虑了由多个储能单元构成的储能系统,但其储能单元的模型为简化的一阶积分器模型,因此也无法直接用于本专利技术所涉及的飞轮储能系统。针对本专利技术所涉及的在切换通讯网络与非自治动力系统控制下的飞轮矩阵储能系统,目前尚未有可行的分布式控制方案可以实现功率跟踪与荷能
平衡的双目标控制。

技术实现思路

[0007]为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一,本专利技术的目的在于提供一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法、装置及介质。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是:
[0009]一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,包括以下步骤:
[0010]确定飞轮储能单元的动态模型与双目标控制;
[0011]将非自治动态系统视为一个外部模型,构造一个增广指令发生器;
[0012]根据增广指令发生器,设定每个飞轮储能单元的分布式观测器;
[0013]根据飞轮储能单元的动态模型与增广指令发生器,为每一个飞轮储能单元设置跟踪控制器,实现飞轮储能系统的功率跟踪与荷能平衡的双目标控制。
[0014]进一步地,所述飞轮储能系统包括通讯网络、指令发生器、若干个飞轮储能单元和电网。
[0015]进一步地,在时刻t第i个飞轮的荷能状态定义为:
[0016][0017]式中为第i个飞轮的荷能转速系数,ω
i
(t)表示第i个飞轮在时刻t的角速度,ω
i,max
表示第i个飞轮运行时允许的最大转速;故所述储能单元的动态模型如下:
[0018][0019]式中I
i
、B
vi
、P
i,out
(t)分别表示第i个飞轮的转动惯量、阻尼系数与在时刻t的输出功率;对于任意的函数x(t),表示函数x(t)在时刻t的导数,对于整个储能系统,用P
FESMS
(t)表示在时刻t飞轮储能系统的总输出功率,其中飞轮数目为N,用P
REF
(t)表示总输出功率的参考值。
[0020]进一步地,实现飞轮储能系统的功率跟踪和荷能平衡的双目标控制的表达式为:
[0021][0022][0023]其中,P
FESMS
(t)表示在时刻t飞轮储能系统的总输出功率,P
REF
(t)表示总输出功率的参考值,φ
i
(t)表示在时刻t第i个飞轮的荷能状态,φ
j
(t)表示在时刻t第j个飞轮的荷能状态。
[0024]进一步地,所述增广指令发生器的设定如下:
[0025][0026]P
REF
(t)=C0η0(t)
ꢀꢀ
(2)
[0027]式中,η0(t)为指令发生器的内部状态,S0(t)和C0(t)为常数矩阵;
[0028]定义非自治动态系统如下:
[0029][0030]式中,ψ0(t)=φ
i
(t),其中飞轮数目为N,φ
i
(t)表示在时刻t第i个飞轮的荷能状态,I
i
、B
vi
和γ
i
分别表示第i个飞轮的转动惯量、阻尼系数及荷能转速系数;
[0031]结合公式(1)

(3),得到一个增广指令发生器如下:
[0032][0033]P
REF
(t)=C0η0(t)
[0034][0035]进一步地,所述分布式观测器采用与增广指令发生器一致的级联双层结构,分为指令发生器顶层的分布式观测器与外部模型底层的分布式观测器。
[0036]进一步地,所述指令发生器顶层的分布式观测器设定如下:
[0037][0038][0039][0040][0041]其中,S
i
(t)表示第i个分布式指令发生器系数矩阵S0(t)观测值,S
j
(t)表示第j个分布式指令发生器系数矩阵S0(t)观测值,μs表示系数矩阵S0(t)观测器增益,C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,包括以下步骤:确定飞轮储能单元的动态模型与双目标控制;将非自治动态系统视为一个外部模型,构造一个增广指令发生器;根据增广指令发生器,设定每个飞轮储能单元的分布式观测器;根据飞轮储能单元的动态模型与增广指令发生器,为每一个飞轮储能单元设置跟踪控制器,实现飞轮储能系统的功率跟踪与荷能平衡的双目标控制。2.根据权利要求1所述的一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,所述飞轮储能系统包括通讯网络、指令发生器、若干个飞轮储能单元和电网。3.根据权利要求1所述的一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,所述飞轮储能单元的动态模型如下:于,所述飞轮储能单元的动态模型如下:式中,为第i个飞轮的荷能转速系数,ω
i,max
表示第i个飞轮运行时允许的最大转速,ω
i
(t)表示第i个飞轮在时刻t的角速度,I
i
、B
vi
、P
i,out
(t)分别表示第i个飞轮的转动惯量、阻尼系数与在时刻t的输出功率。4.根据权利要求1所述的一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,实现飞轮储能系统的功率跟踪和荷能平衡的双目标控制的表达式为:于,实现飞轮储能系统的功率跟踪和荷能平衡的双目标控制的表达式为:其中,P
FESMS
(t)表示在时刻t飞轮储能系统的总输出功率,P
REF
(t)表示总输出功率的参考值,φ
i
(t)表示在时刻t第i个飞轮的荷能状态,φ
j
(t)表示在时刻t第j个飞轮的荷能状态。5.根据权利要求1所述的一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,所述增广指令发生器的设定如下:P
REF
(t)=C0η0(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中,η0(t)为指令发生器的内部状态,S0(t)和C0(t)为常数矩阵;定义非自治动态系统如下:式中,ψ0(t)=φ
i
(t),其中飞轮数目为N,φ
i
(t)表示在时刻t第i个飞轮的荷能状态,I
i
、B
vi
和γ
i
分别表示第i个飞轮的转动惯量、阻尼系数及荷能转速系数;结合公式(1)

(3),得到一个增广指令发生器如下:P
REF
(t)=C0η0(t)
6.根据权利要求1所述的一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,所述分布式观测器采用与增广指令发生器一致的级联双层结构,分为指令发生器顶层的分布式观测器与外部模型底层的分布式观测器。7.根据权利要求6所述的一种异构飞轮储能矩阵系统的荷能平衡控制方法,其特征在于,所述指令发生器顶层的分布式观测器设定如下:于,所述指令发生器顶层的分布式观测器设定如下:于,所述指令发生器顶层的分布式观测器设定如下:于,所述指令发生器顶层的分布式观测器设定如下:其中,S
i
(t)表示第i个分布式指令发生器系数矩阵S0(t)观测值,S
j
(t)表示第j个分布式指令发生器系数矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡鹤彭震山
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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