异构飞轮储能系统的多目标控制方法、系统、装置及介质制造方法及图纸

技术编号:36969582 阅读:25 留言:0更新日期:2023-03-22 19:30
本发明专利技术公开了一种异构飞轮储能系统的多目标控制方法、系统、装置及介质,其中方法包括:确定飞轮储能单元的动力学模型与控制目标;根据指令发生器,设定每个飞轮储能单元的指令发生器上层的分布式观测器;设定每个飞轮储能单元的渐进内部模型下层的分布式观测器;根据指令发生器和两个分布式观测器,为每一个飞轮储能单元设置控制器,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与不稳定的通讯网络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。发明专利技术可广泛应用于储能系统协同控制领域。发明专利技术可广泛应用于储能系统协同控制领域。

【技术实现步骤摘要】
异构飞轮储能系统的多目标控制方法、系统、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系统的多目标控制方法、系统、装置及介质。

技术介绍

[0002]随着经济社会和电力技术的持续发展,智能电网概念被提出并成为当下电力系统的发展趋势,但也面临可再生能源消纳和系统灵活性资源不足的挑战。储能是一种将电能灵活转换为其他能源并进行合理利用的重要技术,是保证智能电网实现的必备条件,解决了能源生产和使用的空间不匹配、时间不同步问题,使电能在时间和空间上的运用更具灵活性,创造了能源共享的基础条件。
[0003]根据电压/功率等级的不同,储能系统可分为集中式和分布式。集中式储能功率一般为兆瓦级,应用于充放电时间长、功率能量需求大的场景,主要采用能量型储能,常见类型为压缩空气储能和抽水蓄能两种。分布式储能功率等级相对较小,功率一般为千瓦级。基于能量存放外部特征的不同,可将分布式储能划分为能量型和功率型两种。功率密度高是功率型储能的主要优势,主要包括超导磁储能和飞轮等;能量型储能系统能量存储密度大,主要包括压缩空气储能、化学电池储能等。
[0004]其中,隶属于功率型储能方式的飞轮储能,飞轮储能利用飞轮角动量存储能量,充电时电动机驱动飞轮,放电时飞轮带动发电机发电,储存能量取决于飞轮尺寸、质量和速度,而额定功率则取决于电动机和发电机。飞轮储能维护少且寿命长,高达数百万次循环充放电,适于改善电能质量、提供无功支持和旋转备用等的大功率、短时间场景。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,vol.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不稳定通讯网络与全局系统信息
未知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系统的多目标控制方法、系统、装置及介质。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是:
[0009]一种异构飞轮储能系统的多目标控制方法,包括以下步骤:
[0010]确定飞轮储能单元的动力学模型与控制目标;
[0011]根据指令发生器,设定每个飞轮储能单元的指令发生器上层的分布式观测器;
[0012]设定每个飞轮储能单元的渐进内部模型下层的分布式观测器;
[0013]根据指令发生器和两个分布式观测器,为每一个飞轮储能单元设置控制器,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,所述飞轮储能单元的动态模型如下:
[0016][0017][0018]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。
[0019]进一步地,实现飞轮储能系统的功率跟踪与荷能平衡的双目标控制的表达式为:
[0020][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
i,out
(t)表示第i个飞轮在时刻t的输出功率,飞轮数目为N;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,所述指令发生器上层的分布式观测器设定如下:
[0025]指令发生器设定为:
[0026][0027]P
REF
(t)=C0η0(t)
[0028]式中,η0(t)为指令发生器的内部状态,S0和C0为常数矩阵,ψ0(t)=φ
i
(t),P
REF
(t)表示总输出功率的参考值;
[0029]设定通讯网络是无向的,即a
ij
=a
ji
,其中i,j=1,2,...,N,i≠j.指令发生器上层的分布式观测器设定如下:
[0030][0031][0032][0033]P
i,REF
(t)=C
i
(t)η
i
(t)
[0034]其中,S
i
(t)表示第i个分布式指令发生器系数矩阵S0观测值,S
j
(t)表示第j个分布式指令发生器系数矩阵S0观测值,μ
s
表示系数矩阵S0观测器增益,C
i
(t)表示第i个分布式指令发生器系数矩阵C0观测值,C
j
(t)表示第j个分布式指令发生器系数矩阵C0观测值,μ
C
表示系数矩阵C0观测器增益,η
i
(t)表示第i个分布式指令发生器内部状态矩阵η0(t)观测值,η
j
(t)表示第j个分布式指令发生器内部状态矩阵η0(t)观测值,μ
η
表示内部状态矩阵η0(t)观测器增益,P
i,REF
(t)表示第i个分布式指本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构飞轮储能系统的多目标控制方法,其特征在于,包括以下步骤:确定飞轮储能单元的动力学模型与控制目标;根据指令发生器,设定每个飞轮储能单元的指令发生器上层的分布式观测器;设定每个飞轮储能单元的渐进内部模型下层的分布式观测器;根据指令发生器和两个分布式观测器,为每一个飞轮储能单元设置控制器,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系统的多目标控制方法,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系统的多目标控制方法,其特征在于,所述飞轮储能单元的动态模型如下: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系统的多目标控制方法,其特征在于,实现飞轮储能系统的功率跟踪与荷能平衡的双目标控制的表达式为:飞轮储能系统的功率跟踪与荷能平衡的双目标控制的表达式为:飞轮储能系统的功率跟踪与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
i,out
(t)表示第i个飞轮在时刻t的输出功率,飞轮数目为N;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系统的多目标控制方法,其特征在于,所述指令发生器上层的分布式观测器设定如下:指令发生器设定为:P
REF
(t)=C0η0(t)式中,η0(t)为指令发生器的内部状态,S0和C0为常数矩阵,ψ0(t)=φ
i
(t),P
REF
(t)表示总输出功率的参考值;设定通讯网络是无向的,即a
ij
=a
ji
,其中i,j=1,2,...,N,i≠j.指令发生器上层的分布式观测器设定如下:
P
i,REF
(t)=C
i
(t)η
i
(t)其中,S
i
(t)表示第i个分布式指令发生器系数矩阵S0观测值,S
j
(t)表示第j个分布式指令发生器系数矩阵S0观测值,μ
s
表示系数矩阵S0观测器增益,C
i
(t)表示第i个分布式指令发生器系数矩阵C0观测值,C
j
(t)表示第j个分布式指令发生器系数矩阵C0观测值,μ
C
表示系数矩阵C0观测器增益,η
i
(t)表示第i个分布式指令发生器内部状态矩阵η0(t)观测值,η
j
(t)表示第j个分布式指令发生器内部状态矩阵η0(t)观测值,μ
η
表示内部状态矩阵η0(t)观测器增益,P
i,REF
(t)表示第i个分布式指令发生器输出到第i个飞轮的功率参...

【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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