本发明专利技术涉及一种基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法及系统，通过构建超级电容器和飞轮协同储能的混合储能电网系统，并获取混合储能电网系统的实时电网参数，然后构建针对超级电容器和飞轮储能协同调频的自适应控制算法，确定该自适应控制算法的优化目标函数集，对优化目标函数集执行优化处理，得到对应优化目标函数集的最优解集合，在最优解集合中选取满足当前电网约束条件的最优解作为针对混合储能电网系统当前电网状态的最优控制策略，并将最优控制策略所对应的超级电容器电流和飞轮储能系统的飞轮机械功率作为混合储能电网系统的控制输入，以调整混合储能电网系统，从而实现电网调频、负荷平衡及电压稳定，提高电网稳定性和运行效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法及系统。
技术介绍
1、随着可再生能源的广泛接入和电力系统负荷的不断变化，电网调频、负荷平衡和电压稳定问题日益凸显。现有的电网调频控制方法通常仅考虑单一储能系统，例如该单一储能系统采用具有充放电速度快和循环寿命长优点的超级电容器，以适应电力系统内短期的电力波动。当然，也有的电网调频控制方法单独采用能够瞬间提供大功率的飞轮储能，以应对电力系统中的突发电力需求。
2、但是，现有的电网调频控制方法存在不足：现有的电网调频控制方法通常采用单一的超级电容器或者飞轮储能来适应电力系统运行，但是均无法实现电网调频、负荷平衡以及电压稳定的技术效果。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法。
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种实现所述基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法的电网调频控制系统。
3、本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、步骤1，获取已构建混合储能电网系统的实时电网参数；其中，混合储能电网系统为超级电容器和飞轮协同储能的电网，电网参数包括混合储能电网系统的电网频率、电网负荷需求和电网电压；
5、步骤2，构建针对超级电容器和飞轮储能协同调频的自适应控制算法；
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p>6、步骤3，确定已构建的该自适应控制算法的优化目标函数集，并对该优化目标函数集执行优化处理，得到对应该优化目标函数集的最优解集合；其中，该优化目标函数集包括针对多个待优化性能指标的目标函数，每一个待优化性能指标对应一个目标函数；目标函数的最优解为经优化处理且对应目标函数的最佳性能指标；待优化性能指标包括超级电容器电流和飞轮储能系统的飞轮机械功率；7、步骤4，在所得最优解集合中选取满足当前电网约束条件的最优解作为针对混合储能电网系统当前电网状态的最优控制策略；
8、步骤5，将最优控制策略所对应的超级电容器电流和飞轮储能系统的飞轮机械功率作为混合储能电网系统的控制输入，以调整该混合储能电网系统。
9、改进地，在所述基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法中，在步骤2中，所述自适应控制算法的构建过程包括如下步骤：
10、步骤a1，构建二阶离散化非线性跟踪微分器；其中，该二阶离散化非线性跟踪微分器的控制表达式如下：
11、v1(k+1)＝v1(k)+hv2(k)；
12、v2(k+1)＝v2(k)+hfst[v1(k)-v0,v2(k),r,h0]；
13、fst[v1(k)-v0,v2(k),r,h0]＝-r*sat[g(k),δ]；
14、
15、
16、δ＝h0r，δ1＝h0δ，y(k)＝v1(k)-v0+h0v2(k)；
17、其中，v1(k)为超级电容器的电流输出内环参考信号的跟踪信号，v2(k)为超级电容器的电流输出内环参考信号的微分信号，h为积分步长，v0为所述混合储能电网系统实际电压与参考电压之间的误差值且作为该二阶离散化非线性跟踪微分器的输入值，该输入值v0为超级电容器电流或飞轮储能系统的飞轮机械功率；r为影响速度的速度因子，h0为滤波因子；sat[g(k),δ]为饱和函数，sign(x)为符号函数，g(k)为非线性函数；δ为线性段区间长度，δ1为积分步长限制下的线性区间长度；y(k)为自适应控制的输出信号，即混合储能系统的直流母线电流，h1为δ1所对应的积分步长；其中，该二阶离散化非线性跟踪微分器的输入是v0，该二阶离散化非线性跟踪微分器的输出是v1(k)和v2(k)；
18、步骤a2，构建二阶离散化非线性扩张状态观测器，以观测所述混合储能电网系统输出信号和输入信号的状态及扰动；其中，该二阶离散化非线性扩张状态观测器的控制表达式为：
19、
20、
21、其中，ε1为非线性函数误差，z1(k)为超级电容器的电流内环采样信号的跟踪信号，h为积分步长；z2(k)为所述混合储能电网系统的总扰动信号，z3(k)为所述混合储能电网系统总扰动的估计值，α1和α2均分别为非线性因子；β01、β02和β03均为可调参数且作为状态误差的反馈增益；b为放大系数，ε为所述混合储能电网系统的输入误差，α为影响fal函数非线性段区间的长度，u(k)为控制量，即所述混合储能系统的直流母线电压；e为误差；
22、步骤a3，构建非线性状态误差反馈控制律；其中，该非线性状态误差反馈控制律的控制表达式为：
23、
24、其中，e0为误差的积分信号，e(τ)为被控量直流母线电压与直流母线电压参考值之间的偏差，t为当前时刻，τ为积分变量，e1为所述二阶离散化非线性跟踪微分器产生的输出v1与所述二阶离散化非线性扩张状态观测器所产生输出z1相减得到的误差，e2为所述二阶离散化非线性跟踪微分器产生的输出v2与所述二阶离散化非线性扩张状态观测器所产生输出z2相减得到的误差，e3为所述二阶离散化非线性跟踪微分器产生的输出v3与所述二阶离散化非线性扩张状态观测器所产生输出z3相减得到的误差；α0、α1和α2均为可调参数；u为直流母线电压，u0为未补偿的直流母线电压。
25、进一步地，在所述基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法中，在步骤3中，利用稳定连续集模型预测控制策略对所述优化目标函数集执行优化以得到对应该优化目标函数集的最优解集合；其中，该稳定连续集模型预测控制策略的控制策略表达式如下：
26、
27、其中，所述多个待优化性能指标的总数量为n，j(un)为针对第n个待优化性能指标un的目标函数，optj(un)是目标函数j(un)的最优值，x(t)是所述混合储能电网系统在t时刻的电网参数状态向量，u(t)是所述混合储能电网系统的输入量，该输入量u(t)为超级电容器电流或飞轮储能系统的飞轮机械功率；fn(x(t),u(t))是关于系统电网参数状态向量x(t)与输入量u(t)的函数，d(t)是所述混合储能电网系统在t时刻未知的外部扰动，a和b均是常数。
28、再改进，在所述基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法中，所述多个待优化性能指标包括电网频率偏差最小值、超级电容器电压偏差最小值、飞轮转速偏差最小值以及负荷平衡系数最大值；其中：
29、电网频率偏差最小值表示为：min|f(t)-fref|，f(t)表示所述混合储能电网系统在t时刻的电网频率值，fref表示所述混合储能电网系统的电网频率期望值；
30、超级电容器电压偏差最小值表示为：min|vc(t)-vc_ref|；vc(t)表示所述混合储能电网系统在t时刻的超级电容器电压值，vc_ref表示所述混合储能电网系统的超级电容器电压期望本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，在步骤2中，所述自适应控制算法的构建过程包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，在步骤3中，利用稳定连续集模型预测控制策略对所述优化目标函数集执行优化以得到对应该优化目标函数集的最优解集合；其中，该稳定连续集模型预测控制策略的控制策略表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，所述多个待优化性能指标包括电网频率偏差最小值、超级电容器电压偏差最小值、飞轮转速偏差最小值以及负荷平衡系数最大值；其中：
5.根据权利要求4所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，所述负荷平衡系数为混合储能电网系统的实际负荷与预测负荷之间的比例值。
6.根据权利要求4或5所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，采用NSGA-III算法对所述优化目标函数集求解处理，以分别得到针对每个待优化性能指标所对应目标函数的最优解，且将所得所有最优解作为针对混合储能电网系统当前电网状态的最优控制策略。
7.根据权利要求6所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，采用NSGA-III算法对所述优化目标函数集求解处理以分别得到针对每个待优化性能指标所对应目标函数的最优解的过程包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，所述终止条件为预定迭代次数或目标函数值小于预设阈值或收敛达到预定条件。
9.电网调频控制系统，实现权利要求1所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，该电网调频控制系统包括：
10.根据权利要求9所述的电网调频控制系统，其特征在于，所述控制执行模块包括：
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【技术特征摘要】
1.基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，在步骤2中，所述自适应控制算法的构建过程包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，在步骤3中，利用稳定连续集模型预测控制策略对所述优化目标函数集执行优化以得到对应该优化目标函数集的最优解集合；其中，该稳定连续集模型预测控制策略的控制策略表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，所述多个待优化性能指标包括电网频率偏差最小值、超级电容器电压偏差最小值、飞轮转速偏差最小值以及负荷平衡系数最大值；其中：
5.根据权利要求4所述的基于超级电容器和飞轮储能的电网调频控制方法，其特征在于，所述负荷平衡系数为混合储能电网系统的实际负荷与预测负荷之间的比例值。
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【专利技术属性】
技术研发人员：项赫，黄文波，韩继龙，刘燕林，杨阳，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：
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