【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电，具体是一种新型风力发电机储能系统及控制方法。
技术介绍
1、风力发电技术是一种重要的利用风能的技术，然而在实际应用情况中仍存在着一些问题和挑战，因风能具有随机性、间歇性和波动性等特点，风力发电机的输出随着风速的变化而波动，这给电网稳定性和能量管理带来挑战。与传统的风力发电机相比，双定子开关磁阻风力发电机具有更高的转换效率、更广泛的风速适应性和更低的运行成本，因此更加适用于风力发电系统。为了更高效的利用风力资源，风力发电系统一般都配置有储能装置，常见的储能装置有蓄电池、超级电容、飞轮储能系统、纳氢储能系统和磁能储能系统等。超级电容因其具有高功率密度和快速的充放电速度以及更长的循环寿命，可以快速响应因风速变化导致的输出波动，确保稳定的功率输出，成为了近年来的热点研究对象。
2、储能系统的能量管理控制通过对能量流动进行调节，确保储能系统能够在适当的时候储存电能并在需要时释放电能，以满足系统负载需求。因此需要一种优化的能量储存和释放策略，最大限度地利用风力资源，提高能源利用效率。风力发电系统的输出受风速变化和负载波动的影响，储能系统的控制方法可以平衡风电输出与负载需求之间的差异。传统pi控制器由于积分项的存在，限制了其响应时间，且在系统遭受瞬态干扰和负载变化时无法及时做出调整，导致系统出现超调、震荡以及长时间的稳态误差等问题，无法满足储能系统的要求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种高可靠性、高稳定性和高
2、其进一步是：所述定子开关磁阻发电机包括内定子、绕组和外定子，所述绕组设置在内定子和外定子之间，所述内定子和外定子为u型模块化分段结构。
3、所述半桥式双向buck/boost电路，包括电rl、c1、s1、s2、l、c2和sc，所述rl和c1并联在一起，所述s1和s2串联后并联在c1两端，所述c2和sc并联后与l串联，所述c2和sc和l并联在s2的两端；其中：rl为直流负载，c1为高压侧滤波电容，s1、s2为开关管，l为储能电感，c2为低压侧滤波电容，sc为超级电容。
4、一种新型风力发电机储能系统控制方法，包括如下步骤：
5、s1、通过风速传感器获取实时风速大小，根据不同风速对应运行模式方案，确定当前双定子开关磁阻发电机运行模式；
6、s2、通过电流传感器与电压传感器采集电压和电流数据获得发电机输出功率、负载功率，通过测量超级电容端电压获得超级电容soc；
7、s3、根据当前运行模式的发电机输出功率和负载需求功率大小，对超级电容充放电功率进行控制。
8、步骤s1中，双定子开关磁阻风力发电机具有内定子、外定子、双定子三种工作模式。
9、双定子开关磁阻发电机由风力机驱动，三种运行模式由风力大小确定，具体规则为：
10、当风速为0-7m/s时发电机运行于内定子模式，此模式下外定子不工作，直流电源只为内定子提供励磁能量；
11、当风速为7-10m/s时发电机运行于外定子模式，此模式下内定子不工作，直流电源只为外定子提供励磁能量；
12、当风速为10-12m/s时发电机运行于双定子模式，此模式下内外定子同时工作，直流电源同时为内外定子提供励磁能量。
13、步骤s3中，根据发电机实时发电功率pg和负载需求功率pl及超级电容荷电状态soc，确定超级电容充电功率pchage与超级电容放电功率pdischage大小，具体控制方案如下：
14、当发电机运行于内定子模式时，将发电功率都分配给负载，如果不能满足负载需求，且超级电容soc≥0.2，令超级电容放电使pdischage＝pl-pg；
15、当发电机运行于外定子模式时，若pg>pl，且超级电容soc＜0.6时对超级电容进行充电，超级电容充电功率大小为：pchage＝pg-pl，当超级电容soc≥0.95时超级电容停止充电，同时控制发电机减小发电功率，若pg<pl，且超级电容soc＞0.2时令超级电容进行放电，超级电容放电功率大小为：pdischage＝pl-pg，当超级电容soc≤0.2时超级电容停止放电，控制发电机增大发电功率，若pg＝pl，超级电容处于待机状态；
16、当发电机运行于双定子模式时，且超级电容soc＜0.8时，对超级电容进行充电，超级电容充电功率为pchage＝pg-pl，当超级电容soc≥0.95时超级电容停止充电，控制发电机减小发电功率。
17、步骤s3中，对超级电容储能系统采用积分终端滑模控制，滑模控制方法如下：
18、1)建立超级电容储能系统的模型
19、
20、式中，u为控制律；ug为直流母线电压；l是半桥式双向buck/boost电路储能电感；c是高压侧滤波电容；r为直流母线负载；
21、2)定义跟踪误差为：
22、e＝ilref-il
23、式中，ilref为电感电流参考值，il为电感电流；
24、3)设计滑模面：
25、
26、式中，e为电感电流跟踪误差；c为常数且c>0；q与p为正奇数且q<p；
27、4)设计趋近率为：
28、
29、式中，ε和k为待设计参数；
30、5)得到等效控制为：
31、
32、通过选取合适的c,ε,k数值后，使0＜ueq＜1。
33、储能系统的控制目标为超级电容充放电功率，使其满足功率分配需求，超级电容的充放电功率为：
34、psc＝uscil
35、将表达式改写为：
36、
37、式中，psc为超级电容充放电功率；usc为超级电容电压；il为电感电流，且规定超级电容放电时为正方向；
38、电感电流参考值本专利技术具有以下优点：本专利技术的新型风力发电机储能系统及控制方法，采用超级电容作为储能装置，发挥超级电容能量密度高可快速充放电，且具有较长的循环寿命的优势，提高了风力发电系统的可靠性与稳定性；通过对风速划分等级，确定发电机不同运行模式，并对每种运行模式制定了对应的能量管理方案，实现了发电能量优化分配，提高了风能利用率；对储能系统采用积分终端滑模控制，摒弃了传统pi控制方案，提高了储能系统响应速度和抗扰性能，通过积分项的引入，可以消除系统的稳态误差，实现无静差控制，从而更好地利用储能系统的容量。
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1.一种新型风力发电机储能系统，其特征在于：包括风力机、双定子开关磁阻发电机、他励型不对称半桥功率变换器、直流电源、直流负载、超级电容、半桥式双向Buck/Boost电路以及控制系统，所述半桥式双向Buck/Boost电路高压侧连接在直流母线、低压侧连接在超级电容两端。
2.如权利要求1所述的一种新型风力发电机储能系统，其特征在于：所述定子开关磁阻发电机包括内定子、绕组和外定子，所述绕组设置在内定子和外定子之间，所述内定子和外定子为U型模块化分段结构。
3.如权利要求1所述的一种新型风力发电机储能系统，其特征在于：所述半桥式双向Buck/Boost电路，包括电RL、C1、S1、S2、L、C2和SC，所述RL和C1并联在一起，所述S1和S2串联后并联在C1两端，所述C2和SC并联后与L串联，所述C2和SC和L并联在S2的两端；其中，RL为直流负载，C1为高压侧滤波电容，S1、S2为开关管，L为储能电感，C2为低压侧滤波电容，SC为超级电容。
4.一种新型风力发电机储能系统控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的一种
6.如权利要求5所述的一种新型风力发电机储能系统控制方法，其特征在于：双定子开关磁阻发电机由风力机驱动，采集风速传感器测量值得到当前风速情况，根据模式切换规则确定实际运行模式，具体规则为：
7.如权利要求4所述的一种新型风力发电机储能系统控制方法，其特征在于：步骤S3中，根据发电机实时发电功率PG和负载需求功率PL及超级电容荷电状态SOC，确定超级电容充电功率PCHAGE与超级电容放电功率PDISCHAGE大小，具体控制方案如下：
8.如权利要求4所述的一种新型风力发电机储能系统控制方法，其特征在于：步骤S3中，对超级电容储能系统采用积分终端滑模控制，滑模控制方法如下：
9.如权利要求8所述的一种新型风力发电机储能系统控制方法，其特征在于：储能系统的控制目标为超级电容充放电功率，使其满足功率分配需求，超级电容的充放电功率为：
...【技术特征摘要】
1.一种新型风力发电机储能系统，其特征在于：包括风力机、双定子开关磁阻发电机、他励型不对称半桥功率变换器、直流电源、直流负载、超级电容、半桥式双向buck/boost电路以及控制系统，所述半桥式双向buck/boost电路高压侧连接在直流母线、低压侧连接在超级电容两端。
2.如权利要求1所述的一种新型风力发电机储能系统，其特征在于：所述定子开关磁阻发电机包括内定子、绕组和外定子，所述绕组设置在内定子和外定子之间，所述内定子和外定子为u型模块化分段结构。
3.如权利要求1所述的一种新型风力发电机储能系统，其特征在于：所述半桥式双向buck/boost电路，包括电rl、c1、s1、s2、l、c2和sc，所述rl和c1并联在一起，所述s1和s2串联后并联在c1两端，所述c2和sc并联后与l串联，所述c2和sc和l并联在s2的两端；其中，rl为直流负载，c1为高压侧滤波电容，s1、s2为开关管，l为储能电感，c2为低压侧滤波电容，sc为超级电容。
4.一种新型风力发电机储能系统控制方法，其特征在于：包括如下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：任惠宁，孙萌，温厚林，张东，王行行，王翔平，李亚男，蔡可天，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司丰县供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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