[發(fā)明專利]基于飛輪儲(chǔ)能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310579452.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN103560542A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉穎明;王曉東;馬鐵強(qiáng);王士榮;孫傳宗;李科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/24;H02J3/30
• 代理公司: 沈陽(yáng)智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周智博

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種基于飛輪儲(chǔ)能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)的方法及裝置。屬儲(chǔ)能控制領(lǐng)域。用于解決風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動(dòng)問(wèn)題。

背景技術(shù)：目前風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的重要組成部分，但由于風(fēng)電本身波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，愈來(lái)愈成為制約新能源發(fā)展的障礙，隨著新能源發(fā)電規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，這個(gè)問(wèn)題顯得尤為迫切。儲(chǔ)能正是從根本上解決風(fēng)力發(fā)電接入問(wèn)題的最有效途徑，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性和不穩(wěn)定性缺陷，從而實(shí)現(xiàn)功率平滑并入電網(wǎng)。另外風(fēng)電的穩(wěn)定還表現(xiàn)在風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的穩(wěn)定及頻率穩(wěn)定性，目前這方面問(wèn)題的研究主要集中在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)平抑風(fēng)電輸出功率頻率波動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)在學(xué)者的很多理論和試驗(yàn)研究結(jié)果，儲(chǔ)能系統(tǒng)確實(shí)能有效的改善風(fēng)電系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，且儲(chǔ)能系統(tǒng)容量越大、響應(yīng)速度越快效果越好。

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速吸收或釋放有功及無(wú)功功率的特點(diǎn)，對(duì)改善系統(tǒng)的功率平衡狀況、降低并網(wǎng)處風(fēng)電的電壓波動(dòng)和平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出的波動(dòng)具有很好的效果，同時(shí)還能起到增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的作用。增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的能力，因?yàn)闀簯B(tài)過(guò)程中系統(tǒng)的各參量變化很快，飛輪儲(chǔ)能方式響應(yīng)速度可以達(dá)到1-20ms，能夠快速補(bǔ)償功率不平衡量，快速的與系統(tǒng)之間進(jìn)行有功、無(wú)功功率交換，以此來(lái)有效改善電壓波動(dòng)性，如電壓暫降、波形畸變及閃變等。

隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)電作為電源接入電網(wǎng)，將導(dǎo)致原有系統(tǒng)的備用容量增加，甚至還需要額外配備平衡穩(wěn)定裝置，使得系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有所降低。

發(fā)明內(nèi)容：

發(fā)明目的：基于飛輪儲(chǔ)能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)的方法及裝置，其目的是解決風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動(dòng)問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

基于飛輪儲(chǔ)能的抑制風(fēng)電機(jī)組功率波動(dòng)的方法，其特征在于：本方法將飛輪儲(chǔ)能裝置接入風(fēng)電機(jī)組的功率輸出點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的飛輪角速度，利用飛輪儲(chǔ)能裝置的動(dòng)量增量補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組出口的功率，使機(jī)組的輸出功率貼近參考值，達(dá)到進(jìn)行消峰填谷、功率平滑和穩(wěn)定出口電壓的目的。

所述風(fēng)電機(jī)組輸出功率參考值采用基于一階低通濾波器的方法確定，將實(shí)際的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率曲線通過(guò)濾波器，將曲線中快速波動(dòng)的部分濾掉，得到一條較為平滑的曲線，作為風(fēng)電場(chǎng)期望輸出功率曲線；

基于一階低通濾波器的控制策略是將注入電網(wǎng)的功率設(shè)計(jì)為式中f_c為濾波器的截止頻率；則飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電參考功率為Pref=Ts1+TsPw]]>

此時(shí)，經(jīng)過(guò)功率平抑后注入電網(wǎng)的功率的變化率和功率的平滑度都與時(shí)間常數(shù)T有關(guān)；T的值越大，注入電網(wǎng)的功率變化率越小，輸出的功率也就越平滑。

飛輪角速度采用模糊自適應(yīng)變時(shí)間常數(shù)的濾波器控制方法，具體為：在傳統(tǒng)低通濾波器的基礎(chǔ)上，考慮飛輪的過(guò)載情況，即當(dāng)所需的功率超過(guò)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可以儲(chǔ)存和釋放的最大能量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)控制了飛輪系統(tǒng)的過(guò)載和變流器直流電壓的穩(wěn)定，在變時(shí)間常數(shù)的濾波器后加上一個(gè)模糊調(diào)整量，使得飛輪轉(zhuǎn)速恢復(fù)到合理范圍，延長(zhǎng)了儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命。

模糊自適應(yīng)變時(shí)間常數(shù)的濾波器控制方法如下：

風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的功率為Pw，經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的低通濾波器之后，計(jì)算出Pg，并由此推出P_ref；判斷飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)P_ref是否超限，即γ(t)的大小，并執(zhí)行以下公式：

當(dāng)ω_max≥ω≥0.9ω_max時(shí)，此時(shí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)處于較高的儲(chǔ)能狀態(tài)，應(yīng)該讓飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)充電的時(shí)候少充電，放電的時(shí)候多放電，給定功率減去一個(gè)調(diào)整值使飛輪的轉(zhuǎn)速ω恢復(fù)到合理范圍之內(nèi)；

當(dāng)ω_min≤ω≤1.1ω_min時(shí)，此時(shí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)處于較低放電狀態(tài)，應(yīng)該讓飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)充電的時(shí)候多充電，放電的時(shí)候少放電，給定功率加上一個(gè)調(diào)整值使飛輪的轉(zhuǎn)速ω恢復(fù)到合理范圍之內(nèi)；最后給定值加上調(diào)整值得出了我們最終的飛輪功率給定值

模糊自適應(yīng)的控制的工作步驟如下：