[發明專利]基于監督預測控制的風光互補發電系統功率協調控制方法

有效

• 申請號: 201610473944.X
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN106059448B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 馬苗苗;劉向杰;張瑩;張春雨;邵黎陽;孫玉申
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于新能源控制與應用技術領域，尤其涉及一種基于監督預測控制的風光互補發電系統功率協調控制方法。

背景技術

隨著科學技術的日新月異，新能源發展越來越迅速，目前已初具規模。未來很長一段時期內，各類新能源發電將迎來大規模發展時期。但從目前各類新能源發展的技術成熟度和成本來看，風力發電和太陽能光伏發電無疑最具發展潛力。中國幅員遼闊，有著廣袤的土地，太陽能資源和風能資源豐富，采用新能源發電前景廣闊。以風力發電、太陽能光伏發電為代表的新能源發電將成為解決化石能源枯竭以及環境污染、氣候變化等問題的關鍵，新能源電力的規模化開發利用將是大勢所趨。

風電、太陽能發電區別于傳統發電的一個重要特征在于它的隨機波動性。由于產生電力的一次能源來自于自然界空氣的流動和太陽光的輻射，不僅不可儲存，而且受到季節、氣候和時空等的影響，具有很強的隨機波動性和間歇性。采用風光互補發電技術可以平抑新能源電力的隨機波動性、間歇性。風光互補發電系統合理地結合了這幾種資源。夏天，日照量充足但風力資源有限，冬天，風力資源很充足但太陽能資源缺乏。一般來說，白天太陽能資源充足，而風力資源相對貧乏；夜晚，風力資源就比較豐富，但太陽能資源接近為零。在風光互補發電系統中，風能和太陽能的優缺點正好能夠互補，使得風光互補系統更加具有現實性和優勢。但目前常規風光互補發電系統的控制方法仍然存在著不足，這導致新能源發電輸出功率波動大，存在峰谷現象明顯、輸出功率與外界負荷不匹配、風光互補發電電流突變、蓄電池頻繁充放電等問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于監督預測控制的風光互補發電系統功率協調控制方法，包括如下步驟：

步驟1：分別根據風力發電、光伏發電、蓄電池儲能的工作原理建立風力發電子系統、光伏發電子系統、蓄電池儲能子系統這三個數學模型，并根據這三個數學模型建立風光互補發電系統的數學模型；

步驟2：設計第一滑模變結構控制器，使風力發電子系統在風力充足的情況下功率輸出跟蹤給定值；設計第二滑模變結構控制器，使風力發電子系統在風力不足的情況下處于最佳葉尖速比，并以最大輸出功率運行；

步驟3、設計第三滑模變結構控制器，使光伏發電子系統在光照充足的情況下輸出功率跟蹤負荷需求；設計第四滑模變結構控制器，使光伏發電子系統在光照不足的情況下實現最大功率點跟蹤控制；

步驟4：基于風力發電為主、光伏發電為輔、蓄電池為補充的控制目標，設計監督預測控制器，實現風力充足、風力不足光照充足、風力和光照均不足這三種情況下的第一滑模變結構控制器與第二滑模變結構控制器的控制模式切換、第三滑模變結構控制器與第四滑模變結構控制器的控制模式切換、以及蓄電池開關的控制。

所述第一滑模變結構控制器的表達式為：

其中，u_I為風力發電子系統在風力充足的情況下的控制率，R_s為同步發電機電阻，i_q和i_d分別為轉子坐標系中的q軸和d軸的定子電流，f₁、f₂、f₃、g₁、g₂、g₃分別均為系統定義變量，φ_m為轉子磁鏈矢量，ω_e為電角速度，γ和ξ_max為系統設計參數，s_w1(x)為風力子系統在風力充足的情況下選取的滑模面，為s_w1對x的偏導，x為系統狀態變量。

所述第二滑模變結構控制器的表達式為：

中間變量