[發明專利]一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法

有效

• 申請號: 202011208482.1
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112600228B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 蔡鶴;梁澤人
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J3/30
• 分類號: H02J3/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.確定飛輪儲能單元的動態模型：

其中，I_i、ω_i(t)、B_vi和T_ei(t)分別表示第i個飛輪的轉動慣量、時刻t的角速度、阻尼系數及時刻t的電磁轉矩；對于任意的函數x(t)，表示函數x(t)在時刻t的導數，第i個飛輪在時刻t儲存的能量E_i(t)為：

定義第i個儲能單元在時刻t的輸出功率當儲能單元放能時，P_i(t)＞0；當儲能單元儲能時，P_i(t)＜0，由此得：

定義在時刻t阻尼導致的功率損耗輸入電網的功率P_i，out(t)＝-T_ei(t)ω_i(t)；

第i個飛輪的儲能容量E_ci為：

其中，用ω_i，max表示飛輪運行時允許的最大轉速；

在時刻t第i個飛輪的荷能狀態定義為：

式中為荷能轉速系數；由上述各式得

對于整個儲能系統，用P_FESS(t)表示在時刻t飛輪儲能系統的總輸出功率，其中用P_REF表示其參考值；

S2.根據耦合點的實時功率與參考功率，設定指令發生器；

S3.根據指令發生器，設定每個飛輪儲能單元的分布式觀測器；

S4.根據飛輪的動態模型，為每一個飛輪儲能單元設置控制器，實現飛輪儲能系統的功率跟蹤與荷能平衡的雙目標控制；

系統的控制器設定如下：

當系統參數(I_i、B_vi、γ_i)相同時，步驟S4所述的控制器設定為：

/

其中k_φ＞0表示為第一控制器增益；φ_i(t)表示時刻t第i個飛輪的荷能狀態，φ_j(t)表示時刻t第j個飛輪的荷能狀態；ζ_i(t)表示為第i個分布式觀測器的狀態變量；

當系統參數I_i、B_vi、γ_i不同時，所述的控制器設定為：

式中ξ_i(t)表示控制器內部狀態變量，ω_i(t)表示第i個飛輪t時刻t的角速度，k_φ、k_ξ、k_ζ分別表示第一控制器增益、第二控制器增益、第三控制器增益；a_ij表示第i個儲能單元獲得第j個儲能單元的信息，N表示飛輪數目即飛輪儲能單元數目。

2.根據權利要求1所述的一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，其特征在于，所述飛輪儲能系統包括通訊網絡、若干個儲能單元和電網，儲能單元為飛輪。

3.根據權利要求2所述的一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，其特征在于，每一個儲能單元的控制器其儲能系統功率跟蹤和荷能平衡的目標表達式為：

4.根據權利要求3所述的一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，其特征在于，指令發生器的設定如下：

當系統參數I_i、B_vi、γ_i相同時，指令發生器CG為：

ζ₀(0)＝P_REF/N

其中ζ₀(t)、ζ₀(0)分別表示指令發生器的狀態變量及其初值，飛輪數目為N；

當系統參數I_i、B_vi、γ_i不同時，指令發生器CG為：

其中ζ₀(t)表示指令發生器的狀態變量，α＞0為指令發生器增益1。

5.根據權利要求4所述的一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，其特征在于，系統的分布式觀測器設定如下：

其中ζ_i(t)表示為第i個分布式觀測器的狀態變量，ζ_j(t)表示為第j個分布式觀測器的狀態變量，μ_ζ表示觀測器增益1，如果第i個儲能單元獲得第j個儲能單元的信息，則a_ij＝1，否則，a_ij＝0。