[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

本發明公開了一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，包括如下步驟：S1.確定飛輪儲能單元的動態模型；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。在本發明中，飛輪實際動態模型得到考慮，儲能系統可在飛輪模型下保持其功率跟蹤與荷能平衡，系統的雙目標控制得以實現。

技術領域

本發明涉儲能系統協同控制領域，尤其在考慮基于飛輪的儲能系統中，具體涉及一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法。

背景技術

生活生產中，對電能的需求往往具有很強的時間性和空間性，為了更合理地利用能源以提高其利用率，需要把一段時期內暫時不用的多余能量通過某種方式收集并儲存起來，在使用高峰時再提取使用，或者運往能量緊缺的地方再使用，儲能系統便可以實現這樣的功能。作為電力系統的重要組成部分，儲能系統充當了能量緩沖的角色，并且可以有效平整間歇性能源，如光能、風能等，帶來的大幅度功率波動。

儲能主要包括熱能、動能、電能、電磁能、化學能等能量的存儲，而儲能技術的研究、開發與應用主要是以儲存熱能、電能為主，廣泛應用于太陽能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收以及工業與民用建筑和空調的節能等領域。現有的電力儲能系統主要分為五類：機械儲能、電氣儲能、電化學儲能、熱儲能和化學儲能。

其中，隸屬于機械儲能方式的飛輪儲能，是可以將電能、風能、太陽能等能源轉化成飛輪的旋轉動能加以儲存的一種新型的高效的機械儲能技術。其主要特點有：①儲能密度高，功率密度大，因而在短時間內可以輸出更大的能量；②能量轉換效率高，一般可達85％～95％；③對溫度不敏感，對環境友好；④使用壽命和儲能密度不會因過充電或過放電而受到影響，只取決于飛輪電池中電子元器件的壽命，一般可達20年左右；⑤容易測量放電深度和剩余“電量”；⑥充電時間短，屬于分鐘級別。

大型儲能系統往往由多個小容量的儲能單元共同組成，比如大容量飛輪儲能系統通常是由許多個飛輪組成的，各飛輪直接連接母線，然后通過耦合點與主電網連接，或并入微電網。飛輪之間存在能量的交換，由每個飛輪的獨立控制器實現其信息溝通與能量控制。對于多個儲能單元構成的儲能系統，其控制目標主要有以下兩點：第一，儲能系統的總輸出功率需跟蹤上層控制所設定的參考值；第二，當儲能元件的剩余能量過高(過低)時將停止吸收(輸出)能量以保障系統安全，延長元件壽命。因此，每個儲能元件的剩余能量比例需保持一致以最大化儲能系統的功率輸出能力。分布式控制方案與典型的集中式控制方案不同的地方在于，前者實現了去中心化，每個儲能單元的獨立控制器在通信網絡之間傳遞局部信息，從而實現獨立控制。

現有飛輪儲能系統的控制方法(飛輪儲能系統,CN111541336A)多針對由單個飛輪構成的飛輪儲能系統，因此無法用于本發明所涉及的由多個飛輪構成的飛輪儲能系統。文獻(H.Cai,Power Tracking and State-of-Energy Balancing of an Energy StorageSystem by Distributed Control,IEEE Access,vol.8,pp.170261-170270,2020.)考慮了由多個儲能單元構成的儲能系統，但其儲能單元的模型為簡化的一階積分器模型，因此也無法直接用于本發明所涉及的飛輪儲能系統。針對本發明所涉及的由多個飛輪構成的飛輪儲能系統，目前尚未有可行的分布式控制方案可以實現功率跟蹤與荷能平衡的雙目標控制。

發明內容

本發明考慮基于飛輪動態模型的儲能系統的分布式雙目標控制方法，即一方面儲能系統的整體功率輸出應該滿足指定的參考功率，另一方面所有儲能單元的荷能狀態實現平衡。

本發明至少通過如下技術方案之一實現。

一種飛輪儲能系統的荷能平衡控制方法，包括以下步驟：

S1.確定飛輪儲能單元的動態模型；