[發(fā)明專利]一種基于單元損耗均衡的飛輪儲能陣列一致性控制方法

有效

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• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113193578B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周念成;王強(qiáng)鋼;黃淼;田雨禾;王健;廖建權(quán);林天皓
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H02J3/30
• 分類號: H02J3/30;H02J15/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

本發(fā)明公開了一種基于單元損耗均衡的飛輪儲能陣列一致性控制方法。針對新能源出力的隨機(jī)性和不確定性，大規(guī)模新能源并入電網(wǎng)時造成的負(fù)面影響，通過飛輪儲能單元來改善大規(guī)模新能源并網(wǎng)的問題，然后對飛輪儲能單元損耗的研究，提出一種單元損耗均衡的飛輪儲能陣列一致性控制方法。該方法通過對飛輪儲能單元轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的比率一致性控制，以達(dá)到飛輪儲能單元的損耗均衡，從而延長飛輪儲能單元的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一致性控制策略，具體涉及一種飛輪單元損耗均衡技術(shù)以及飛輪儲能陣列控制方法，屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對能源消耗不斷增加，但環(huán)境污染和化石能源危機(jī)卻日益嚴(yán)峻。特別是在應(yīng)對全球氣候變化大背景下，聯(lián)合國氣候變化《巴黎協(xié)定》呼吁世界各國盡早實(shí)現(xiàn)“以新能源和可再生能源為主體的能源體系”。因此，為應(yīng)對經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與環(huán)境保護(hù)、能源短缺的突出矛盾，世界各國大力發(fā)展清潔新能源相關(guān)的工程。國內(nèi)也響應(yīng)世界的發(fā)展趨勢，大規(guī)模發(fā)展新能源和持續(xù)推進(jìn)電能替代工程。供應(yīng)側(cè)中新能源的占比不斷提升，而新能源主要分散在偏遠(yuǎn)地區(qū)，加上本地能源消納能力不足，且遠(yuǎn)距離傳輸能力有限。國家能源局指出，2018年國內(nèi)“棄風(fēng)”、“棄電”總量超過300億kWh。

針對大規(guī)模新能源并入電網(wǎng)時造成影響的問題，儲能技術(shù)是提升電力系統(tǒng)新能源消納能力的重要手段，具有保障用戶持續(xù)供電、電網(wǎng)高效運(yùn)行等作用。當(dāng)新能源發(fā)電產(chǎn)生的能量小于消耗的能量時，飛輪儲能陣列有助于系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)荷功率；新能源發(fā)電產(chǎn)生的能量大于消耗的能量時，多余的能量儲存飛輪儲能陣列中，在電網(wǎng)中接入飛輪儲能陣列，來平滑新能源發(fā)電產(chǎn)生的波動。基于不同儲能單元之間存在損耗不同的情況，如何提高飛輪儲能單元的壽命，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題，因此需要研究基于單元損耗均衡的飛輪儲能陣列一致性控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是基于不同飛輪儲能單元之間的損耗問題，提供一種基于單元損耗均衡的飛輪儲能陣列一致性控制方法，解決如何延長飛輪儲能單元的使用壽命問題。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于單元損耗均衡的飛輪儲能陣列一致性控制方法，飛輪儲能系統(tǒng)由n臺飛輪儲能單元組成，每臺飛輪儲能單元都與鄰近的一臺或多臺飛輪儲能單元進(jìn)行通信，所有飛輪儲能單元之間構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)層，每臺飛輪儲能單元都通過這個網(wǎng)絡(luò)層與其他單元交換信息，對飛輪儲能單元進(jìn)行相應(yīng)的控制；采用一致性算法進(jìn)行控制，其控制方法為：通過對轉(zhuǎn)速的控制來改變飛輪儲能單元的損耗；

由于飛輪儲能單元進(jìn)行充放電時，不同單元之間的損耗是不同的，因此需要對飛輪儲能單元的損耗進(jìn)行一致性控制，分析飛輪儲能陣列單元的有功損耗，即飛輪儲能單元的充放電損耗滿足以下算式：

P＝P_bearing+P_w+P_core+P_copper

式中，P表示飛輪儲能單元的充放電損耗，P_bearing表示軸承損耗，P_w表示風(fēng)阻損耗，P_core表示電機(jī)鐵損，P_copper表示電機(jī)銅損；

軸承損耗方程表達(dá)式為：

P_bearing＝(t_l+t_v)w

式中，t_l表示負(fù)載產(chǎn)生的扭矩，取決于負(fù)載的類型和軸承的設(shè)計(jì)；t_v表示粘性摩擦產(chǎn)生的扭矩，取決于所用潤滑劑的速度和性能；w表示飛輪的轉(zhuǎn)速；

風(fēng)阻損耗方程表達(dá)式為：

式中，p_air表示氣體壓力，a表示轉(zhuǎn)子的半徑，R表述氣體常數(shù)，T表示電磁轉(zhuǎn)矩；

電機(jī)鐵損方程表達(dá)式為：