[發(fā)明專利]一種用于飛輪陣列系統(tǒng)充放能的智能控制方法

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• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115313668A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王繼平;魏路;張華良;陳海生;徐玉杰;胡東旭;張志來;徐鮑;沈昊天
• 申請（專利權(quán)）人: 中科南京未來能源系統(tǒng)研究院;中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J3/30;H02J1/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 姚建楠

本發(fā)明公開了一種用于飛輪陣列系統(tǒng)充放能的智能控制方法，以解決飛輪陣列系統(tǒng)的充能放能如何兼顧實現(xiàn)能量最優(yōu)化分配與減小能源損耗的問題。它創(chuàng)造性地提出能量分配與能量損失的最優(yōu)解算方式，并以此創(chuàng)新點為基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)融合到每一個飛輪電機的PID控制中，提高了整個系統(tǒng)控制的快速性、穩(wěn)定性及魯棒性。同時本發(fā)明充分考慮到陣列系統(tǒng)中每個飛輪的不確定性，更具有實際操作與實際應(yīng)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能控制領(lǐng)域，具體涉及了飛輪陣列系統(tǒng)的智能控制技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著人們對能源環(huán)境問題的日益重視，風(fēng)力和光伏發(fā)電等可再生能源得到了廣泛應(yīng)用。但這些再生能源具有間歇性，若大規(guī)模接入電網(wǎng)，會引起系統(tǒng)供需不平衡，影響電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性及電能質(zhì)量等。采用大容量儲能裝置，可以實現(xiàn)發(fā)電側(cè)與需求側(cè)的解耦，確保系統(tǒng)供需平衡。而飛輪儲能將能量以機械能的形式儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子中，由于其具有高功率密度和能量密度、無環(huán)境污染、轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、運行溫度范圍廣、充放電次數(shù)無限制等特點，已在多個行業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

為了獲得更大的儲能量、更高的功率及更長的后備時間，可以研制大容量的飛輪儲能單元，也可以將多臺模塊化的飛輪儲能單元并聯(lián)組成飛輪陣列儲能系統(tǒng)。然而，單臺大容量的飛輪儲能單元不僅會帶來成本的大幅度提高，而且還可能受到技術(shù)條件的限制，如飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速太高時將會發(fā)生碎裂。相比較而言，飛輪陣列儲能系統(tǒng)不僅能降低成本，而且大大簡化了研發(fā)過程，是獲得大容量、高功率儲能更好的解決方案。國內(nèi)外針對飛輪陣列儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略研究均比較少。如陣列的容量優(yōu)化設(shè)計、陣列的協(xié)調(diào)控制策略險有涉及。因而沒有一套完整的陣列系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)控制的方案與算法，所以工程實際上不能解決飛輪陣列系統(tǒng)充能和放能所需的同時滿足能量優(yōu)化分配與降低能量損失的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種用于飛輪陣列系統(tǒng)充放能的智能控制方法，以解決飛輪陣列系統(tǒng)的充能放能如何兼顧實現(xiàn)能量最優(yōu)化分配與減小能源損耗的問題。

一種用于飛輪陣列系統(tǒng)充放能的智能控制方法，包括如下步驟：

(1)獲取每個飛輪當(dāng)前的存儲能量數(shù)值與當(dāng)前轉(zhuǎn)速值的關(guān)系曲線，以子函數(shù)形式編寫于控制器中，待調(diào)用；

(2)飛輪陣列系統(tǒng)通過收集飛輪不工作時的數(shù)據(jù)并存儲于控制器中，擬合得到每個飛輪在滿額狀態(tài)到停止轉(zhuǎn)動的儲能數(shù)值隨時間變化函數(shù)，并生成每個飛輪在無工作狀態(tài)下的自由放能函數(shù)并存儲于控制器，待調(diào)用；

(3)控制器檢測到n個飛輪的當(dāng)前剩余容量值，當(dāng)系統(tǒng)處于充能狀態(tài)，剔除滿額儲能狀態(tài)的飛輪；當(dāng)系統(tǒng)處于放能狀態(tài)，剔除停止?fàn)顟B(tài)的飛輪，將剩下的m個飛輪當(dāng)前存儲能量值以數(shù)組變量形式存儲于CPU中；

(4)通過自由放能函數(shù)與已測得的當(dāng)前存儲能量數(shù)組值計算，得到m個飛輪自由失能的時間點，由此反推飛輪的失能狀態(tài)，即自由失能的快慢，將每個飛輪的失能狀態(tài)值與其所對應(yīng)飛輪的能量值以數(shù)組變量形式分別存儲于CPU中；

(5)將飛輪陣列系統(tǒng)調(diào)度指令值與飛輪的可充放電能量總值作比較，若系統(tǒng)處在充能狀態(tài)，當(dāng)指令值小于步驟(3)所述數(shù)組中最小值所對應(yīng)的飛輪可充能量值，則不作能量分配，用此飛輪單獨進行充能；當(dāng)指令值大于步驟(3)所述數(shù)組中元素值之和，亦不作能量分配，系統(tǒng)對所有飛輪以最大充電功率進行充能；若系統(tǒng)處在放能狀態(tài)，當(dāng)指令值小于步驟(3)所述數(shù)組中最大值所對應(yīng)的飛輪可充能量值，則不作能量分配，用此飛輪單獨進行放能；當(dāng)指令值大于步驟(3)所述數(shù)組中元素值之和，亦不作能量分配，系統(tǒng)執(zhí)行所有飛輪以最大放電功率對外釋放能量；

(6)若指令值不在步驟(5)所述所有狀態(tài)中，則將存儲于CPU中的步驟3所述數(shù)組和步驟(4)所述數(shù)組的元素分別帶入最優(yōu)解算函數(shù)中，該最優(yōu)解算函數(shù)由步驟(1)和(2)中存儲于控制器中的兩個函數(shù)重組得到，該重組函數(shù)兼顧能量的最優(yōu)分配與能量的損耗下降，得到新的數(shù)組，由此每個飛輪參考新數(shù)組的元素與元素數(shù)量，以不同功率或不同充放能量值進行重放能；