專利名稱：基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于解決風(fēng)電場功率輸出波動(dòng)和降低電池容量的控制方法及系統(tǒng)，屬于改善風(fēng)電場電能質(zhì)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于風(fēng)電受自然氣象條件的影響較大，所以風(fēng)力發(fā)電場(也即風(fēng)電場)的功率輸出波動(dòng)很大，因此可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率、電壓的偏差和穩(wěn)定問題，同時(shí)增大了電力系統(tǒng)調(diào)度、 儲(chǔ)備和電能質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)控制的難度。為了減輕由風(fēng)電功率波動(dòng)給電力系統(tǒng)帶來的影響，儲(chǔ)能系統(tǒng)期望被廣泛應(yīng)用于風(fēng)電場中，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量太大會(huì)增加風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的成本，因此根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)法減少儲(chǔ)存容量對風(fēng)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。有鑒于此，本發(fā)明人針對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電場和蓄電池組成的系統(tǒng)中蓄電池的控制方式及原理進(jìn)行深入研究，并經(jīng)多次改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對前述背景技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制方法及系統(tǒng)，其可降低功率波動(dòng)及電池容量，提高電能質(zhì)量。本發(fā)明為解決以上技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是—種基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析器、控制模塊、蓄電池、風(fēng)電場和斷路器，其中，數(shù)據(jù)采集器采集風(fēng)電場輸出的有功功率和蓄電池的荷電狀態(tài)，并將結(jié)果分別送入風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析器； 風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時(shí)間段的實(shí)際數(shù)據(jù)及預(yù)測值對當(dāng)前時(shí)段進(jìn)行預(yù)測，并將結(jié)果送入數(shù)據(jù)分析器；數(shù)據(jù)分析器的輸出端連接控制模塊，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，并根據(jù)比較結(jié)果向控制模塊輸出控制指令；控制模塊的輸出端連接斷路器，而斷路器連接在蓄電池與電網(wǎng)之間，控制模塊根據(jù)接收到的指令控制斷路器的通斷。一種基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制方法，包括如下步驟(1)采集風(fēng)電場輸出的有功功率Pg和蓄電池的荷電狀態(tài)SOC ；(2)檢測蓄電池的充滿狀態(tài)SOCtmax和最大放電深度狀態(tài)SOCtmin，并判斷SOC是否處于SOCtmax和SOCtmin之間，若是，則保持蓄電池的當(dāng)前工作狀態(tài)不變，否則將斷開蓄電池與電網(wǎng)的連接，控制蓄電池退出運(yùn)行；(3)在0 、時(shí)間段內(nèi)，風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)利用風(fēng)電場在前一時(shí)間段的實(shí)際功率和功率預(yù)測值對0 、時(shí)間段進(jìn)行功率預(yù)測得到風(fēng)功率預(yù)測值Ptl，并根據(jù)平滑度要求β計(jì)算得到功率平滑上限值Ptlmax和功率平滑下限值Ptlmin ；(4)判斷風(fēng)電場的輸出功率Pg是否在Ptlmax與Ptlmin之間，當(dāng)Pg彡P(guān)tlmax時(shí)，將蓄電池投入運(yùn)行并處于充電狀態(tài)，然后進(jìn)一步判斷蓄電池的實(shí)際荷電狀態(tài)SOC與SOCtmax的大小關(guān)系，當(dāng)SOC達(dá)到SOCtmax時(shí)，擴(kuò)充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；當(dāng)Pg彡P(guān)tlmin時(shí)，將蓄電池投入運(yùn)行并處于放電狀態(tài)，然后進(jìn)一步判斷蓄電池的荷電狀態(tài)SOC與SOCtmin的大小關(guān)系，當(dāng)SOC降到SOCtmin時(shí)，擴(kuò)充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；(5)到達(dá)、時(shí)刻后，循環(huán)到步驟(1)。采用上述方案后，本發(fā)明首先從風(fēng)電場和蓄電池組成的系統(tǒng)出發(fā)，對該系統(tǒng)輸出的有功功率和蓄電池的剩余容量進(jìn)行分析，利用預(yù)測法得到各時(shí)間段的預(yù)測功率，再根據(jù)得到的預(yù)測功率提出對蓄電池的運(yùn)行狀況進(jìn)行控制的指令，以達(dá)到平滑風(fēng)電場的功率波動(dòng)、降低蓄電池容量以及提高電能質(zhì)量的目的；其次，采用PWM控制技術(shù)控制由全控型功率開關(guān)器件IGBT組成的三相橋式電路，從而提高了功率因數(shù)。


圖1為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中AC/DC變流器的控制結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中DC/DC變流器的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中DC/DC變流器的控制框圖；圖5為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中風(fēng)電場發(fā)出的有功功率和預(yù)測功率；圖6為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中風(fēng)電場經(jīng)蓄電池功率平滑控制后得到的有功功率；圖7為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中，風(fēng)電場 48小時(shí)實(shí)際發(fā)出的有功功率；圖8為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風(fēng)功率預(yù)測法，預(yù)測時(shí)間周期為4小時(shí)，平滑度β =20%時(shí)，風(fēng)電場經(jīng)蓄電池功率平滑控制后得到的有功功率；圖9為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風(fēng)功率預(yù)測法，預(yù)測時(shí)間周期為4小時(shí)，平滑度β =20%時(shí)，蓄電池的荷電狀態(tài)SOC的變化曲線.
一入 ，圖10為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風(fēng)功率預(yù)測法，預(yù)測時(shí)間周期為2小時(shí)，平滑度β =20%時(shí)，風(fēng)電場經(jīng)蓄電池功率平滑控制后得到的有功功率；圖11為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風(fēng)功率預(yù)測法，預(yù)測時(shí)間周期為2小時(shí)，平滑度β =20%時(shí)，蓄電池的荷電狀態(tài)SOC的變化曲線；圖12為本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑風(fēng)電場功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)中，通過仿真計(jì)算得到的預(yù)測時(shí)間周期與電池容量的關(guān)系曲線。圖中1為數(shù)據(jù)采集器；2為風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)；3為數(shù)據(jù)分析器；4為控制模塊；5為蓄電池；6為DC/DC變流器；7為AC/DC變流器；8為坐標(biāo)變換；9為風(fēng)電場；10為斷路器；11 為電網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體內(nèi)容和有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明。配合圖1所示，是本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包括數(shù)據(jù)采集器1、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)分析器3、控制模塊4、蓄電池5、風(fēng)電場9 和斷路器10，其中，數(shù)據(jù)采集器1用于采集風(fēng)電場9輸出的有功功率和蓄電池5的荷電狀態(tài)，并將結(jié)果分別送入風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析器3 ；風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)2根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時(shí)間段的實(shí)際數(shù)據(jù)及預(yù)測值對當(dāng)前時(shí)段進(jìn)行預(yù)測，并將結(jié)果送入數(shù)據(jù)分析器 3 ；數(shù)據(jù)分析器3的輸出端連接控制模塊4，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，并根據(jù)比較結(jié)果向控制模塊4輸出控制指令；控制模塊4的輸出端連接斷路器10，而斷路器10連接在蓄電池5與電網(wǎng)11之間，控制模塊4根據(jù)接收到的指令控制斷路器10的通斷，從而控制蓄電池5對電網(wǎng)11的供電情況。以下將結(jié)合圖示，對基于前述控制系統(tǒng)的控制方法的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。所述控制方法的步驟為(1)利用數(shù)據(jù)采集器1采集風(fēng)電場9輸出的有功功率Pg和蓄電池5的荷電狀態(tài) SOC (state of charge)，同時(shí)送入風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析器3 ；(2)檢測蓄電池5的充滿狀態(tài)SOCtmax和最大放電深度狀態(tài)SOCtmin，并由控制模塊4 判斷SOC是否處于SOCtmax和SOCtmin之間，若是，則保持蓄電池5的當(dāng)前工作狀態(tài)不變，否則將向斷路器10發(fā)出指令，斷開蓄電池5與電網(wǎng)11的連接，控制蓄電池5退出運(yùn)行；(3)在0 、時(shí)間段內(nèi)，風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)2利用風(fēng)電場9在前一時(shí)間段的實(shí)際功率和功率預(yù)測值對0 、時(shí)間段進(jìn)行功率預(yù)測得到風(fēng)功率預(yù)測值Ptl，并將預(yù)測值送入數(shù)據(jù)分析器3，由數(shù)據(jù)分析器3根據(jù)平滑度要求β計(jì)算得到功率平滑上限值Ptlmax和功率平滑下限值 Ptlmin，具體來說，設(shè) Ptl = 0. 5 (Ptlmax+Ptlmin)，則
權(quán)利要求
1.一種基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集器、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析器、控制模塊、蓄電池、風(fēng)電場和斷路器，其中，數(shù)據(jù)采集器采集風(fēng)電場輸出的有功功率和蓄電池的荷電狀態(tài)，并將結(jié)果分別送入風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析器；風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時(shí)間段的實(shí)際數(shù)據(jù)及預(yù)測值對當(dāng)前時(shí)段進(jìn)行預(yù)測，并將結(jié)果送入數(shù)據(jù)分析器；數(shù)據(jù)分析器的輸出端連接控制模塊，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，并根據(jù)比較結(jié)果向控制模塊輸出控制指令；控制模塊的輸出端連接斷路器，而斷路器連接在蓄電池與電網(wǎng)之間，控制模塊根據(jù)接收到的指令控制斷路器的通斷。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)采集風(fēng)電場輸出的有功功率Pg和蓄電池的荷電狀態(tài)SOC；(2)檢測蓄電池的充滿狀態(tài)SOCtmax和最大放電深度狀態(tài)SOCtmin，并判斷SOC是否處于 SOCtmax和SOCtmin之間，若是，則保持蓄電池的當(dāng)前工作狀態(tài)不變，否則將斷開蓄電池與電網(wǎng)的連接，控制蓄電池退出運(yùn)行；(3)在0 、時(shí)間段內(nèi)，風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)利用風(fēng)電場在前一時(shí)間段的實(shí)際功率和功率預(yù)測值對0 、時(shí)間段進(jìn)行功率預(yù)測得到風(fēng)功率預(yù)測值Ptl，并根據(jù)平滑度要求β計(jì)算得到功率平滑上限值Ptlmax和功率平滑下限值Ptlmin ；(4)判斷風(fēng)電場的輸出功率Pg是否在Ptlmax與Ptlmin之間，當(dāng)Pg彡P(guān)tlmax時(shí)，將蓄電池投入運(yùn)行并處于充電狀態(tài)，然后進(jìn)一步判斷蓄電池的實(shí)際荷電狀態(tài)SOC與SOCtmax的大小關(guān)系， 當(dāng)SOC達(dá)到SOCtmax時(shí)，擴(kuò)充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；當(dāng)Pg < Ptlmin時(shí)，將蓄電池投入運(yùn)行并處于放電狀態(tài)，然后進(jìn)一步判斷蓄電池的荷電狀態(tài)SOC與SOCtmin的大小關(guān)系，當(dāng)SOC降到SOCtmin時(shí)，擴(kuò)充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；(5)到達(dá)、時(shí)刻后，循環(huán)到步驟(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于風(fēng)功率預(yù)測平滑功率波動(dòng)的蓄電池控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析器、控制模塊、蓄電池、風(fēng)電場和斷路器，數(shù)據(jù)采集器采集風(fēng)電場輸出的有功功率和蓄電池的荷電狀態(tài)，并將結(jié)果送入風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析器；風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時(shí)間段的實(shí)際數(shù)據(jù)及預(yù)測值對當(dāng)前時(shí)段進(jìn)行預(yù)測，并將結(jié)果送入數(shù)據(jù)分析器；數(shù)據(jù)分析器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，并根據(jù)比較結(jié)果向控制模塊輸出控制指令；控制模塊的輸出端連接斷路器，而斷路器連接在蓄電池與電網(wǎng)之間，控制模塊根據(jù)指令控制斷路器的通斷。此系統(tǒng)可降低功率波動(dòng)及電池容量，提高電能質(zhì)量。本發(fā)明還公開一種蓄電池控制方法。
文檔編號(hào)H02J3/28GK102368617SQ20111030838
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者何海平, 傅中興, 全銳, 潘文霞, 王鵬飛 申請人:河海大學(xué)