適用于風(fēng)電機(jī)組的混合儲能系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] ；本發(fā)明設(shè)及一種適用于風(fēng)電機(jī)組單機(jī)的混合儲能系統(tǒng)，包括多種不同 類型的儲能裝置、用于儲能系統(tǒng)并網(wǎng)和功率控制的雙向變流器及其控制方法、W及滿足不 同應(yīng)用模式要求的儲能系統(tǒng)功率動態(tài)調(diào)節(jié)策略。
【背景技術(shù)】 [0002] ；由于風(fēng)電機(jī)組的輸出功率受風(fēng)速變化影響，風(fēng)速的隨機(jī)性、波動性等特 點給風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)帶來了一些困難。風(fēng)電機(jī)組并入電網(wǎng)主要影響包括W下幾個方面：
[0003] (1)由于風(fēng)速的變化導(dǎo)致風(fēng)機(jī)輸出功率出現(xiàn)大幅度變化，直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行 的穩(wěn)定性；
[0004] (2)當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生故障時，受低壓穿越能力限制將使風(fēng)場處于離網(wǎng)狀態(tài)，該就導(dǎo) 致電網(wǎng)運(yùn)行狀況惡化；
[000引 做風(fēng)電機(jī)組的功率受風(fēng)速變化的限制，輸出功率的預(yù)測有一定的難度，風(fēng)電機(jī)組 功率可調(diào)度性差；
[0006] (4)當(dāng)并網(wǎng)后的風(fēng)電場受到大幅度的擾動時，電網(wǎng)無法承受其擾動帶來的影響； 風(fēng)電接入電網(wǎng)后嚴(yán)重影響原有電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，該就對電網(wǎng)的容量提出更大的需求。
[0007] 而且目前大功率風(fēng)電機(jī)組屬于并網(wǎng)型機(jī)組，在電網(wǎng)故障時即便有充足的風(fēng)能，風(fēng) 電機(jī)組無法實現(xiàn)自啟動和孤島運(yùn)行，無法作為電網(wǎng)黑啟動電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引發(fā)明目的；本發(fā)明提供一種適用于風(fēng)電機(jī)組的混合儲能系統(tǒng)，其目的是解決W往 的方式所存在的問題。
[0009] 技術(shù)方案；本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0010] 一種適用于風(fēng)電機(jī)組的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括混合儲能裝置、儲 能雙向變流器、電網(wǎng)接入模塊和能量管理系統(tǒng)；混合儲能裝置通過儲能雙向變流器連接至 電網(wǎng)接入模塊，能量管理系統(tǒng)連接儲能雙向變流器。
[0011] 混合儲能裝置包括全饑液流電池和裡電池兩種，饑液流電池和裡電池采用DC/DC 變換裝置通過直流母線鏈接，并一起接入儲能雙向變流器，DC/DC變換裝置與能量管理系統(tǒng) 連接。
[0012] 儲能雙向變流器采用雙環(huán)控制器，內(nèi)環(huán)為儲能系統(tǒng)電流環(huán)，外環(huán)為混合儲能直流 電壓環(huán)，混合儲能系統(tǒng)電流環(huán)采用模糊PID控制器，電壓環(huán)控制器輸出電流Td與反饋值id 做比較作為模糊PID控制器的輸入；
[001引前饋模糊自適應(yīng)PID控制方法為；引入d軸、q軸電壓禪合項，使?fàn)顟B(tài)方程解禪，采 用開環(huán)控制方式補(bǔ)償可測量的擾動信號，然后把規(guī)則的條件用模糊集來表示，并將模糊控 制規(guī)則作為知識存入計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)不同的偏差、偏差變化率通過模糊推理在線 調(diào)整PID參數(shù)Kp、Ki、Kd，實現(xiàn)對系統(tǒng)的靈活控制；
[0014] 模糊控制器的輸入變量是電流d-q軸分量及其變化率的模糊變量E和EC，本模糊 控制器為雙輸入單輸出，選取7個模糊語言變量為控制器的輸入變量，也就是負(fù)大NB、負(fù)中 醒、負(fù)小NS、零ZE、正小PS、正中PM、正大PB。選取模糊變量E的論域為[-6,6]，實際范圍 為[-24,24]。在實現(xiàn)模糊控制的過程中，選用=角隸屬度函數(shù)表征模糊變量的隸屬關(guān)系； [0015] 當(dāng)E較大時，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的Kp，但為了避免由于初始時的 誤差瞬間變大可能出現(xiàn)的微分飽和而使控制作用溢出許可的范圍，應(yīng)取較小的Kd，同時避 免出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，一般取Ki為0;
[001引當(dāng)偏差E處于中等大小時，Kp應(yīng)取值小些，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)具有較小的超調(diào)量， 同時Ki的取值要恰當(dāng)。在該種情況下，為保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，此時Kd的取值要適中；
[0017] 當(dāng)偏差E較小即接近設(shè)定值時，此時要增大Kp、Ki的取值而使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定 性，同時應(yīng)增加系統(tǒng)的抗干擾性能W避免在系統(tǒng)的設(shè)定值附近出現(xiàn)大幅度的震蕩。當(dāng)EC較 小時，Kd取值增加，當(dāng)EC較大時，KD取值減?。?br>[0018] 混合儲能系統(tǒng)的實時有功和無功功率由能量管理模塊進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，根據(jù)工作模 式的不同決定混合儲能系統(tǒng)總的功率，并通過DC/DC調(diào)節(jié)電池側(cè)直流電壓實現(xiàn)功率的分 配，功率分配的過程實現(xiàn)饑液流電池S0C(荷電狀態(tài)）調(diào)節(jié)。
[0019] 保證混合儲能系統(tǒng)總功率滿足應(yīng)用要求的前提下通過兩種電池功率分配采用滑 模變結(jié)構(gòu)控制器調(diào)節(jié)饑液流電池的S0C;
[0020] 為了避免饑液流電池系統(tǒng)的電池飽和和放電能力不足，滑模變結(jié)構(gòu)S0C調(diào)節(jié)控制 器在設(shè)計滑動面時，讓S0C處在0. 2-0. 8之間，該樣就把電池的實際狀況直接考慮在控制器 的設(shè)計中，該樣可W在基本不影響補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組出口的功率的基礎(chǔ)上，延長電池的實用壽 命，直接帶來經(jīng)濟(jì)價值；
[0021] 滑模控制器的輸入為注入電網(wǎng)功率實際值及其參考值之差為：
[0022] 坤=P-P*
[0023] 系統(tǒng)的滑動面方程為；
[0024]
【主權(quán)項】
1. 一種適用于風(fēng)電機(jī)組的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括混合儲能裝置、儲 能雙向變流器、電網(wǎng)接入模塊和能量管理系統(tǒng)；混合儲能裝置通過儲能雙向變流器連接至 電網(wǎng)接入模塊，能量管理系統(tǒng)連接儲能雙向變流器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于風(fēng)電機(jī)組的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于：混合儲能裝 置包括全釩液流電池和鋰電池兩種，釩液流電池和鋰電池采用DC/DC變換裝置通過直流母 線鏈接，并一起接入儲能雙向變流器，DC/DC變換裝置與能量管理系統(tǒng)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的于風(fēng)電機(jī)組的混合儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：儲能 雙向變流器采用雙環(huán)控制器，內(nèi)環(huán)為儲能系統(tǒng)電流環(huán)，外環(huán)為混合儲能直流電壓環(huán)，混合儲 能系統(tǒng)電流環(huán)采用模糊PID控制器，電壓環(huán)控制器輸出電流i #d與反饋值i d做比較作為模 糊PID控制器的輸入； 前饋模糊自適應(yīng)PID控制方法為：引入d軸、q軸電壓耦合項，使?fàn)顟B(tài)方程解耦，采用開 環(huán)控制方式補(bǔ)償可測量的擾動信號，然后把規(guī)則的條件用模糊集來表示，并將模糊控制規(guī) 則作為知識存入計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)不同的偏差、偏差變化率通過模糊推理在線調(diào)整 PID參數(shù)KP、Kp KD，實現(xiàn)對系統(tǒng)的靈活控制； 模糊控制器的輸入變量是電流d-q軸分量及其變化率的模糊變量E和EC，本模糊控制 器為雙輸入單輸出，選取7個模糊語言變量為控制器的輸入變量，也就是負(fù)大NB、負(fù)中匪、 負(fù)小NS、零ZE、正小PS、正中PM、正大PB ;選取模糊變量E的論域為[-6, 6]，實際范圍為 [-24, 24];在實現(xiàn)模糊控制的過程中，選用三角隸屬度函數(shù)表征模糊變量的隸屬關(guān)系； 當(dāng)E較大時，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的KP，但為了避免由于初始時的誤差 瞬間變大可能出現(xiàn)的微分飽和而使控制作用溢出許可的范圍，應(yīng)取較小的KD，同時避免出 現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，一般取1為O ; 當(dāng)偏差E處于中等大小時，Kp應(yīng)取值小些，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)具有較小的超調(diào)量，同時 1的取值要恰當(dāng)；在這種情況下，為保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，此時K D的取值要適中； 當(dāng)偏差E較小即接近設(shè)定值時，此時要增大KP、&的取值而使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，