在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的實施例總體涉及風(fēng)力發(fā)電控制的技術(shù)領(lǐng)域，并且更特別地涉及一種在風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于儲能系統(tǒng)（ESS)的功率參考值的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在，風(fēng)能已經(jīng)由于是清潔的不可耗盡能源而吸引了越來越多的注意力，并且風(fēng) 電功率滲透率在全世界不斷地增加。然而，由于風(fēng)電功率具有諸如隨機(jī)波動、間歇性等特 性，大規(guī)模風(fēng)電功率的集成可能使電網(wǎng)穩(wěn)定性和功率質(zhì)量惡化。為了改善電能輸出的可控 性，通常以與風(fēng)力發(fā)電組合的方式使用儲能技術(shù)。例如，在許多應(yīng)用中，使用儲能系統(tǒng)（ESS) 來促進(jìn)風(fēng)電功率滿足電網(wǎng)規(guī)范要求。
[0003] 同時，已經(jīng)開發(fā)了用于ESS的許多控制策略。一個已知策略是基于基于模糊邏輯 的自適應(yīng)調(diào)節(jié)器（FLAR)，但是其歸屬函數(shù)難以選擇?；跒V波器的方法可以平滑風(fēng)電功率 輸出變化，但是其始終需要相對高的能量容量。將俯仰角控制與ESS兩者組合的方法能夠 提供整個系統(tǒng)的較高靈活性，但是其將由于不能再使用最大功率點(diǎn)跟蹤策略而降低風(fēng)力渦 輪機(jī)的效率。使用兩個并行電池儲能系統(tǒng)的雙電池儲能系統(tǒng)（BESS)策略可以將電池的充 電和放電過程解耦；然而，轉(zhuǎn)換時間的控制是要求非?？量痰摹４送?，某些其它優(yōu)化方法還 已在調(diào)度水平上提出建議。
[0004] 另外，在第CN102664422A號中國專利申請中，公開了一種用于平滑風(fēng)電場輸出的 方法，其通過使用風(fēng)電功率預(yù)測來修改風(fēng)電場輸出，并且使用改善的自適應(yīng)濾波方法來對 經(jīng)修改的風(fēng)電場輸出進(jìn)行濾波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本公開中，提供了一種用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于儲能系統(tǒng)（ESS)的功率 參考值的新解決方案，從而解決或至少部分地緩解現(xiàn)有技術(shù)中的問題的至少一部分。
[0006] 根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于儲能系統(tǒng)的輸出 功率參考值的方法。所述方法包括：對實際風(fēng)電功率輸出進(jìn)行濾波以獲得輸送到電網(wǎng)的期 望功率輸出；根據(jù)實際風(fēng)電功率輸出和輸送到電網(wǎng)的期望功率輸出來確定用于儲能系統(tǒng)的 輸出功率參考值；以及基于下一時間點(diǎn)的預(yù)測風(fēng)電功率輸出的變化來調(diào)整用于儲能系統(tǒng)的 輸出功率參考值。
[0007] 在本公開的實施例中，基于在下一時間點(diǎn)的預(yù)測風(fēng)電功率輸出的變化來調(diào)整用于 儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值可以包括以下各項中的任意一項：如果預(yù)測風(fēng)電功率輸出的增 加大于預(yù)定增加閾值，則增加用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值；以及如果預(yù)測風(fēng)電功率輸 出的減小大于預(yù)定減小閾值，則減小用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值。
[0008] 在本公開的另一實施例中，增加用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值還可以包括將用 于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值確定為在功率輸出變化率限制下的最大可允許總功率輸出 和在儲能系統(tǒng)輸出功率幅度限制下的最大可允許總功率輸出的最小值與實際風(fēng)電功率輸 出之間的差。
[0009] 在本公開的另一實施例中，減小用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值還可以包括將用 于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值確定為在功率輸出變化率限制下的最小可允許總功率輸出 和在儲能系統(tǒng)輸出功率幅度限制下的最小可允許總功率輸出的最大值與實際風(fēng)電功率輸 出之間的差。
[0010] 在本公開的另一實施例中，該方法還可以包括基于變化率限制來調(diào)整用于儲能系 統(tǒng)的輸出功率參考值。
[0011] 在本公開的另一實施例中，基于變化率限制來調(diào)整用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考 值還可以包括：如果檢測到負(fù)變化率越限，則將用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值確定為在 一分鐘功率輸出變化率限制下的最小可允許總功率輸出、在十分鐘功率輸出變化率限制下 的最小可允許總功率輸出和在儲能系統(tǒng)輸出功率幅度限制下的最小可允許總功率輸出的 最大值與實際風(fēng)電功率輸出之間的差。
[0012] 在本公開的另一實施例中，基于變化率限制來調(diào)整用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考 值還可以包括：如果檢測到正變化率越限，則將用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值確定為在 一分鐘功率輸出變化率限制下的最大可允許總功率輸出、在十分鐘功率輸出變化率限制下 的最大可允許總功率輸出和在儲能系統(tǒng)輸出功率幅度限制下的最大可允許總功率輸出的 最小值與實際風(fēng)電功率輸出之間的差。
[0013] 在本公開的另一實施例中，在調(diào)整用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值之前，用下式 所表示的功率值h(t)來修改用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值
[0014]
[0015] 其中，T表示用于對實際風(fēng)電功率輸出進(jìn)行濾波的濾波器時間常數(shù)，E(t)表示在 時間t處保留在儲能系統(tǒng)中的能量，Ebn表示儲能系統(tǒng)的額定容量，ml表示最小能量百分比 限制，a表示電池能量限制因數(shù)，并且P srt(t)表示輸送到電網(wǎng)的所獲得的期望功率輸出。
[0016] 在本公開的另一實施例中，該方法還可以包括將用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值 限制在儲能系統(tǒng)的輸出功率幅度限制內(nèi)。
[0017] 根據(jù)本公開的第二方面，還提供了一種用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于儲能系統(tǒng) 的輸出功率參考值的設(shè)備。該系統(tǒng)包括：功率輸出濾波單兀，其被配置成對實際風(fēng)電功率輸 出進(jìn)行濾波以獲得輸送到電網(wǎng)的期望功率輸出；功率參考值確定單元，其被配置成根據(jù)實 際風(fēng)電功率輸出和輸送到電網(wǎng)的期望功率輸出來確定用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值；以 及功率預(yù)測調(diào)整單元，其被配置成基于下一時間點(diǎn)的預(yù)測風(fēng)電功率輸出的變化來調(diào)整用于 儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值。
[0018] 根據(jù)本公開的第三方面，還提供了一種具有在其上面體現(xiàn)的計算機(jī)程序代碼的計 算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該計算機(jī)程序代碼被配置成在被執(zhí)行時使得設(shè)備執(zhí)行根據(jù)本公開的第 一方面的任何實施例所述的方法中的動作。
[0019] 根據(jù)本公開的第四方面，提供了包括根據(jù)本公開的第三方面的計算機(jī)可讀存儲介 質(zhì)的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
[0020] 在本公開的實施例中，在執(zhí)行任何調(diào)整之前，首先對實際風(fēng)電功率輸出進(jìn)行濾波 以獲得輸送到電網(wǎng)的期望功率輸出；基于實際風(fēng)電功率輸出和期望功率參考值輸出，確定 用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值；以及然后基于在下一時間點(diǎn)的預(yù)測風(fēng)電功率輸出的變化 來調(diào)整用于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值。在某些實施例中，還可以基于其它因素來調(diào)整用 于儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值。這樣，其可以提供用于平滑風(fēng)電場輸出波動并將功率變化 率限制在期望范圍內(nèi)的直接控制策略，其比現(xiàn)有策略更加切實可行，并且可以得到更好的 控制性能。
【附圖說明】
[0021] 通過參考附圖對如在描述中舉例說明的實施例的詳細(xì)說明，本公開的上述及其他 特征將變得更加顯而易見，遍及所述附圖，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示相同或類似的部件，并且在 所述附圖中：
[0022] 圖1示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于ESS 的輸出功率參考值的方法的流程圖；
[0023] 圖2示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的輸出功率濾波器單元的框圖；
[0024] 圖3示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的SOC反饋控制的框圖；
[0025] 圖4示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的風(fēng)電功率預(yù)測調(diào)整的流程圖；
[0026] 圖5示意性地圖示出根據(jù)本公開的另一實施例的用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用 于ESS的輸出功率參考值的方法的流程圖；
[0027] 圖6示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的變化率控制的流程圖；
[0028] 圖7示意性地圖示出根據(jù)本公開的特定實施方式的用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定 用于ESS的功率參考值的方法的流程圖；
[0029] 圖8示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于ESS 的功率參考值的設(shè)備的框圖；
[0030] 圖9示意性地圖示出根據(jù)本公開的特定實施方式的用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定 用于ESS的功率參考值的設(shè)備的框圖；
[0031] 圖10示意性地圖示出根據(jù)本公開的實施例的用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中確定用于 ESS的功率參考值的系統(tǒng)的框圖；
[0032] 圖IlA和圖IlB示意性地圖示出在具有和沒有本公開的提出解決方案的情況下被 輸送到電網(wǎng)的功率輸出的曲線；
[0033] 圖12示意性地圖示出在具有和沒有如在本公開中提出的SOC反饋控制的情況下 的電池能量的曲線；以及
[0034] 圖13示意性地圖示出可編程為專用計算機(jī)系統(tǒng)的通用計算機(jī)系統(tǒng)，其可表示在 本文中參考的任何計算設(shè)備。
【具體實施方式】
[0035] 下面將參考附圖通過實施例來詳細(xì)地描述在本公開中提供的解決方案。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識 到的是提出這些實施例僅僅是為了使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地理解和實現(xiàn)本公開， 并不意圖以任何方式限制本公開的范圍。
[0036] 總體而言，將根據(jù)其在技術(shù)領(lǐng)域中的普通意義來解釋在權(quán)利要求中使用的所有術(shù) 語，除非在本文中另外明確地定義。總體而言，"一 / 一個/該/所述【元件、設(shè)備、部件、裝 置、步驟等】"將被開放地解釋為涉及所述元件、設(shè)備、部件、裝置、單元、步驟等的至少一個 實例，不排除多個此類元件、部件、裝置、單元、步驟等，除非另外明確地說明。此外，如在本 文中所使用的不定冠詞"一 / 一個"不排除多個此類步驟、單元、模塊、設(shè)備以及對象等。
[0037] 接下來，將對圖1進(jìn)行參考以描述根據(jù)本公開的實施例的一種用于在風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)中確定用于ESS的功率參考值的方法。
[0038] 如圖1中所示，首先在步驟SlOl處，對實際風(fēng)電功率輸出進(jìn)行濾波以獲得被輸送 到電網(wǎng)的期望功率輸出。在此操作中，使用濾波器來平滑實際風(fēng)電輸出功率P w(t)中的分 鐘級風(fēng)電功率波動，從而獲得經(jīng)平滑的輸出功率，即Psrt (t)，用于從風(fēng)電場和ESS輸送到電 網(wǎng)的功率的期望值。濾波器可以是本領(lǐng)域中的任何已知濾波器，但是在本公開的實施例中， 使用一階低通濾波器，其圖僅僅出于舉例說明的目的在圖2中圖示出。通過拉普拉斯變換， 可用下式來表示來自濾波器的經(jīng)平滑的功率值
[0040] 其中，Pset(S)表示在S域中表示的輸送到電網(wǎng)的功率參考值輸出，并且Pw(S)表示 在s域中表示的