基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于電池儲(chǔ)能的近海可再生能源綜合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法。本發(fā)明采用電池儲(chǔ)能對(duì)由近海風(fēng)電、波浪能發(fā)電和潮流能發(fā)電組成的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率進(jìn)行平滑?？紤]電池的荷電狀態(tài)，提出了在防止電池過充過放的同時(shí)盡可能保持系統(tǒng)輸出功率平穩(wěn)的協(xié)調(diào)控制方法。當(dāng)荷電狀態(tài)維持在正常水平時(shí)，通過電池充放電控制平抑功率波動(dòng)；當(dāng)電池過充電時(shí)，通過風(fēng)機(jī)和潮流能機(jī)組的超速-變槳距控制，降低發(fā)電機(jī)側(cè)輸出功率，抑制電池過充；當(dāng)電池過放電時(shí)，通過降低電網(wǎng)側(cè)輸出功率設(shè)定值使其恢復(fù)到正常狀態(tài)。本發(fā)明既能夠提高綜合發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量，又可以有效延長(zhǎng)電池使用壽命從而節(jié)省運(yùn)行成本。
【專利說明】基于電池儲(chǔ)能的近海可再生能源綜合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可再生能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及了基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)融合了近海風(fēng)電、波浪能發(fā)電和潮流能發(fā)電，其輸出功率具有較大的隨機(jī)波動(dòng)特性。因此，如何平抑綜合發(fā)電系統(tǒng)輸出功率波動(dòng)，成為綜合發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的重要問題。儲(chǔ)能作為解決大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電網(wǎng)的一種有效技術(shù)而備受關(guān)注。儲(chǔ)能設(shè)備多種多樣，其中電池儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)，工程應(yīng)用技術(shù)最成熟。然而，對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)而言，電池儲(chǔ)能的容量是預(yù)先配置好的。在實(shí)際情況中，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際功率波動(dòng)可能會(huì)超過電池的最大調(diào)節(jié)范圍，從而一方面導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)不能正常工作，另一方面導(dǎo)致電池的頻繁過充電過放電從而縮短電池使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法，從而提高綜合發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量，有效延長(zhǎng)電池使用壽命，節(jié)省運(yùn)行成本。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法，應(yīng)用于包括風(fēng)力發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置和潮流能發(fā)電裝置的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)電池的荷電狀態(tài)將控制策略分為三種控制模式:當(dāng)荷電狀態(tài)在0.2?0.8之間時(shí)，觸發(fā)正?？刂颇Ｊ?；當(dāng)荷電狀態(tài)大于0.8時(shí)，觸發(fā)電池過充控制模式；當(dāng)荷電狀態(tài)小于0.2時(shí)觸發(fā)電池過放控制模式；在觸發(fā)正常控制模式時(shí)，綜合發(fā)電系統(tǒng)的3個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)控制器的目標(biāo)是功率最大跟蹤控制；電網(wǎng)側(cè)控制器的目標(biāo)是維持電網(wǎng)側(cè)輸出功率平穩(wěn)；電池儲(chǔ)能控制器的目標(biāo)是維持直流電容電壓恒定；在觸發(fā)電池過充控制模式時(shí)，綜合發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)電機(jī)組和潮流能機(jī)組的發(fā)電機(jī)側(cè)控制器通過超速-變槳距控制實(shí)現(xiàn)功率減載，使電池恢復(fù)到正常工作狀態(tài)；在觸發(fā)電池過放控制模式時(shí)，通過減小綜合發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)控制器的功率設(shè)定值使電池恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，電網(wǎng)側(cè)控制器功率設(shè)定值的減小量由當(dāng)前荷電狀態(tài)與最小荷電狀態(tài)的差值經(jīng)過比例積分控制器后給定。
[0006]其中，上述的超速-變槳距控制在實(shí)施時(shí)優(yōu)先啟用超速法，當(dāng)超速法無法滿足減載需求時(shí)再啟用變槳距法，其步驟如下:
[0007]步驟1:根據(jù)如下公式計(jì)算綜合發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)功率減載量:
[0008]AP(k) = 2.Pg ref (k-1 )-2.[Pwind (k_l)+Pwave (k_l)+Ptidal (k_l)]
[0009]其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，AP(k)為功率減載量，Pg ref (k-Ι)為上一個(gè)采樣時(shí)刻電網(wǎng)側(cè)控制器的功率設(shè)定值，Pwind (k-1)、Pwave (k-ι)、Ptidal (k-1)分別為上一個(gè)采樣時(shí)刻風(fēng)力發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置以及潮流能發(fā)電裝置機(jī)側(cè)功率值；
[0010]步驟2:根據(jù)功率特性曲線，分別計(jì)算風(fēng)機(jī)和潮流能機(jī)組有功功率減載ΔP(k)所對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ωrwind-max和ωrtidal（k）
[0011]步驟3:將ωrwind(k)和ωrtidal_d (k)與風(fēng)機(jī)和潮流能機(jī)組對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速ωrwind(k)
max r相比較ωtidal_max得到:
Δ ωwind(k)=ωrwind(k)-max-ωrtidal_d (k[0013]Δ ω tidal (k) — ω rtidai—max_ ω rtidai—d (k);
[0014]步驟4:若Δ cowind (k)和Λ cotidal (k)都大于0，則僅對(duì)兩者中值較大的發(fā)電機(jī)組實(shí)施超速控制，使其減載APGO ；
[0015]步驟5:若Δ ω wind (k)和Δ ω tidal (k)中一個(gè)大于O,另外一個(gè)小于O,則對(duì)大于O的發(fā)電機(jī)組實(shí)施超速控制，使其減載APGO ；
[0016]步驟6:若Λ COwindQO和Λ ?tidal (k)均小于0，則根據(jù)功率特性曲線計(jì)算風(fēng)機(jī)和潮流機(jī)組超速到最大轉(zhuǎn)速


Orwind—max、^ rtidal_max
時(shí)能夠減載的最大功率Apwindmax(k)、
A Ptidalmax (k);
[0017]步驟7:若Δ Pwindmax (k) + Δ Ptidalmax (k) >= Δ P (k),則對(duì)風(fēng)機(jī)和潮流能機(jī)組均實(shí)施超速控制，使兩者超速減載的總功率為APGO ；
[0018]步驟8:若Λ Pwindmax (k) + Δ Ptidalmax (k) < ΔΡ (k)，此時(shí)超速控制無法滿足減載需求，則風(fēng)機(jī)超速減載Λ Pwindfflax (k)，潮流能機(jī)組超速減載Λ Ptidalmax (k)，并通過槳距角控制減載剩余的功率 Δ P (k) - Δ Pwindmax (k) - Δ Ptidalmax (k)。
[0019]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0020]本發(fā)明在利用電池儲(chǔ)能平抑近?？稍偕茉淳C合發(fā)電裝置輸出功率波動(dòng)的前提下，考慮電池的荷電狀態(tài)，在防止電池過充過放的同時(shí)盡可能保持系統(tǒng)輸出功率平穩(wěn)。一方面能夠提高綜合發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量，提高含近?？稍偕茉淳C合發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行性能；另一方面有效延長(zhǎng)電池使用壽命從而節(jié)省運(yùn)行成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制框圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的綜合發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)控制器框圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的電池儲(chǔ)能控制器框圖。
[0024]圖4為直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一功率特性曲線圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的電池過放控制模式時(shí)電網(wǎng)側(cè)控制器功率設(shè)定值控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]如圖1所示的本發(fā)明的基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制框圖，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電裝置、直驅(qū)式阿基米德波浪能發(fā)電裝置、直驅(qū)永磁潮流能發(fā)電裝置分別通過三個(gè)整流器并聯(lián)至綜合發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部直流母線，直流母線通過海底電纜連接至岸上的逆變器，最后經(jīng)升壓變壓器并入電網(wǎng)。電池儲(chǔ)能通過直流-直流變換器連接到綜合發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部直流母線以平抑功率波動(dòng)。系統(tǒng)的控制器包含三個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)控制器、一個(gè)電網(wǎng)側(cè)控制器以及一個(gè)電池儲(chǔ)能控制器組成，這些控制器均采用解耦控制策略。
[0028]根據(jù)電池的荷電狀態(tài)將綜合發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略分為三種控制模式:
[0029]1、當(dāng)荷電狀態(tài)在0.2~0.8之間時(shí)，觸發(fā)正常控制模式。此時(shí)，綜合發(fā)電系統(tǒng)的3個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)控制器的目標(biāo)是功率最大跟蹤控制；如圖2所示的本發(fā)明的綜合發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)控制器框圖，其控制目標(biāo)是維持電網(wǎng)側(cè)輸出功率平穩(wěn)以及維持網(wǎng)側(cè)端口電壓恒定。在圖2中，Vl ref是端電壓的參考值，通常設(shè)為Ipu ；Vl為端電壓；iqg 為電網(wǎng)側(cè)逆變器q軸電流的參考值iqg—μ ;iqg為實(shí)際電網(wǎng)側(cè)逆變器q軸電流；Pg為電網(wǎng)側(cè)逆變器交流端的實(shí)際有功功率，Pg—%為電網(wǎng)側(cè)功率參考值山g—μ為電網(wǎng)側(cè)逆變器d軸電流的參考值idg ；idg為實(shí)際電網(wǎng)側(cè)逆變器d軸電流；Udg、Uqg分別為電網(wǎng)側(cè)逆變器d軸和q軸的電壓；X。為電網(wǎng)側(cè)升壓變壓器電抗。電網(wǎng)側(cè)功率參考值Pg—由以下公式確定:
[0030]
【權(quán)利要求】
1.基于電池儲(chǔ)能的近?？稍偕茉淳C合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法，應(yīng)用于包括風(fēng)力發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置和潮流能發(fā)電裝置的近海可再生能源綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)電池的荷電狀態(tài)將控制策略分為三種控制模式:當(dāng)荷電狀態(tài)在0.2~0.8之間時(shí)，觸發(fā)正?？刂颇Ｊ?；當(dāng)荷電狀態(tài)大于0.8時(shí)，觸發(fā)電池過充控制模式；當(dāng)荷電狀態(tài)小于0.2時(shí)觸發(fā)電池過放控制模式；在觸發(fā)正?？刂颇Ｊ綍r(shí)，綜合發(fā)電系統(tǒng)的3個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)控制器的目標(biāo)是功率最大跟蹤控制；電網(wǎng)側(cè)控制器的目標(biāo)是維持電網(wǎng)側(cè)輸出功率平穩(wěn)；電池儲(chǔ)能控制器的目標(biāo)是維持直流電容電壓恒定；在觸發(fā)電池過充控制模式時(shí)，綜合發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)電機(jī)組和潮流能機(jī)組的發(fā)電機(jī)側(cè)控制器通過超速-變槳距控制實(shí)現(xiàn)功率減載，使電池恢復(fù)到正常工作狀態(tài)；在觸發(fā)電池過放控制模式時(shí)，通過減小綜合發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)控制器的功率設(shè)定值使電池恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，電網(wǎng)側(cè)控制器功率設(shè)定值的減小量由當(dāng)前荷電狀態(tài)與最小荷電狀態(tài)的差值經(jīng)過比例積分控制器后給定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電池儲(chǔ)能的近海可再生能源綜合發(fā)電協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:所述的超速-變槳距控制在實(shí)施時(shí)優(yōu)先啟用超速控制，當(dāng)超速控制無法滿足減載需求時(shí)再啟用變槳距控制，其步驟如下: 步驟1:根據(jù)如下公式計(jì)算綜合發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)功率減載量:
AP(k) = 2.Pg ref (k-l)-2.[Pwind (k-1)+Pwave (k-1)+Ptidal (k-1)] 其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，AP(k)為功率減載量，Pg ref (k-1)為上一個(gè)采樣時(shí)刻電網(wǎng)側(cè)控制器的功率設(shè)定值，Pwind(k-1)、Pwave(k-1)、Ptidal (k-1)分別為上一個(gè)采樣時(shí)刻風(fēng)力發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置以及潮流能發(fā)電裝置機(jī)側(cè)功率值； 步驟2:根據(jù)功率特性曲線，分別計(jì)算風(fēng)機(jī)和潮流能機(jī)組有功功率減載AP(k)所對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103746403SQ201310753974
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】秦川, 鞠平, 王荃荃, 吳峰, 管維亞 申請(qǐng)人:河海大學(xué)