專利名稱：大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大容量風(fēng)電場(chǎng)用多級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能的功率優(yōu)化分配控制方法，具體包括全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)過(guò)程中對(duì)每級(jí)VRB組分配的平抑目標(biāo)功率給定值的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng),其輸出功率的波動(dòng)性和隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了影響，而儲(chǔ)能技術(shù)是解決這些問(wèn)題的有效手段之一，如在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)出口側(cè)安裝一定容量的儲(chǔ)能電站平滑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)，增強(qiáng)網(wǎng)-源互動(dòng)能力，一定程度上可減輕風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)主要有飛輪、超級(jí)電容、超導(dǎo)及電化學(xué)電池儲(chǔ)能等，而以電化學(xué)電池儲(chǔ)能技術(shù)最為成熟和經(jīng)濟(jì)。但是隨著風(fēng)電場(chǎng)容量的大幅增加，在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)過(guò)程中需要多級(jí)儲(chǔ)能裝置并聯(lián)運(yùn)行。全釩液流電池儲(chǔ)能以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重復(fù)重放電過(guò)程不會(huì)造成電池容量下降等優(yōu)勢(shì)正被逐步應(yīng)用，但在實(shí)際并聯(lián)的多級(jí)電池組運(yùn)行中，受溫度、自放電、電極材料相變等因素影響導(dǎo)致每級(jí)電池組的運(yùn)行工作狀態(tài)不同，造成荷電狀態(tài)值有所差異。若每級(jí)電池組分配的平抑目標(biāo)功率不當(dāng)將會(huì)造成電池多次不必要的充放電循環(huán)及過(guò)電壓現(xiàn)象的發(fā)生，可能會(huì)影響電池的使用壽命及安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而造成風(fēng)電功率平抑效能及儲(chǔ)能利用率降低。因此，為了提高大容量風(fēng)電場(chǎng)功率平抑的多級(jí)儲(chǔ)能安全可靠運(yùn)行能力，有必要研究考慮電池的自身充放電特性的多級(jí)儲(chǔ)能優(yōu)化功率分配控制策略。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大容量風(fēng)電場(chǎng)用多級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能的功率優(yōu)化分配控制方法，可以避免電池組多次不必要的充放電循環(huán)和充電電壓過(guò)高或放電電壓過(guò)低而造成電池?fù)p壞現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，包括以下步驟S1:檢測(cè)VRB電池組實(shí)際運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率信號(hào)Pwind ；S2 :通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率信號(hào)Pwind來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值信號(hào);S3 :判斷儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值信號(hào)豸#的大小，當(dāng)檢測(cè)到> 0時(shí)，將向電池組進(jìn)行充電；檢測(cè)<0時(shí)，電池組將進(jìn)行放電；S4 :實(shí)時(shí)檢測(cè)VRB電池組的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)S0C，并比較實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC值，選擇實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC值最小者作為最優(yōu)充電電池組，將實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC最大者作為最優(yōu)放電電池組，并將最優(yōu)充電電池組和最優(yōu)放電電池組設(shè)置為目標(biāo)電池組；S5 :計(jì)算最優(yōu)充電電池組的實(shí)時(shí)最大充電功率，計(jì)算最優(yōu)放電電池組的實(shí)時(shí)最大放電功率；
S6 :檢測(cè)VRB電池組的外部端電壓信號(hào)Ub，判斷目標(biāo)電池組的端電壓信號(hào)Ub與其充電電壓上限Uhigh的大小，目標(biāo)電池組的端電壓信號(hào)Ub與其放電電壓下限Ulow的大小，若Ub彡Uhigh,則以/^ef /yt等于充放電目標(biāo)功率給定值Pbx M對(duì)目標(biāo)電池組進(jìn)行恒功率充電，若Ub彡Ulow,則以/Ar等于充放電目標(biāo)功率給定值Pbx 對(duì)目標(biāo)電池組進(jìn)行恒功率放電，其中，k表示荷電狀態(tài)相同的優(yōu)先目標(biāo)電池組個(gè)數(shù)，同時(shí)，控制其它VRB組功率給定值為0，若判斷出Ub彡Uhigh，則以最優(yōu)充電電池組的最大充電功率
權(quán)利要求
1.大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于包括以下步驟51:檢測(cè)VRB電池組實(shí)際運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率信號(hào)Pwind ；52:通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率信號(hào)Pwind來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值信號(hào)尺;53:判斷儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值信號(hào)P的大小，當(dāng)檢測(cè)到O時(shí)，將向電池組進(jìn)行充電；檢測(cè)<0時(shí)，電池組將進(jìn)行放電；54:實(shí)時(shí)檢測(cè)VRB電池組的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)S0C，并比較實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC值， 選擇實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC值最小者作為最優(yōu)充電電池組，將實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC最大者作為最優(yōu)放電電池組，并將最優(yōu)充電電池組和最優(yōu)放電電池組設(shè)置為目標(biāo)電池組；55:計(jì)算最優(yōu)充電電池組的實(shí)時(shí)最大充電功率€^ha1.ge，計(jì)算最優(yōu)放電電池組的實(shí)時(shí)最大放電功率iC11Sdwge ;56:檢測(cè)VRB電池組的外部端電壓信號(hào)Ub，判斷目標(biāo)電池組的端電壓信號(hào)Ub與其充電電壓上限Uhigh的大小，目標(biāo)電池組的端電壓信號(hào)Ub與其放電電壓下限U1ot的大小，若Ub≤Uhigh,則以ii—ref/fe等于充放電目標(biāo)功率給定值Pbx 對(duì)目標(biāo)電池組進(jìn)行恒功率充電，若Ub≤Ulow,則以/丨；f/灸等于充放電目標(biāo)功率給定值Pbx μ對(duì)目標(biāo)電池組進(jìn)行恒功率放電，其中，k表示荷電狀態(tài)相同的最優(yōu)充電電池組個(gè)數(shù)，同時(shí)，控制除最優(yōu)電池組以外的其它級(jí)VRB電池組功率給定值為0，若判斷出Ub ^ Uhigh,則以最優(yōu)充電電池組的最大充電功率等于目標(biāo)功率給定值 PBx_ref進(jìn)行充電；若判斷出Ub ( Ultw，則以最優(yōu)放電電池組的最大放電功率等于目標(biāo)功率給定值PBx—M進(jìn)行放電；57:實(shí)時(shí)檢測(cè)的VRB電池組的荷電狀態(tài)信號(hào)SOC值，選擇實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC值最小者作為最優(yōu)充電電池組，將實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)信號(hào)SOC最大者作為最優(yōu)放電電池組，并將最優(yōu)充電電池組和最優(yōu)放電電池組設(shè)置為下一目標(biāo)電池組；確定下一目標(biāo)電池組承擔(dān)剩余的儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值為itref ^bx charge ;58:返回步驟S6，對(duì)下一目標(biāo)電池組進(jìn)行充電或放電功率分配；59:切換到下一級(jí)VRB電池組，在有限的VRB電池組范圍內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行步驟S4-S7。
2.如權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于還包括以下步驟SlO :判斷所有級(jí)VRB電池組是否全部工作，重復(fù)步驟S1-S9。
3.如權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于所述切換到下一級(jí)VRB電池組是通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)的S91 :將分配到各級(jí)VRB電池組的充放電目標(biāo)功率給定值Pb ,ef與每級(jí)VRB電池組的實(shí)際充放電功率Pb作差，其差值通過(guò)比例積分器得到電流給定信號(hào)在與各級(jí)電池側(cè)電感平均電流id乍差，其差值通過(guò)比例積分器得到電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后控制雙向DC/ DC變換器中IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制各級(jí)VRB電池組的充放電。
4.如權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于所述步驟S2中通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率信號(hào)Pwind來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值信號(hào)，是通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的將檢測(cè)到的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率信號(hào)Pwind經(jīng)過(guò)低通濾波器I (1+Ts)得到注入電網(wǎng)的功率信號(hào)Pg，進(jìn)而將注入電網(wǎng)的功率信號(hào)Pg與風(fēng)電場(chǎng)輸出功率信號(hào)Pwind作差得到儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值信 Ii ,
5.如權(quán)？κι安'II所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全鑰;液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于所述步驟S2中所述的儲(chǔ)能平抑目標(biāo)功率給定值通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算<ref=U/(l +礎(chǔ)其中，濾波時(shí)間常數(shù)T根據(jù)濾波器幅頻特性及所抑制功率波動(dòng)的截止頻率來(lái)確定，s表示復(fù)變量。
6.如權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于所述步驟S4中選取最優(yōu)充電電池組條件為O.2 < Hiin(SC)C1, SOC2......SOCn) < O. 8 ;其中，SOC1 表示第一級(jí) VRB 組荷電狀態(tài)，SOC2表示第二級(jí)VRB電池組的荷電狀態(tài)，SOCn表示第η級(jí)VRB電池組荷電狀態(tài)；選取最優(yōu)放電電池組條件為O.2 < max (SOC1, SOC2......SOCn) < O. 8。
7.如權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于所述步驟S5中目標(biāo)電池組的實(shí)時(shí)最大充電功率為
8.如權(quán)利要求1所述的大容量風(fēng)電場(chǎng)用全釩液流電池儲(chǔ)能功率優(yōu)化分配控制方法，其特征在于所述步驟S9中判斷所有VRB電池組是否全部工作，通過(guò)檢測(cè)每級(jí)VRB電池組電源側(cè)電感電流值k來(lái)判斷，當(dāng)k為正表示充電狀態(tài)，為負(fù)表示放電狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種大容量風(fēng)電場(chǎng)用多級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能的功率優(yōu)化分配控制方法。該控制方法采用DC/AC變換器級(jí)聯(lián)雙向DC/DC變換器的全釩液流電池(VRB)儲(chǔ)能系統(tǒng)接口，考慮多級(jí)并聯(lián)的VRB在平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)過(guò)程中荷電狀態(tài)(SOC)值的差異，構(gòu)建了以每級(jí)VRB組荷電狀態(tài)大小為最優(yōu)充放電電池組為首選依據(jù)，以充放電電壓限值所對(duì)應(yīng)的最大充放電功率為約束條件的優(yōu)化功率分配單元，從而完成一種多級(jí)VRB儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率分配模塊設(shè)計(jì)。該功率分配控制方法摒棄常規(guī)的平均功率分配原則，不僅能很好的平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)，同時(shí)也可以有效地減少大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)每級(jí)VRB組的循環(huán)充放電次數(shù)，并確保電池工作于安全穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。
文檔編號(hào)H02J3/32GK103036244SQ201210523729
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者李輝, 付博, 楊超, 陳耀君, 秦星, 季海婷, 何蓓 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)