一種平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風電儲能系統(tǒng)，尤其是涉及一種平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)協(xié) 調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了應(yīng)對傳統(tǒng)能源的快速消耗和日益嚴峻的環(huán)境問題，大力發(fā)展清潔能源成為了 世界各國的戰(zhàn)略選擇。風能作為一種可再生、無污染、能量大、前景廣的能源，在世界范圍內(nèi) 得到了迅猛的發(fā)展。但由于風電輸出功率具有很強的波動性、隨機性，且風速預(yù)測存在一 定的誤差，因此大規(guī)模風電并網(wǎng)會給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來一系列的技術(shù)難題。為 了更高效地利用可再生能源，在風能資源比較豐富的環(huán)境中，構(gòu)建風儲互補系統(tǒng)進行發(fā)電， 可以提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。由于風能輸入能量的不穩(wěn)定性和間歇性大 等特點，為提高風電場并網(wǎng)運行能力，提高風電輸出功率穩(wěn)定性，越來越多的研宄采用儲能 技術(shù)對風機機組輸出功率進行調(diào)控，使風電場效益最大化。對風電場功率進行出力波動的 平抑時，在綜合考慮系統(tǒng)成本、體積、重量基礎(chǔ)上，需要儲能系統(tǒng)兼具高功率密度、高能量密 度、高循環(huán)壽命的特點。
[0003] 儲能平抑風功率波動基本控制思想是通過低通濾波器（LPF)的設(shè)計將風電功率 的高頻波動分量濾出，通常使用的低通濾波器主要有一階低通濾波器和二階低通濾波器。 將通過低通濾波器濾出的高頻波動分量作為儲能系統(tǒng)用于平滑風電輸出的參考功率，通過 利用儲能系統(tǒng)快速的吞吐高頻波動分量，來達到平抑風電功率的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種通過對儲能變 流器進行功率分配來平滑并網(wǎng)點功率的平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] 一種平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007] (1)設(shè)定風功率采樣周期與儲能控制周期T_c、低通濾波器LPF濾波時間常數(shù)T_ s和并網(wǎng)點波動量限值W，W用于儲能調(diào)節(jié)當前風功率SOC越限后并網(wǎng)點波動量約束控制環(huán) 節(jié)，所述的T_c為LPF運算的執(zhí)行周期和儲能控制指令的下發(fā)周期；
[0008] (2)采集當前風電場風電功率P_w(n)和并網(wǎng)點功率P_g(n)，讀取當前各儲能變流 器PCS所級聯(lián)儲能的充電狀態(tài)SOC，n為當前周期數(shù)；
[0009] (3)對P_w(n)進行LPF運算，得到本周期內(nèi)的平抑目標功率P_dest(n);
[0010] (4)根據(jù)P_dest(n)計算儲能功率P_(ess_cal):
[0011] P_(ess_cal) =P_dest(n)-P_w(n)；
[0012] (5)對P_(ess_cal)進行補償量修正，得出修正后的儲能功率P_ess;
[0013] (6)根據(jù)功率分配約束條件，將P_ess分配至各PCS;
[0014] (7)下發(fā)儲能控制指令至各PCS;
[0015] (8)等待至下一個T_c的采樣時刻時，返回步驟（2)。
[0016] 所述的步驟（1)中，T_s和T_c滿足T_s/T_c彡10。
[0017] 所述的步驟（3)中，P_dest(n)計算方法為：
[0018] P_dest(n) = [T_s/(T_c+T_s) ]P_dest(n-1)+ [T_c/(T_c+T_s) ]P_w(n)
[0019] 式中，P_dest(n-1)為上個周期內(nèi)的平抑目標功率，初始時刻，P_dest(0) =P_ w(0) 〇
[0020] 所述的步驟（5)中，所述的補償量修正的參數(shù)包括控制延時補償量AP_delay和 儲能充放電穩(wěn)態(tài)誤差量AP_b，所述的AP_delay計算方法為：
[0021] AP_delay= -[(P_w(n)-P_w(n-1))/T_c]T_delay
[0022] 式中，T_delay為系統(tǒng)控制延時；
[0023] 所述的P_ess計算方法為：
[0024]P_ess=P_(ess_cal)+AP_delay+AP_b
[0025] 所述的AP_b通過對儲能進行充放電測試獲得。
[0026] 所述的功率分配約束條件包括儲能容量控制約束條件、PCS控制約束條件、儲能 SOC越限處理約束條件和并網(wǎng)點波動量約束條件。
[0027] 所述的步驟（6)具體包括：
[0028] (6-1)令當前被分配功率的PCS為第i臺PCS;
[0029] (6_2)初始化，令i= 1 ;
[0030] (6-3)根據(jù)儲能容量控制約束條件，將未被分配的儲能功率P_(ess_rest)中的一 部分分配至當前PCS，當前PCS被分配到的儲能功率為P'_ess(i);
[0031] (6-4)根據(jù)PCS控制約束條件，對步驟（6-3)所得P'_eSS(i)進行調(diào)整，得到P_ ess(i)；
[0032] (6-5)根據(jù)儲能SOC越限處理約束條件，對步驟（6-4)所得P_ess(i)進行調(diào)整；
[0033] (6-6)根據(jù)并網(wǎng)點波動量控制約束條件，對步驟（6-5)所得P_eSS(i)進行調(diào)整；
[0034] (6-7)判斷是否所有PCS均被分配了儲能功率，若是，則返回步驟（7)，否則令i的 值增加1，并返回步驟（6-3)進行下一臺PCS的儲能功率分配。
[0035] 所述的步驟（6-3)具體包括：
[0036] (6-3-1)計算P_ess_rest，若i= 1，則P_ess_rest=P_ess，若i>l，則將P_ess_ rest更新為P_ess_rest-P_ess(i_l)，其中P_ess(i_l)為滿足功率分配約束條件的第 i-1臺PCS實際分配到的儲能功率；
[0037] (6_3-2)根據(jù)下式計算P'_ess(i):
[0039]其中，E_char⑴為當前PCS可充電量，E_char(i) = (l-SOC_b(i))E_bp，E_dischar(i)為當前PCS可放電量，E_dischar(i) =SOC_b(i)E_bp，E_bp為PCS儲能的額定 容量。
[0040] 所述的步驟（6-4)具體為，判斷PCS是否處于正常工作狀態(tài)，若是，則P_eSS(i)計 算方法如下式：
[0042] 式中，P'_ess(i)在步驟（6-3)中得到，P_min(i)、P_max(i)分別為PCS控制功率 下限和PCS控制功率上限值，
[0043] 若PCS處于非正常工作狀態(tài)，則P_ess(i) = 0。
[0044] 所述的步驟（6-5)具體包括：
[0045] (6-5-1)將SOC的百分數(shù)數(shù)值劃分為首尾依次連接的5個區(qū)間I5，其中I1 =[0,SOC_min(i) ]，I2= [SOC_min(i)，SOC_lt(i)]，I3= [SOC_lt(i)，SOC_ht(i) ]，14 = [SOC_ht(i)，SOC_max(i) ]，I5= [SOC_max(i)，100]，其中SOC_lt(i)為當前PCS保護調(diào)控最 小閾值，SOC_ht(i)為當前PCS保護調(diào)控最大閾值，SOCjnin⑴為當前PCS控制下限，SOC_ max⑴為當前PCS控制上限，S0C_char⑴為當前PCS集中補電限值條件值；
[0046] (6-5-2)令S0C_b(i)為當前PCS的儲能充電狀態(tài)，判斷S0C_b(i)所在區(qū)間，并調(diào) 整步驟（6_4)所得的？_688(；〇，具體為：若50(^3(；〇￡1 1且？_688(；〇>0，貝1」令？_688(；〇 = 0 ;若S0C_Wi)G12或50(：_1^)G14,則進入步驟（6-6);若S0C_Wi)GIdP_ess(i)〈〇， 則令P_eSS(i) = 0 ;若S0C_b(i)〈S0C_char(i)，則以恒定功率短時間大功率充電恢復(fù)SOC 到一指定值。
[0047] 所述的步驟（6-6)中，P_ess(i)計算如下式：
[0049] 式中，L為考察的時間尺度內(nèi)包含的采樣周期數(shù)，1為設(shè)定的尺度，0〈1 <L，P_s為 儲能調(diào)節(jié)功率。
[0050] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0051] (1)考慮儲能系統(tǒng)由多臺變流器（PCS)協(xié)同出力以及每臺變流器儲能狀態(tài)不一致 的情況，對每一臺PCS分別進行功率分配，提高風電功率平滑度效果。
[0052] (2)考慮不同PCS儲能的額定容量不一致的情況，根據(jù)儲能容量控制約束條件進 行功率分配，使分配更加合理。
[0053] (3)根據(jù)PCS控制約束條件，設(shè)置PCS控制功率下限和控制功率上限值，使儲能調(diào) 控更加可行。
[0054] (4)根據(jù)儲能SOC越限處理約束條件，對儲能充放電調(diào)節(jié)過程中的過充或過放進 行了控制，增強儲能的調(diào)控力度，同時使儲能充電狀態(tài)在合理區(qū)間，從而提高充放電性能， 延長設(shè)備的使用壽命。
[0055] (5)根據(jù)并網(wǎng)點波動量控制約束條件，增加在特定條件下的集中充電控制環(huán)節(jié)，從 而改善儲能系統(tǒng)長時間進行平抑調(diào)節(jié)過程中整體儲能SOC下降的問題，使儲能系統(tǒng)能在較 短的時間內(nèi)恢復(fù)到正常平抑調(diào)節(jié)的狀態(tài)。
【附圖說明】
[0056] 圖1為本發(fā)明控制方法的流程圖；
[0057] 圖2為儲能系統(tǒng)接入示意圖。
【具體實施方式】
[0058] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0059] 實施例
[0060] 如圖1所示，本發(fā)明平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：
[0061]S01，設(shè)定風功率采樣周期與儲能控制周期T_c、低通濾波器LPF濾波時間常數(shù)T_ s和并網(wǎng)點波動量限值W，所述的T_c為儲能控制指令的下發(fā)周期，T_s和T_c滿足T_s/T_ c多10。在本具體實施方案中，風儲控制系統(tǒng)能夠采樣到本風電場各支路的風電功率，結(jié)合 風電場風電出力特點，選擇采樣周期與儲能控制周期T_c為5s，濾波時間常數(shù)T_s為300s， 并網(wǎng)點波動量限值W為3500kw。
[0062] S02,參考圖2所示的儲能系統(tǒng)接入示意圖，采集當前風電場風電功率P_w(n)和并 網(wǎng)點功率P_g(n)，讀取當前各儲能變流器PCS所級聯(lián)儲能的充電狀態(tài)SOC，n為當前周期數(shù)。
率。
[0064] S03,對P_w(n)進行LPF運算，得到本周期內(nèi)的平抑目標功率P_dest(n):
[0065]P_dest(n) = [T_s/(T_c+T_s) ]P_dest(n-1)+ [T_c/(T_c+T_s) ]P_w(n)
[0066] 式中，P_dest(n_l)為上個周期內(nèi)的平抑目標功率，初始時亥I」，P_dest(0) = P_ w(0)〇
[0067]S04,根據(jù)P_dest(n)計算儲能功率P_(ess_cal):
[0068]P_(ess_cal) =P_dest(n)-P_w(n)〇
[0069]S05J#P_(ess_cal)進行補償量修正，得出修正后的儲能功率P_ess，其中補償量 修正的參數(shù)包括控制延時補償量AP_delay和儲能充放電穩(wěn)態(tài)誤差量AP_b:
[0070]AP_delay= -[(P_w(n)-P_w(n-1))/T_c]T_delay
[0071] 式中，T_delay為系統(tǒng)控制延時，本方案中的T_delay為2s，具體參數(shù)選擇因根據(jù) 實際應(yīng)用案例而定；
[0072]因此P_ess=P_(ess_cal) +AP_delay+AP_b，
[0073] 其中A P_b通過對儲能進行充放電測試獲得。
[0074]S06,根據(jù)功率分配約束條件，將P_ess分配至各PCS，具體包括步驟S0601~ S0607 ：
[0075]S0601，令當前被分配功率的PCS為第i臺PCS;
[0076] S0602,初始化，令i=I;
[0077] S0603，根據(jù)儲能容量控制約束條件，將未被分配的儲能功率P_ (ess_rest)中 的一部分分配至當前PCS，當前PCS被分配到的儲能功率為P' _eSS(i)，具體包括步驟 S060301 ~S060302 :
[0078] S060301，計算P_ess_rest，若i= 1，則P_ess_rest=P_ess，若i>l，則將P_ess_ rest更新為P_ess_rest-P_ess(i_l)，其中P_e