CN102496967A - 基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法，属于新能源发电技术中风电功率调节控制的技术领域。包括蓄电池组(1)、直流功率调节系统(2)、超级电容器组(3)、交直流功率调节系统(4)，直流功率调节系统(2)采用多组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑，蓄电池组(1)位于直流功率调节系统(2)低压侧，超级电容器组(3)位于直流功率调节系统(2)高压侧，储能环节与公共电网通过交直流功率调节系统(4)连接。本系统控制方法包含储能功率分配控制方法和潮流优化控制方法，涉及储能元件荷电状态SOC区域划分方法和系统及电网间能量流动的动态调整规则。能够改善电网电能质量，提高系统的稳定性和安全性。

Description

基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法

技术领域

一种基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法，属于新能源发电技术中风电功率调节控制的技术领域。

背景技术

作为能源，风能最大的缺陷在于其不稳定性、不连续性和不可控性，并网运行的风电机组达到一定的渗透度后，其输出功率的波动会导致电网潮流大小、方向频繁变化，将引起电网电压的波动、闪变以及频率的不稳定。此外，由于大多数风电机组需要通过功率变换装置与系统连接，这些功率变换装置在控制机组有功、无功的同时会给电网带来较多的谐波污染。一定渗透容量的风电系统在遭遇发电单元或负荷突变、系统故障或结构变化，以及并网或离网过程等扰动时，则会给自身或公共电网造成了较严重的稳定性和电能质量问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够改善电网电能质量，提高系统稳定性和安全性的基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于快速储能的风电潮流优化系统，其特征在于：包括蓄电池组、直流功率调节系统、超级电容器组、交直流功率调节系统，直流功率调节系统采用多组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑，蓄电池组位于直流功率调节系统低压侧，超级电容器组位于直流功率调节系统高压侧，储能环节与公共电网通过交直流功率调节系统连接。

所述的直流功率调节系统采用三组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元S₁-S₆，每组双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元由带反并联二极管的2支相串联的三极管IGBT和1支电感L_dc组成，相串联的2支三极管IGBT连接点与电感L_dc的一端相连，电感L_dc的另一端接蓄电池的正极，相串联的上端三极管IGBT的集电极C和下端三极管IGBT的发射极E分别同超级电容器组的正、负端连接。

一种权利要求1基于快速储能的风电潮流优化系统的控制方法，其特征在于：包括储能功率分配控制方法和潮流优化控制方法，所述的储能功率分配控制方法根据超级电容器组荷电状态SOC所属区域，采用基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略，控制直流功率调节系统实现两种储能元件间的功率分配；所述的潮流优化控制方法，根据蓄电池组荷电状态SOC所属区域，基于系统及电网间能量流动的动态调整规则，柔性控制交直流功率调节系统与公共电网间的有功功率交换。

所述的储能元件荷电状态SOC区域划分方法为：

潮流优化控制过程中，超级电容器组荷电状态SOC与电压存在着确定的对应关系：

因此依据超级电容器的电压值划分其荷电状态SOC区域，在本系统中，超级电容器组的额定电压1PU为其最高工作电压U_Cmax；超级电容器组位于直流功率调节系统(2)高压侧，因此其最低工作电压U_Cmin 0.4PU即为蓄电池组电压；超级电容器组荷电状态SOC区间的近似中间值所对应电压设定为参考电压U_Cref，本系统取为0.7倍额定电压0.7PU；其中设定超级电容器组电压低于0.98倍额定电压U_CA0.98PU为安全荷电状态SOC区域S；高于0.98倍额定电压U_CA0.98PU进入荷电状态SOC警戒区域A；

蓄电池组荷电状态SOC区域的划分：蓄电池组的额定荷电状态1PU为其荷电状态最高值SOC_max，取0.1倍额定荷电状态0.1PU为其荷电状态最低值SOC_min，高于0.9倍额定荷电状态值SOC_A 0.9PU为荷电状态SOC警戒区域A；低于0.3倍额定荷电状态值SOC_B 0.3PU为警戒SOC区域B；0.3PU-0.9PU为荷电状态SOC安全区域S。

所述的潮流优化系统及电网间能量流动的动态调整规则为：

如果蓄电池组实时荷电状态位于荷电状态SOC安全区域S时：i_dref＝i_dref1，如果蓄电池组实时荷电状态位于荷电状态SOC警戒区域A时：若i_dref1＞0，

若i_dref1＜0，i_dref＝i_dref1，如果蓄电池组实时荷电状态位于荷电状态SOC警戒区域B时：若i_dref1＞0，i_dref＝i_dref1；若i_dref1＜0，其中：i_dref1为交直流功率调节系统有功指令的原始计算值；i_dref为交直流功率调节系统有功指令的调整值；ΔSOC为蓄电池组实时荷电状态SOC与参考荷电状态SOC_ref的差值，即ΔSOC＝|SOC-SOC_ref|；SOC_PM或SOC_NM为自SOC_ref起可充/放电的最大容量空间，即SOC_PM＝SOC_max-SOC_ref，SOC_NM＝SOC_ref-SOC_min。

所述的基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略的电压外环调节控制步骤如下：

步骤2101，开始执行直流功率调节系统电压外环调节流程；

步骤2102，判断是否开关周期中间时刻到，如果没到，执行其他程序，如果到了，执行步骤2103；

步骤2103，对超级电容器电压采样、直流功率调节系统电感电流采样；

步骤2104，判断超级电容器组荷电状态SOC是否位于安全区域S，如果不是，将低通滤波时间常数调整为0，如果是，执行步骤2105；

步骤2105，低通滤波时间常数为正常低通滤波值；

步骤2106，低通滤波计算得到超级电容器低频电压反馈值；

步骤2107，给定超级电容器低频电压值；

步骤2108，求取给定值与反馈值差值；

步骤2109，对差值进行积分累计计算；

步骤2110，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，积分累计限幅，如果不是，执行步骤2111；

步骤2111，对差值进行比例放大计算；

步骤2112，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤2113，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，如果不是，执行步骤2114；

步骤2114，将比例积分和值作为电压外环调节输出；

步骤2115，结束；

所述的基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略的电流内环调节控制步骤如下：

步骤2201，开始执行直流功率调节系统电流内环调节流程；

步骤2202，将电压调节输出经量级调整作为直流功率调节系统电流内环总的电流指令；

步骤2203，按并联单元个数对电流指令平均后作为单元电流指令；

步骤2204，将开关周期中点电感电流值作为反馈值；

步骤2205，求取给定值与反馈值差值；

步骤2206，对差值进行积分累计计算；

步骤2207，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，进行积分累计限幅，直至积分累计值小于限定值，如果不是，执行步骤2208；

步骤2208，对差值进行比例放大计算；

步骤2209，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤2210，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，直至和值小于限定值，如果不是，执行步骤2211；

步骤2211，将比例积分和值作为电流内环调节输出；

步骤2212，调节输出经量级调整后作为CPU寄存器给定值；

步骤2213，结束。

所述的基于蓄电池组荷电状态SOC的系统与电网间能量动态调整规则的有功、无功电流指令生成步骤：

步骤4101：开始交直流功率调节系统有功与无功电流指令生成；

步骤4102：判断是否按调度指令向电网注入恒定有功，如果是，按调度指令给定有功功率指令值，执行步骤4106，如果不是，执行步骤4103；

步骤4103，对风电机组注入电网电流、接入点电压及蓄电池组荷电状态SOC检测，执行步骤4104；

步骤4104，进行基于瞬时无功理论的有功功率计算；

步骤4105，利用低通滤波器对风电机组输出有功滤波，得到交直流功率调节系统的有功功率指令；

步骤4106，将有功功率指令经量级调整转换为有功电流指令；

步骤4107，根据基于蓄电池组荷电状态SOC的有功电流调整规则调整计算有功指令；

步骤4108，判断是否按风电机组输出无功等值补偿，如果是，按风电机组输出无功给定无功功率指令值，执行步骤4114，如果不是，执行步骤4109；

步骤4109，将接入点额定电压与实际电压作差；

步骤4110，对差值进行积分累计计算；

步骤4111，对差值进行比例放大计算；

步骤4112，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤4113，比例积分和值限幅后作为交直流功率调节系统无功功率指令；

步骤4114，将无功功率指令经量级调整后作为无功电流指令；

步骤4115，结束；

所述的基于蓄电池组荷电状态SOC的动态能量调整方法的有功、无功电流指令跟踪步骤：

步骤4201，开始交直流功率调节系统有功和无功电流指令跟踪程序；

步骤4202，对交直流功率调节系统输出电流、电压检测；

步骤4203，将基于瞬时无功理论分解的交直流功率调节系统输出电流的有功分量和无功分量分别作为反馈值；

步骤4204，将有功电流和无功电流的给定值与反馈值作差值；

步骤4205，对差值进行积分累计计算；

步骤4206，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，进行积分累计限幅，直至积分累计值小于限定值，如果不是，执行步骤4207；

步骤4207，对差值进行比例放大计算；

步骤4208，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤4209，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，直至和值小于限定值，如果不是，执行步骤4210；

步骤4210，将比例积分和值作为有功电流和无功电流的调节输出；

步骤4211，基于瞬时无功理论将有功电流和无功电流分量折算为三相电流输出值；

步骤4212，将三相电流输出值折算为CPU寄存器给定值；

步骤4213，结束。

工作原理

对于风力发电系统，风能中1Hz以上的高频波动可被机组“惯性”吸收，而0.01Hz～1Hz的功率波动对电网电压、频率等参量影响显著，0.01Hz以下的有功波动则降低了机组容量的可信度和可调度性。

本发明针对风电机组输出功率波动的不利影响，基于超级电容器和蓄电池组合构建快速储能装置，依此实现风电潮流优化系统，用来平滑风电机组注入电网的有功功率，补偿风电接入点的无功功率。

风电潮流优化系统整体包含直流功率调节系统和交直流功率调节系统。直流功率调节系统用来分配两种储能元件超级电容器组与蓄电池组之间的功率；交直流功率调节系统用来控制储能环节与公共电网之间的有功功率和无功功率交换。系统的控制方法包括储能功率分配控制方法和潮流优化控制方法，储能功率分配控制方法根据超级电容器组荷电状态SOC区域，采用基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略，控制直流功率调节系统实现两种储能元件间的功率分配；潮流优化控制方法，根据蓄电池组荷电状态SOC区域，基于系统及电网间能量流动的动态调整规则，柔性控制交直流功率调节系统与公共电网间的有功功率交换。

潮流优化控制系统基于储能环节的功率调节能力，实时平滑风电机组有功功率输出，动态补偿风电机组无功功率输出，经其调节控制后，仅把风电机组有功出力中的低频分量注入电网，或在一定时段内按某一特定值向电网输送有功。

设风电机组输出的有功和无功分别记P_WG和Q_WG；潮流优化系统吸收的功率分别为P_S和Q_S；注入电网的有功为P_G。显然有：P_G＝P_WG-P_S，P_S的方向及大小可由交直流功率调节系统根据潮流优化控制方法来动态调节，从而能柔性控制P_G。

蓄电池的能量密度较高，但功率密度较低，且循环寿命很低；而超级电容器能量密度较低，功率密度较高，且循环寿命很长。因此，在潮流优化过程中，应尽量减少蓄电池组的充放次数，即P_S中较低频率成分由蓄电池组承担；而剩余较高频率成分由超级电容器组快速吞吐。两种储能元件之间的功率分配可由直流功率调节系统根据储能功率分配控制策略来实时控制。

风电机组的无功输出及其波动会导致接入点电压偏移或波动，电压的偏移波动程度反应了无功的不平衡程度，由此可根据接入点电压实时调控Q_S；另外，也可对风电无功进行等值吸收，即Q_S＝Q_WG。Q_S也由交直流功率调节系统根据潮流优化控制方法来灵活控制。

与现有技术相比，该基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法所具有的有益效果是：

(1)高功率密度储能元件超级电容器与高能量密度储能元件蓄电池组合，并与直流功率调节系统、交直流功率调节系统结合实现风电潮流优化控制系统，平滑控制风电注入电网的有功功率，补偿调节风电接入点的无功功率。可改善电网电能质量，提高系统稳定性。

(2)直流功率调节系统采用三组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑，连接于超级电容器组和蓄电池组之间，用以分配两种储能元件之间的功率，可缓解常规直接并联式蓄电池组充放电电流不均衡问题，同时三重组合可增强功率传输能力，降低回路电流纹波。

(3)把储能元件荷电状态SOC区域划分安全区域和警戒区域，根据储能元件荷电状态SOC区域调整直流功率调节系统和交直流功率调节系统的控制策略，可保证储能元件的安全性，并优化储能环节功率调节能力。

(4)根据超级电容器组荷电状态SOC区域，基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略，控制直流功率调节系统来分配两种储能元件间的功率，可消除蓄电池充放电电流中的高频分量，显著减少蓄电池的充放电循环次数，从而延长蓄电池的循环寿命，提高系统的经济性。

(5)根据蓄电池组荷电状态SOC区域，基于潮流优化系统与电网间能量动态调整规则，柔性改变交直流功率调节系统与公共电网的有功功率交换，可避免两种储能元件的过度充电以及频繁深度放电的问题，可优化储能环节的容量规模及功率调节能力，并保证储能元件的安全性。

附图说明

图1为本发明风电潮流优化系统的结构示意图；

图2为本发明直流功率调节系统电路原理图；

图3为本发明交直流功率调节系统电路原理图；

图4为本发明储能元件荷电状态SOC区域划分图；

图5为本发明直流功率调节系统的整体控制结构图；

图6为本发明直流功率调节系统的电压外环流程图；

图7为本发明直流功率调节系统的电流内环流程图；

图8为本发明交直流功率调节系统的整体控制结构图；

图9为本发明交直流功率调节系统指令生成流程图；

图10为本发明交直流功率调节系统指令跟踪流程图。

图1-10是本发明的最佳实施例。其中：1蓄电池组    2直流功率调节系统    3超级电容器组    4交直流功率调节系统    5公共电网    6风电机组。

下面结合附图1～10，对本发明基于快速储能的风电潮流优化系统及其控制方法做进一步说明：

具体实施方式

参照附图1：

该基于快速储能的风电潮流优化系统包括蓄电池组1、直流功率调节系统2、超级电容器组3、交直流功率调节系统4，直流功率调节系统2采用三组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑，蓄电池组1位于直流功率调节系统2低压侧，超级电容器组3位于直流功率调节系统2高压侧，储能环节与公共电网5通过交直流功率调节系统4连接。

参照附图2：

直流功率调节系统采用三组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元S₁-S₆，每个双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元包括带反并联二极管的2支三极管IGBT和1支电感L_dc组成，相串联2支三极管IGBT连接点与电感L_dc的一端相连，电感L_dc的另一端接蓄电池的正极，相串联的上端三极管IGBT的集电极C和下端三极管IGBT的发射极E分别同超级电容器组的正、负端连接。相并联的双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元也可以采用2组或3组以上。

参照附图3：

交直流功率调节系统由6支带反并联二极管的三极管IGBTT₁-T₆组成常规的三相桥式变流电路，相串联2支三极管IGBT连接点与电感L_ac的一端相连，相串联的上端三极管IGBT的集电极C和下端三极管IGBT的发射极E分别同超级电容器组的正、负端连接。电感L_ac和电容C_f组成低通滤波电路，之后与公共电网连接。

参照附图4：

潮流优化控制过程中，超级电容器组荷电状态SOC与电压存在着确定的对应关系：

因此依据超级电容器的电压值划分其荷电状态SOC区域，在本系统中，超级电容器组的额定电压1PU为其最高工作电压U_Cmax；超级电容器组位于直流功率调节系统(2)高压侧，因此其最低工作电压U_Cmin 0.4PU即为蓄电池组电压；超级电容器组荷电状态SOC区间的近似中间值所对应电压设定为参考电压U_Cref，本系统取为0.7倍额定电压0.7PU；其中设定超级电容器组电压低于0.98倍额定电压U_CA0.98PU为安全荷电状态SOC区域S；高于0.98倍额定电压U_CA0.98PU进入荷电状态SOC警戒区域A；

蓄电池组荷电状态SOC区域的划分：蓄电池组的额定荷电状态1PU为其荷电状态最高值SOC_Max，取0.1倍额定荷电状态0.1PU为其荷电状态最低值SOC_min，高于0.9倍额定荷电状态值SOC_A 0.9PU为荷电状态SOC警戒区域A；低于0.3倍额定荷电状态值SOC_B 0.3PU为警戒SOC区域B；0.3PU-0.9PU为荷电状态SOC安全区域S。

参照附图5：

直流功率调节系统采用电压外环、电流内环的电流控制模式，通过抑制超级电容器实时电压u_C中的低频分量，来消除蓄电池充放电电流中的高频波动，即基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略，超级电容器实时电压u_C经低通滤波后作为电压外环的反馈值u_Cf与恒定电压参考值U_Cref作差，经比例积分调节后作为内环电感电流的总体给定值i_Lref。

恒定电压参考值U_Cref一定，而反馈值u_Cf按潮流优化系统吸收功率P_S的低阶频率波动，因此直流功率调节系统电感电流、即蓄电池组充放电电流也按潮流优化系统吸收功率P_S低频波动，保证蓄电池组仅吞吐潮流优化控制系统与电网所交换有功功率中的低频波动分量。电压外环调节后得到蓄电池组总体电流指令，经平均后作为每一独立单元中电感电流指令，以保证了三组并联蓄电池组的充放电电流一致。

为充分发挥超级电容器对高频功率的双向吞吐能力，控制超级电容器组荷电状态SOC围绕储能容限的中间值上下波动，因此，恒定电压参考值U_Cref取此中间容量对应的电压。

功率分配过充中，当超级电容器组荷电状态SOC位于荷电状态SOC安全区域S时，基于上述超级电容器组端电压低频分量进行闭环调节；当超级电容器组荷电状态SOC位于警戒区域A时，则调整为基于超级电容器组端电压瞬时值进行闭环调节，即反馈通道中低通滤波时间常数τ_DC＝0，以使得超级电容器实时电压u_C回归恒定电压参考值U_Cref，超级电容器组荷电状态SOC返回安全区域S。

参照附图6：

功率分配控制策略的电压外环实现过程中，超级电容器电压的采样频率与开关频率一致，为避免开关通断暂态过程对采样的影响，利用CPU上溢中断服务程序控制采样时刻，保证在开关周期的中间时刻采集超级电容器电压。采样后进行低通滤波，获取超级电容器电压实际值的低频信息，作为电压闭环的反馈值。低通滤波时间常数τ_DC按照前文所述，根据超级电容器组荷电状态SOC区域空间确定。

具体的调节控制步骤如下：

步骤2101，开始执行直流功率调节系统电压外环调节流程；

步骤2102，判断是否开关周期中间时刻到，如果没到，执行其他程序，如果到了，执行步骤2103；

步骤2103，对超级电容器电压采样、直流功率调节系统电感电流采样；

步骤2104，判断超级电容器组荷电状态SOC是否位于安全区域S，如果不是，将低通滤波时间常数调整为0，如果是，执行步骤2105；

步骤2105，低通滤波时间常数为正常低通滤波值；

步骤2106，低通滤波计算得到超级电容器低频电压反馈值；

步骤2107，给定超级电容器低频电压值；

步骤2108，求取给定值与反馈值差值；

步骤2109，对差值进行积分累计计算；

步骤2110，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，积分累计限幅，如果不是，执行步骤2111；

步骤2111，对差值进行比例放大计算；

步骤2112，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤2113，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，如果不是，执行步骤2114；

步骤2114，将比例积分和值作为电压外环调节输出；

步骤2115，结束。

参照附图7：

功率分配控制策略的电流内环实现过程中，直流功率调节系统一个单元的电感电流采样频率与开关频率一致，与超级电容器电压采集类似，为避免开关通断暂态对采样的影响，利用CPU上溢中断服务程序控制采样时刻，保证在开关周期的中间时刻采集电感电流，该时刻的瞬时电流恰好为电感电流的平均值，因此无需处理即可作为电流内环的电流反馈值。电压外环的调节输出即直流功率调节系统电流内环总的电流指令值，该值对系统单元个数平均后为各单元电流内环的电感电流指令值。

具体的调节控制步骤如下：

步骤2201，开始执行直流功率调节系统电流内环调节流程；

步骤2202，将电压调节输出经量级调整作为直流功率调节系统电流内环总的电流指令；

步骤2203，按并联单元个数对电流指令平均后作为单元电流指令；

步骤2204，将开关周期中点电感电流值作为反馈值；

步骤2205，求取给定值与反馈值差值；

步骤2206，对差值进行积分累计计算；

步骤2207，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，进行积分累计限幅，直至积分累计值小于限定值，如果不是，执行步骤2208；

步骤2208，对差值进行比例放大计算；

步骤2209，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤2210，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，直至和值小于限定值，如果不是，执行步骤2211；

步骤2211，将比例积分和值作为电流内环调节输出；

步骤2212，调节输出经量级调整后作为CPU寄存器给定值；

步骤2213，结束。

参照附图8：

风电潮流优化系统的调控目标有两种：一是注入电网的有功功率在特定时段内为一恒定值或某一调度值；二是注入电网的有功功率为风电机组有功输出的较低频率分量。根据补偿控制目标，有功指令生成有两种方式可以选择：

1、按调度指令实现既定功率输出；

2、根据风电实时出力进行平滑后输出。

无功指令也由两种方式可以选择：

1、根据电网中风电接入点实时电压调节生成；

2、根据风电实时输出无功完全补偿。

潮流优化控制过程中首先要生成交直流功率调节系统的有功电流指令i_dref和无功电流指令i_qref，然后控制交直流功率调节系统对此电流指令进行跟踪，即可调节控制储能环节与电网间的能量交换。

有功电流指令i_dref生成：首先判断是否按照调度指令进行有功补偿，如果是，直接读取有功功率调度指令，然后折算为有功电流；否则按照风电机组有功输出的较低频率分量向电网注入有功功率。无功电流指令i_qref生成：首先判断是否按照风电机组无功输出进行等值补偿，如果是，把风电机组无功输出作为交直流功率调节系统的无功功率指令，然后折算为无功电流；否则根据风电接入点电压实时产生无功指令。

有功电流指令和无功电流指令的跟踪控制：对上文所述得到的有功电流及无功电流指令的跟踪采用基于PI的闭环调节，二者闭环控制结构及参数完全相同。

参照附图9：基于蓄电池组荷电状态SOC的系统与电网间能量动态调整规则的有功、无功电流指令生成步骤如下：

步骤4101：开始交直流功率调节系统有功与无功电流指令生成；

步骤4102：判断是否按调度指令向电网注入恒定有功，如果是，按调度指令给定有功功率指令值，执行步骤4106，如果不是，执行步骤4103；

步骤4103，对风电机组注入电网电流、接入点电压及蓄电池组荷电状态SOC检测，执行步骤4104；

步骤4104，进行基于瞬时无功理论的有功功率计算；

步骤4105，利用低通滤波器对风电机组输出有功滤波，得到交直流功率调节系统的有功功率指令；

步骤4106，将有功功率指令经量级调整转换为有功电流指令；

步骤4107，根据基于蓄电池组荷电状态SOC的有功电流调整规则调整计算有功指令；

步骤4108，判断是否按风电机组输出无功等值补偿，如果是，按风电机组输出无功给定无功功率指令值，执行步骤4114，如果不是，执行步骤4109；

步骤4109，将接入点额定电压与实际电压作差；

步骤4110，对差值进行积分累计计算；

步骤4111，对差值进行比例放大计算；

步骤4112，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤4113，比例积分和值限幅后作为交直流功率调节系统无功功率指令；

步骤4114，将无功功率指令经量级调整后作为无功电流指令；

步骤4115，结束。

参照附图10：基于蓄电池组荷电状态SOC的动态能量调整方法的有功、无功电流指令跟踪步骤如下：

步骤4201，开始交直流功率调节系统有功和无功电流指令跟踪程序；

步骤4202，对交直流功率调节系统输出电流、电压检测；

步骤4203，将基于瞬时无功理论分解的交直流功率调节系统输出电流的有功分量和无功分量分别作为反馈值；

步骤4204，将有功电流和无功电流的给定值与反馈值作差值；

步骤4205，对差值进行积分累计计算；

步骤4206，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，进行积分累计限幅，直至积分累计值小于限定值，如果不是，执行步骤4207；

步骤4207，对差值进行比例放大计算；

步骤4208，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤4209，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，直至和值小于限定值，如果不是，执行步骤4210；

步骤4210，将比例积分和值作为有功电流和无功电流的调节输出；

步骤4211，基于瞬时无功理论将有功电流和无功电流分量折算为三相电流输出值；

步骤4212，将三相电流输出值折算为CPU寄存器给定值；

步骤4213，结束。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于快速储能的风电潮流优化系统，其特征在于：包括蓄电池组(1)、直流功率调节系统(2)、超级电容器组(3)、交直流功率调节系统(4)，直流功率调节系统(2)采用多组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑，蓄电池组(1)位于直流功率调节系统(2)低压侧，超级电容器组(3)位于直流功率调节系统(2)高压侧，储能环节与公共电网通过交直流功率调节系统(4)连接。

2.根据权利要求1所述的基于快速储能的风电潮流优化系统，其特征在于：直流功率调节系统(2)采用三组相并联的双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元S₁-S₆，每组双向Buck-Boost变流拓扑功率调节单元由带反并联二极管的2支相串联的三极管IGBT和1支电感L_dc组成，相串联的2支三极管IGBT连接点与电感L_dc的一端相连，电感L_dc的另一端接蓄电池的正极，相串联的上端三极管IGBT的集电极C和下端三极管IGBT的发射极E分别同超级电容器组的正、负端连接。

3.一种权利要求1基于快速储能的风电潮流优化系统的控制方法，其特征在于：包括储能功率分配控制方法和潮流优化控制方法，所述的储能功率分配控制方法根据超级电容器组荷电状态SOC所属区域，采用基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略，控制直流功率调节系统(2)实现两种储能元件间的功率分配；所述的潮流优化控制方法，根据蓄电池组荷电状态SOC所属区域，基于系统及电网间能量流动的动态调整规则，柔性控制交直流功率调节系统(4)与公共电网间的有功功率交换。

4.根据权利要求3基于快速储能的风电潮流优化系统的控制方法，其特征在于：储能元件荷电状态SOC区域划分方法为：

潮流优化控制过程中，超级电容器组荷电状态SOC与电压存在着确定的对应关系：

因此依据超级电容器的电压值划分其荷电状态SOC区域，在本系统中，超级电容器组的额定电压1PU为其最高工作电压U_Cmax；超级电容器组位于直流功率调节系统(2)高压侧，因此其最低工作电压U_Cmin 0.4PU即为蓄电池组电压；超级电容器组荷电状态SOC区间的近似中间值所对应电压设定为参考电压U_Cref，本系统取为0.7倍额定电压0.7PU；其中设定超级电容器组电压低于0.98倍额定电压U_CA0.98PU为安全荷电状态SOC区域S；高于0.98倍额定电压U_CA0.98PU进入荷电状态SOC警戒区域A；

蓄电池组荷电状态SOC区域的划分：蓄电池组的额定荷电状态1PU为其荷电状态最高值SOC_max，取0.1倍额定荷电状态0.1PU为其荷电状态最低值SOC_min，高于0.9倍额定荷电状态值SOC_A 0.9PU为荷电状态SOC警戒区域A；低于0.3倍额定荷电状态值SOC_B 0.3PU为警戒SOC区域B；0.3PU-0.9PU为荷电状态SOC安全区域S。

5.根据权利要求3基于快速储能的风电潮流优化系统的控制方法，其特征在于：潮流优化系统及电网间能量流动的动态调整规则为：

如果蓄电池组实时荷电状态位于荷电状态SOC安全区域S时：i_dref＝i_dref1，如果蓄电池组实时荷电状态位于荷电状态SOC警戒区域A时：若i_dref1＞0，

若i_dref1＜0，i_dref＝i_dref1，如果蓄电池组实时荷电状态位于荷电状态SOC警戒区域B时：若i_dref1＞0，i_dref＝i_dref1；若i_dref1＜0，

其中：i_dref1为交直流功率调节系统有功指令的原始计算值；i_dref为交直流功率调节系统有功指令的调整值；ΔSOC为蓄电池组实时荷电状态SOC与参考荷电状态SOC_ref的差值，即ΔSOC＝|SOC-SOC_ref|；SOC_PM或SOC_NM为自SOC_ref起可充/放电的最大容量空间，即SOC_PM＝SOC_max-SOC_ref，SOC_NM＝SOC_ref-SOC_min。

6.根据权利要求3-5任一所述的基于快速储能的风电潮流优化系统的控制方法，其特征在于：所述基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略的电压外环调节控制步骤如下：

步骤2101，开始执行直流功率调节系统电压外环调节流程；

步骤2102，判断是否开关周期中间时刻到，如果没到，执行其他程序，如果到了，执行步骤2103；

步骤2103，对超级电容器电压采样、直流功率调节系统电感电流采样；

步骤2104，判断超级电容器组荷电状态SOC是否位于安全区域S，如果不是，将低通滤波时间常数调整为0，如果是，执行步骤2105；

步骤2105，低通滤波时间常数为正常低通滤波值；

步骤2106，低通滤波计算得到超级电容器低频电压反馈值；

步骤2107，给定超级电容器低频电压值；

步骤2108，求取给定值与反馈值差值；

步骤2109，对差值进行积分累计计算；

步骤2110，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，积分累计限幅，如果不是，执行步骤2111；

步骤2111，对差值进行比例放大计算；

步骤2112，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤2113，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，如果不是，执行步骤2114；

步骤2114，将比例积分和值作为电压外环调节输出；

步骤2115，结束；

所述基于超级电容器电压低频波动抑制的功率分配策略的电流内环调节控制步骤如下：

步骤2201，开始执行直流功率调节系统电流内环调节流程；

步骤2202，将电压调节输出经量级调整作为直流功率调节系统电流内环总的电流指令；

步骤2203，按并联单元个数对电流指令平均后作为单元电流指令；

步骤2204，将开关周期中点电感电流值作为反馈值；

步骤2205，求取给定值与反馈值差值；

步骤2206，对差值进行积分累计计算；

步骤2207，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，进行积分累计限幅，直至积分累计值小于限定值，如果不是，执行步骤2208；

步骤2208，对差值进行比例放大计算；

步骤2209，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤2210，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，直至和值小于限定值，如果不是，执行步骤2211；

步骤2211，将比例积分和值作为电流内环调节输出；

步骤2212，调节输出经量级调整后作为CPU寄存器给定值；

步骤2213，结束。

7.根据权利要求5所述的基于快速储能的风电潮流优化系统的控制方法，其特征在于：所述基于蓄电池组荷电状态SOC的系统与电网间能量动态调整规则的有功、无功电流指令生成步骤：

步骤4101：开始交直流功率调节系统有功与无功电流指令生成；

步骤4102：判断是否按调度指令向电网注入恒定有功，如果是，按调度指令给定有功功率指令值，执行步骤4106，如果不是，执行步骤4103；

步骤4103，对风电机组注入电网电流、接入点电压及蓄电池组荷电状态SOC检测，执行步骤4104；

步骤4104，进行基于瞬时无功理论的有功功率计算；

步骤4105，利用低通滤波器对风电机组输出有功滤波，得到交直流功率调节系统的有功功率指令；

步骤4106，将有功功率指令经量级调整转换为有功电流指令；

步骤4107，根据基于蓄电池组荷电状态SOC的有功电流调整规则调整计算有功指令；

步骤4108，判断是否按风电机组输出无功等值补偿，如果是，按风电机组输出无功给定无功功率指令值，执行步骤4114，如果不是，执行步骤4109；

步骤4109，将接入点额定电压与实际电压作差；

步骤4110，对差值进行积分累计计算；

步骤4111，对差值进行比例放大计算；

步骤4112，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤4113，比例积分和值限幅后作为交直流功率调节系统无功功率指令；

步骤4114，将无功功率指令经量级调整后作为无功电流指令；

步骤4115，结束；

所述基于蓄电池组荷电状态SOC的动态能量调整方法的有功、无功电流指令跟踪步骤：

步骤4201，开始交直流功率调节系统有功和无功电流指令跟踪程序；

步骤4202，对交直流功率调节系统输出电流、电压检测；

步骤4203，将基于瞬时无功理论分解的交直流功率调节系统输出电流的有功分量和无功分量分别作为反馈值；

步骤4204，将有功电流和无功电流的给定值与反馈值作差值；

步骤4205，对差值进行积分累计计算；

步骤4206，判断积分累计值是否超出限定值，如果是，进行积分累计限幅，直至积分累计值小于限定值，如果不是，执行步骤4207；

步骤4207，对差值进行比例放大计算；

步骤4208，求取比例部分与积分累计部分和值；

步骤4209，判断和值是否超出限定值，如果是，进行比例积分和值限幅，直至和值小于限定值，如果不是，执行步骤4210；

步骤4210，将比例积分和值作为有功电流和无功电流的调节输出；

步骤4211，基于瞬时无功理论将有功电流和无功电流分量折算为三相电流输出值；

步骤4212，将三相电流输出值折算为CPU寄存器给定值；

步骤4213，结束。

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