CN113162128B - 集成飞轮储能系统的光伏电站和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成飞轮储能系统的光伏电站和控制方法，升压变压器与电网之间设置第一采样点；光伏阵列通过直流升压器与光伏逆变器连接，光伏逆变器与升压变压器连接，在光伏逆变器与升压变压器之间设置第二采样点；飞轮储能系统包括飞轮储能装置和储能逆变器，飞轮储能装置包括控制器和飞轮阵列，储能逆变器适于与升压变压器连接；其中，控制器用于获取第一采样点的电网频率，根据电网频率确定电网对飞轮阵列的充放电需求，并获取第一调差系数，根据第一调差系数计算电网的充放电需求功率，根据充放电需求和充放电需求功率控制飞轮阵列对电网充电或放电。本发明集成飞轮储能系统的光伏电站，能提高光源的利用率，提高发电效率。

Description

集成飞轮储能系统的光伏电站和控制方法
技术领域
本发明涉及光伏并网发电技术领域，尤其是涉及一种集成飞轮储能系统的光伏电站和控制方法。
背景技术
光伏并网发电系统在一般情况下只能够提供电网有功电能，实现方式为通过光伏阵列在光生伏特效应下接收光能并输出直流电，然后通过光伏逆变器进行直流升压，升压后通过三相储能逆变器将直流电转换成工频的交流电，经过滤波器和升压变压器并入电网。由于负荷与电源分布不均衡等原因，大量的光伏电站产生的电能需要经过高压输电线路进行外输送。随着光伏电站装机容量比重逐年上升，光伏发电系统并网对电网的影响愈加凸显，常见的影响有有功出力穿越近区电网以及远距离输电通道时，其随机波动的特性将影响到电网无功平衡特性。光伏电站通常采用控制光伏逆变器的接入和退出来对电网的有功功率进行调节。但是，采用控制光伏逆变器的接入和退出来调节电网有功功率的方式，会造成大量的光能源不能被利用，光伏电站的发电效率降低，并网不稳定。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提出一种集成飞轮储能系统的光伏电站，提高光源的利用率，提高发电效率。
本发明的目的之二在于提出一种控制方法。
为了解决上述问题，本发明第一方面实施例提出的集成飞轮储能系统的光伏电站，包括：升压变压器，适于与电网连接，所述升压变压器与所述电网之间设置第一采样点；光伏阵列、直流升压器和光伏逆变器，所述光伏阵列与所述直流升压器连接，所述直流升压器与所述光伏逆变器连接，所述光伏逆变器与所述升压变压器连接，在所述光伏逆变器与所述升压变压器之间设置第二采样点；飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括飞轮储能装置和储能逆变器，所述飞轮储能装置包括控制器和飞轮阵列，所述飞轮储能装置与所述储能逆变器连接，所述储能逆变器适于与升压变压器连接；其中，所述控制器用于，获取所述第一采样点的电网频率，根据所述电网频率确定所述电网对所述飞轮阵列的充放电需求，并获取第一调差系数，根据所述第一调差系数计算所述电网的充放电需求功率，根据所述充放电需求和所述充放电需求功率控制所述飞轮阵列对所述电网充电或放电。
根据本发明实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站，设置光伏阵列将光能转换成电能为电网供电，在电网存在充放电需求时，控制飞轮阵列运行以对电网充电或放电。在第一采样点和第二采样点处采集电网参数，并根据电网参数确定需要对电网进行有功和/或无功调节时，控制飞轮阵列与电网交换有功功率和/或无功功率。利用飞轮储能系统运行调节电网有功功率，相较于采用控制光伏逆变器的接入和退出来调节电网有功功率的方式，提高光源的利用率，提高发电效率。
在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于，获取所述第二采样点的采样电流和采样电压，根据所述采样电流和所述采样电压获得所述电网的瞬时无功功率补偿需求量，获取第二调差系数，根据所述第二调差系数和所述瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据所述无功功率控制所述飞轮阵列。
在本发明的一些实施例中，所述飞轮阵列包括：第一双向转换单元，所述第一双向转换单元的第一端与所述直流升压器、所述光伏逆变器分别连接；第二双向转换单元，所述第二双向转换单元的第一端与所述储能逆变器连接，所述第二双向转换单元的第二端与所述第一双向转换单元的第二端连接；第一电机和第一单元飞轮，所述第一电机的第一端与所述第一双向转换单元的第二端、所述第二双向转换单元的第二端连接，所述第一电机的第二端与所述第一单元飞轮连接。
在本发明的一些实施例中，所述储能逆变器包括：第一储能逆变单元，所述第一储能逆变单元的第一端与所述升压变压器连接；第二储能逆变单元，所述第二储能逆变单元的第一端与所述升压变压器连接；所述飞轮阵列包括：第三双向转换单元，所述第三双向转换单元的第一端与所述第一储能逆变单元的第二端连接；第二电机和第二单元飞轮，所述第二电机的第一端与所述第三双向转换单元的第二端连接，所述第二电机的第二端与所述第二单元飞轮连接；第四双向转换单元，所述第四双向转换单元的第一端与所述第二储能逆变单元的第二端连接；第三电机和第三单元飞轮，所述第三电机的第一端与所述第四双向转换单元的第二端连接，所述第三电机的第二端与所述第三单元飞轮连接。
为了解决上述问题，本发明第二方面实施例提出一种控制方法，用于所述集成飞轮储能系统的光伏电站，所述控制方法包括：获取第一采样点的电网频率；根据所述电网频率确定电网对飞轮阵列的充放电需求；获取第一调差系数；根据所述第一调差系数计算所述电网的充放电需求功率；根据所述充放电需求和所述充放电需求功率控制所述飞轮阵列对所述电网充电或放电。
根据本发明实施例的控制方法，根据电网的充放电需求和充放电需求功率控制飞轮阵列对电网充电或放电，既实现了由飞轮储能系统为电网的功率提供一次调频支撑，又能由飞轮储能系统对电网进行有功功率调节。相较于采用控制光伏逆变器的接入和退出来调节电网有功功率的方式，提高光源的利用率，提高光伏电站的发电效率。在对电网进行有功调节的过程中，还可以根据第一调差系数对飞轮动作进行误差修正，保证飞轮储能系统的运行稳定性。
在本发明的一些实施例中，获取第一调差系数包括：获取所述飞轮阵列中单元飞轮的转速系数，根据以下公式获得所述第一调差系数：ΔK1＝1-1/(GRPM*KP)；其中，ΔK1为所述第一调差系数，GRPM为所述转速系数，KP为有功变化系数。
在本发明的一些实施例中，根据所述第一调差系数计算所述电网的充放电需求功率，包括：在电网频率小于第一预设电网频率阈值时飞轮阵列向所述电网放电，其中，所述第一预设电网频率阈值小于电网额定频率；通过以下公式计算放电需求功率：ΔP11＝Kf*Δf*ΔK1；其中，Δf>0，ΔP11为所述电网的放电需求功率，Kf为电网频率系数，Δf为预设的电网频率扰动值；或者，在电网频率大于第二预设电网频率阈值时飞轮阵列从所述电网充电，其中，所述第二预设电网频率阈值大于电网额定频率；通过以下公式计算充电需求功率：ΔP12＝Kf*Δf*ΔK1；其中，Δf>0，ΔP12为电网的充电需求功率，Kf为电网频率系数，Δf为预设的电网频率扰动值。
在本发明的一些实施例中，所述控制方法还包括：获取第二采样点的采样电流和采样电压；根据所述采样电流和所述采样电压获得所述电网的瞬时无功功率补偿需求量；获取第二调差系数；根据所述第二调差系数和所述瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据所述无功功率控制所述飞轮阵列。
根据本发明实施例的控制方法，根据第二调差系数和瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据无功功率控制飞轮阵列运行，以实现由飞轮储能系统对电网进行有功功率调节。相较于装SVG(Static Var Generator，静止无功发生器)且光伏电站单独配置一定系数的冗余容量进行无功补偿备用的方式，可充分利用光伏电站的发电容量，以实现储能最大化，还能节省光伏电站的建设成本。在对电网进行无功调节的过程中，还可以根据第二调差系数对飞轮动作进行误差修正，保证飞轮储能系统的运行稳定性。
在本发明的一些实施例中，获取第二调差系数包括：获取所述飞轮阵列中单元飞轮的转速系数，并根据以下公式获得所述第二调差系数：ΔK2＝1-1/(GRPM*KQ)；其中，ΔK2为所述第二调差系数，GRPM为所述转速系数，KQ为无功变化系数。
在本发明的一些实施例中，所述控制方法还包括：通过以下公式获得有功功率和无功功率预测分配系数：ΔPQ＝1-((TQ+TP)/T)；其中，ΔPQ为所述有功功率和无功功率预测分配系数，TQ为无功输出时间，TP为有功输出时间，T为输出时间周期；根据所述有功功率和无功功率预测分配系数对所述转速系数的差值进行修正。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站的框图；
图2是本发明另一个实施例的一种集成飞轮储能系统的光伏电站的框图；
图3是本发明又一个实施例的另一种集成飞轮储能系统的光伏电站的框图；
图4是本发明一实施例的控制方法的流程图；
图5是本发明另一个实施例的控制方法的流程图；
图6是本发明又一个实施例的控制方法的流程图。
附图标记：
集成飞轮储能系统的光伏电站100、电网200；
升压变压器1、光伏逆变器2、直流升压器3、光伏阵列4、飞轮储能系统5；
储能逆变器10、飞轮储能装置20；
第一储能逆变单元11、第二储能逆变单元12、控制器21、飞轮阵列22；
第一双向转换单元221、第二双向转换单元222、第一电机223、第一单元飞轮224、第三双向转换单元225、第二电机226、第二单元飞轮227、第四双向转换单元228、第三电机229、第三单元飞轮230。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站。
图1是本发明一个实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站的框图。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，集成飞轮储能系统的光伏电站100包括升压变压器1、光伏逆变器2、直流升压器3、光伏阵列4和飞轮储能系统5。
升压变压器1适于与电网200连接，升压变压器1与电网200之间设置第一采样点A。其中，飞轮储能系统5进入工作状态后，在第一采样点A处采集电网频率，根据电网频率确定电网200对飞轮阵列的充放电需求。
光伏阵列4与直流升压器3连接，直流升压器3与光伏逆变器2连接，光伏逆变器2与升压变压器1连接，在光伏逆变器2与升压变压器1之间设置第二采样点B。
光伏阵列4用于吸收光能，并根据光生伏特效应将光能转化为电能，以输出直流电。直流升压器3对直流电进行升压，并将升压后的直流电输送给光伏逆变器2。光伏逆变器2用于将直流电转换为工频的交流电，同时控制光伏阵列4与交流电网200交换有功功率。升压变压器1将交流电升压后输送至电网200，从而完成由光能到电能的转化。
飞轮储能系统5进入工作状态后，在第二采样点B处采集采样电流和采样电压，可以根据采样电流和采样电压，判断对电网200是否需要进行无功调节。
飞轮储能系统5包括飞轮储能装置20和储能逆变器10，飞轮储能装置20包括控制器21和飞轮阵列22，飞轮储能装置20与储能逆变器10连接，储能逆变器10适于与升压变压器1连接。储能逆变器10能控制飞轮储能装置20与交流电网200进行功率交换。控制器21控制飞轮阵列22的运行状态，飞轮阵列22运行时能从电网200吸收功率或者向电网200释放功率。
其中，控制器21用于，获取第一采样点A的电网频率，根据电网频率确定电网200对飞轮阵列22的充放电需求，并获取第一调差系数，根据第一调差系数计算电网200的充放电需求功率，根据充放电需求和充放电需求功率控制飞轮阵列22对电网200充电或放电。由飞轮储能系统5对电网200进行有功调节，能实现电网200功率的一次调频。
举例而言，在第一采样点A处采集电网频率，确定采集到的电网频率低于电网额定频率，则确定飞轮阵列22需要向电网200放电并获取第一调差系数，根据第一调差系数计算充电需求功率，控制器21根据充电需求功率控制飞轮阵列22运行，飞轮储能系统5释放电能至电网200，以调整电网200频率至电网额定频率。再例如，确定采集到的电网频率高于电网额定频率，则确定飞轮阵列22需要从电网200充电并获取第一调差系数，根据第一调差系数计算放电需求功率，控制器21根据放电需求功率控制飞轮阵列22运行，实现飞轮储能系统5运行时从电网200充电，以调整电网200的频率至电网额定频率。飞轮储能系统5提供电网200的功率一次调频支撑的同时还能对能量进行储存，可为电网200进行无功调节提供备用容量。
根据本发明实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站100，设置光伏阵列4将光能转换成电能为电网200供电，在电网200存在充放电需求时，控制飞轮阵列22运行以对电网200充电或放电。在第一采样点A和第二采样点B处采集电网参数，并根据电网参数确定需要对电网200进行有功和/或无功调节时，控制飞轮阵列22与电网200交换有功功率和/或无功功率。利用飞轮储能系统5运行调节电网有功功率，相较于控制光伏逆变器2的接入和退出来调节电网有功功率的方式，提高了光源的利用率，提高了发电效率。
在相关技术中，由于光伏阵列的无功支撑能力较弱，使并网点电压发生电压越限的风险加大，并且光伏阵列的接入改变了电网已有的辐射状网架结构，使电网潮流分布大小、方向等复杂多变，变得更加难控，进而影响配电网的电压质量等。光伏电站进行无功功率调节通常采用光伏逆变器进行调节和加装SVG进行调节，这样的调节方式需要电网配置额外的10％-20％的光伏电站发电容量，增加光伏电站的建设成本。
在本发明的一些实施例中，控制器21还用于，获取第二采样点B的采样电流和采样电压，根据采样电流和采样电压获得电网200的瞬时无功功率补偿需求量，获取第二调差系数，根据第二调差系数和瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据无功功率控制飞轮阵列22。
举例而言，在第二采样点B处采集采样电流和采样电压，对采样电流和采样电压进行分析和计算，确定需要调节电网200的无功功率，获取第二调差系数，根据采样电流和采样电压确定电网200所需的瞬时无功功率补偿需求量，根据第二调差系数和瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率。控制器21根据无功功率控制飞轮阵列22运行，以对电网200进行无功功率补偿，实现由飞轮储能系统5对电网200进行无功调节。
根据本发明实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站100，利用飞轮储能系统5来调节电网无功功率，相较于加装SVG进行调节的方式，可充分利用集成飞轮储能系统的光伏电站100的发电容量，以实现储能最大化，还能节省建设成本。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，为根据本发明一个实施例的一种集成飞轮储能系统的光伏电站的框图，飞轮阵列22包括第一双向转换单元221、第二双向转换单元222、第一电机223和第一单元飞轮224。
其中，第一双向转换单元221的第一端与直流升压器3、光伏逆变器2分别连接；直流升压器3用于为光伏阵列4产生的直流电进行升压。直流升压器3与光伏逆变器2间设置有直流母线，飞轮阵列22通过第一双向转换单元221与直流母线连接，第一双向转换单元221将直流电转换为交流电，在电网200稳定运行时，控制器21控制飞轮阵列22运行，以通过直流母线进行均匀充电。
第二双向转换单元222的第一端与储能逆变器10连接，第二双向转换单元222的第二端与第一双向转换单元221的第二端连接。第一电机223的第一端与第一双向转换单元221的第二端、第二双向转换单元222的第二端连接，第一电机223的第二端与第一单元飞轮224连接。
在本发明的一些实施例中，当需要对电网200进行有功功率调节时，控制器21可以控制第一单元飞轮224运行，带动第一电机223运转产生直流电，第二双向转换单元222将直流电转换为交流电并输送给储能逆变器10，从而实现飞轮阵列22与交流电网200交换有功功率。当需要对电网200进行无功功率调节时，控制器21可以控制第一单元飞轮224运行，带动第一电机223运转产生直流电，第二双向转换单元222将直流电转换为交流电并输送给储能逆变器10，从而实现飞轮阵列22与电网200交换无功功率。通过控制器21控制第一单元飞轮224运行，从而实现飞轮储能系统5运行以对电网200进行有功功率和/或无功功率调节。
再就是，设置第一双向转换单元221和第二双向转换单元222，在电网需要同时进行有功功率调节和无功功率调节时，控制器21控制第一单元飞轮224运行，带动第一电机223运转产生直流电，第一双向转换单元222将直流电转换为交流电并输送给光伏逆变器2，实现飞轮阵列22与电网200交换有功功率，同时通过第二双向转换单元222将直流电转换为交流电并输送给储能逆变器10，实现飞轮阵列22与电网200交换无功功率。或者，通过第一双向转换单元222将直流电转换为交流电并输送给光伏逆变器2，实现飞轮阵列22与电网200交换无功功率，同时通过第二双向转换单元222将直流电转换为交流电并输送给储能逆变器10，实现飞轮阵列22与电网200交换有功功率。由此，可以实现飞轮阵列22与电网200之间同时进行有功功率和无功功率调节。
在本发明的一些实施例中，如图3所示，为根据本发明一个实施例的另一种集成飞轮储能系统的光伏电站的框图，储能逆变器10包括第一储能逆变单元11和第二储能逆变单元12。
其中，第一储能逆变单元11的第一端与升压变压器1连接。第二储能逆变单元12的第一端与升压变压器1连接。飞轮储能装置20分别经第一储能逆变单元11和第二储能逆变单元12与电网200连接，当需要对电网200进行无功功率和/或有功功率调节时，第一储能逆变单元11和第二储能逆变单元12能同时运行。
举例而言，当只需要对电网200进行有功功率调节时，控制器21可以控制第一储能逆变单元11进行有功输出，从而实现飞轮阵列22与电网200交换有功功率。当只需要对电网200进行无功功率调节时，控制器21可以控制第二储能逆变单元12进行无功输出。当需要同时对电网200进行有功功率调节和无功功率调节时，控制器21可以控制第一储能逆变单元11进行有功输出，控制第二储能逆变单元12进行无功输出。
在本发明的一些实施例中，如图3所示，飞轮阵列22包括第三双向转换单元225、第二电机226、第二单元飞轮227、第四双向转换单元228、第三电机229和第三单元飞轮230。
其中，第三双向转换单元225的第一端与第一储能逆变单元11的第二端连接。第二电机226的第一端与第三双向转换单元225的第二端连接，第二电机226的第二端与第二单元飞轮227连接。第四双向转换单元228的第一端与第二储能逆变单元12的第二端连接。第三电机229的第一端与第四双向转换单元228的第二端连接，第三电机229的第二端与第三单元飞轮230连接。其中，第三双向转换单元225和第四双向转换单元228用于将直流电转换成交流电。
飞轮阵列22中设置两组双向转换单元和两组电机，并设置两组单元飞轮与两组电机对应连接。第二单元飞轮227经第二电机226和第三双向转换单元225与第一储能逆变单元11连接，第三单元飞轮230经第三电机229和第四双向转换单元228与第二储能逆变单元12连接。当需要对电网200进行无功功率和/或有功功率调节时，第二单元飞轮227和第三单元飞轮230能同时运行。
举例而言，当只需要对电网200进行有功功率调节时，控制器21可以控制第二单元飞轮227运行，带动第二电机226运转产生直流电，第三双向转换单元225将直流电转换为交流电并输送给第一储能逆变单元11从而实现飞轮阵列22与交流电网200交换有功功率。
当只需要对电网200进行无功功率调节时，控制器21可以控制第三单元飞轮230运行，带动第三电机229运转产生直流电，第四双向转换单元228将直流电转换为交流电并输送给第二储能逆变单元12，从而实现飞轮阵列22与电网200交换无功功率。
当需要同时对电网200进行有功功率调节和无功功率时，控制器21可以控制第二单元飞轮227运行以进行有功输出，控制第三单元飞轮230运行以进行无功输出，飞轮阵列22可以两组飞轮同时进行有功和/或无功动作，从而实现飞轮阵列22与电网200同时交换有功功率和无功功率。
在本发明的一些实施例中，集成飞轮储能系统的光伏电站100上电工作后，飞轮储能系统5进入热备状态。
具体地，如图3所示，飞轮储能系统5启动后进入预工作状态，启动飞轮储能装置20真空系统，并对飞轮储能装置20进行真空状态保持，上传飞轮阵列22开机运行状态信息至控制器21。控制器21根据采集的每个单元飞轮的运行状态信息，判断飞轮储能装置20满足运行真空要求，控制没有故障的飞轮优先进行充电至热备状态，并同时监视其他飞轮。例如，控制第二单元飞轮227进行充电，监视第三单元飞轮230，确定第二单元飞轮227已充电至热备状态后，控制器21执行第三单元飞轮230的充电步骤，直至非故障条件的飞轮全部充电至热备状态，飞轮储能系统5开始进入工作状态。
在本发明的一个实施例中，飞轮储能系统5进入工作状态后，能实现如图4所示的控制方法。该控制方法用于上面任一项实施例的集成飞轮储能系统的光伏电站100，其中，控制方法至少包括步骤S1-S5，具体如下。
S1，获取第一采样点的电网频率。
在本发明的一些实施例中，启动采样检测，检测第一采样点A处的电网频率，并将电网频率记为f。其中，检测第一采样点A的电网频率f是否在预设的频率范围内，例如判断是否满足-fc<f＜fc，其中，-fc为第一预设电网频率阈值，fc为第二预设电网频率阈值，并将判断结果进行反馈。
S2，根据电网频率确定电网对飞轮阵列的充放电需求。
在本发明的一些实施例中，若电网频率f满足-fc<f<fc，则确定不需要对电网进行有功调节，若不满足，则确定需要对电网的有功功率进行调节。获得预设的电网频率扰动值并记为Δf，并根据电网频率f和Δf确定电网对飞轮阵列的充放电需求。例如，当f<-fc，且Δf>0，则确定飞轮阵列需向电网放电，当f>fc，且Δf>0，则确定飞轮阵列需从电网充电。
S3，获取第一调差系数，其中，第一调差系数为有功调节系数，飞轮阵列根据第一调差系数对飞轮动作进行误差修正。
S4，根据第一调差系数计算电网的充放电需求功率。采集飞轮阵列的运行参数，根据电网对飞轮阵列的充放电需求，对飞轮阵列的运行参数和第一调差系数计算处理，以获取电网的充放电需求功率ΔPc/d。其中，电网的充放电需求功率ΔPc/d可以包括电网的放电需求功率ΔP11和电网的充电需求功率ΔP12，飞轮阵列的运行参数可以包括飞轮转速和飞轮转动惯量等参数。
S5，根据充放电需求和充放电需求功率控制飞轮阵列对电网充电或放电。
在本发明的一些实施例中，当电网存在充放电需求时，控制器根据电网放电需求功率ΔP11和电网充电需求功率ΔP12，获取电网存在有功功率调节需求时的单体飞轮总储能能量并记为Pfw。
以飞轮阵列需放电至电网为例，根据电网充电需求功率ΔP12获取电网存在有功功率调节需求时的单体飞轮总储能能量并记为Pfw，获取电网存在有功功率调节需求时单体飞轮转换功率，以将电网充电需求功率ΔP12平均分配给飞轮阵列中单体飞轮。其中，将电网存在有功功率调节需求时单体飞轮转换功率记为ΔPfw。
具体地，可以根据公式ΔP12＝∑Pd1+Pd2+Pdn计算，获取电网从单体飞轮的充电需求功率。其中，Pd1-Pdn为电网需从单体飞轮的充电需求功率。再根据公式Pdn＝RPM％*Pfw计算，获取电网存在有功功率调节需求时单体飞轮总储能能量Pfw，其中，RPM％为飞轮阵列的飞轮储能能量转速百分比。最后根据公式计算，获取电网存在有功功率调节需求时单体飞轮转换功率ΔPfw，其中，J为飞轮转动惯量，W为飞轮转速。控制器发送功率指令，飞轮阵列执行功率指令并上传执行状态，从而完成将电网的充电需求功率平均分配值飞轮阵列中单体飞轮。
根据本发明实施例的控制方法，根据电网的充放电需求和充放电需求功率控制飞轮阵列对电网充电或放电，既实现了由飞轮储能系统为电网的功率提供一次调频支撑，又能由飞轮储能系统对电网进行有功功率调节。相较于采用控制光伏逆变器的接入和退出来调节电网有功功率的方式，提高光源的利用率，提高光伏电站的发电效率。在对电网进行有功调节的过程中，还可以根据第一调差系数对飞轮动作进行误差修正，保证飞轮储能系统的运行稳定性。
在本发明的一些实施例中，飞轮储能系统对电网有功功率调节为循环调节，在对电网进行有功调节过程中，控制器获取飞轮阵列的有功功率和无功功率预测分配系数并记为ΔPQ，获取电网的充放电需求功率并记为ΔPc/d，飞轮阵列还反馈多台功率协同系数至控制器，将电网存在有功功率调节需求时的多台功率协同系数记为Kr1，控制器采集飞轮阵列的已输出有功功率并记为ΔPs。
在本发明的一些实施例中，上述步骤S3中，获取第一调差系数，包括获取飞轮阵列中单元飞轮的转速系数。其中，可根据公式(1-1)获得第一调差系数。第一调差系数为有功调节系数，在对电网进行有功调节时，飞轮阵列用于根据第一调差系数对飞轮动作进行误差修正。
ΔK1＝1-1/(GRPM*KP) 公式(1-1)
其中，在实施例中，ΔK1为第一调差系数，GRPM为转速系数，KP为有功变化系数。根据检测到的飞轮阵列的飞轮储能能量转速百分比RPM％、电网的充放电需求功率ΔPc/d、电网存在有功功率调节需求时的多台功率协同系数Kr1以及飞轮阵列已输出有功功率ΔPs，获取飞轮阵列的有功变化系数KP。将有功变化系数KP和转速系数GRPM按照如公式(1-1)的算法进行计算，获取第一调差系数ΔK1，可以根据第一调差系数ΔK1对飞轮动作进行误差修正。
在本发明的一些实施例中，上面步骤S4中，根据第一调差系数ΔK1计算电网的充放电需求功率ΔPc/d，包括在电网频率小于设定频率下限值时飞轮阵列向电网放电。其中，可通过公式(1-2)计算放电需求功率。
ΔP11＝Kf*Δf*ΔK1 公式(1-2)
其中，在实施例中，Δf>0，ΔP11为电网的放电需求功率，Kf为电网频率系数，Δf为设置频率差值。当电网存在放电需求时，控制器根据放电需求和放电需求功率ΔP11控制飞轮阵列运行，以实现电网放电至飞轮阵列。
或者，在电网频率大于设定频率上限值时飞轮阵列从电网充电。可通过公式(1-3)计算充电需求功率。
ΔP12＝Kf*Δf*ΔK1 公式(1-3)
其中，在实施例中，Δf>0，ΔP12为电网的充电需求功率，Kf为电网频率系数，Δf为设置频率差值。当电网存在充电需求时，控制器根据充电需求和充电需求功率ΔP12控制飞轮阵列运行，以实现电网从飞轮阵列充电。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，为根据本发明另一个实施例的控制方法的流程图，控制方法还包括步骤S6-S9，具体如下。
S6，获取第二采样点的采样电流和采样电压。
在本发明的一些实施例中，集成飞轮储能系统的光伏电站上电工作后，飞轮储能系统进入热备状态，启动采样检测，在第二采样点B处采集采样电流记为I和采样电压记为U，分析采样电流I和采样电压U的相位，判断补偿点功率因数。
S7，根据采样电流I和采样电压U获得电网的瞬时无功功率补偿需求量。
具体地，可以通过公式Q＝UI进行计算，获取电网的瞬时无功功率，其中Q为电网的瞬时无功功率。根据电网的瞬时无功功率Q和预设的电网无功功率获取电网的瞬时无功功率补偿需求量并记为ΔQf。
S8，获取第二调差系数。其中，第二调差系数为无功调节系数，可以根据第二调差系数对飞轮动作进行误差修正。
S9，根据第二调差系数和瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据无功功率控制飞轮阵列。采集飞轮阵列的运行参数，对飞轮阵列的运行参数、第二调差系数以及电网的瞬时无功功率补偿需求量ΔQf进行计算处理，以获取飞轮阵列输出的无功功率，将无功功率记为Qs。其中，飞轮阵列的运行参数可以包括飞轮储能能量转速百分比RPM％等。
将电网所需无功功率Qs平均分配给飞轮阵列中单体飞轮，具体地，可以根据公式ΔQf＝∑Qf1+Qf2+Qfn计算，获取单体飞轮运行的无功功率补偿量。其中，Qf1-Qfn为单体飞轮运行的无功功率补偿量。再根据公式Qfn＝RPM％*Qfw计算，获取电网存在无功功率调节需求时的单体飞轮总储能能量Qfw。最后根据公式计算，获取电网存在无功功率调节需求时的单体飞轮转换功率ΔQfw，其中，J为飞轮转动惯量，W为飞轮转速。控制器发送功率指令，飞轮阵列执行功率指令并上传执行状态，从而实现将电网所需的无功功率Qs平均分配给飞轮阵列中的每个参与的飞轮。
在本发明的一些实施例中，飞轮阵列执行功率指令后，反馈调整后的运行功率至控制器，以为控制器提供参考，或者用于下一次飞轮阵列的有功功率和无功功率的计算。
在本发明的一些实施例中，飞轮储能系统对电网无功功率调节为循环调节，在对电网进行有功调节过程中，控制器获取飞轮阵列的有功功率和无功功率预测分配系数并记为ΔPQ，获取电网的瞬时无功功率补偿需求量ΔQf，飞轮阵列还反馈多台功率协同系数至控制器，将电网存在无功功率调节需求时的多台功率协同系数记为Kr2，控制器采集飞轮阵列的已输出无功功率并记为ΔQs。
在本发明的一些实施例中，上面步骤S8中，获取第二调差系数，包括获取飞轮阵列中单元飞轮的转速系数。可根据公式(1-4)获得第二调差系数。第二调差系数为无功调节系数，在对电网进行无功调节时，可以根据第二调差系数对飞轮动作进行误差修正。
ΔK2＝1-1/(GRPM*KQ) 公式(1-4)
其中，在实施例中，ΔK2为第二调差系数，GRPM为转速系数，KP为无功变化系数。据检测到的飞轮阵列的飞轮储能能量转速百分比RPM％、电网的瞬时无功功率补偿需求量ΔQf、电网存在无功功率调节需求时的多台功率协同系数Kr2以及飞轮阵列已输出无功功率ΔQs，获取飞轮阵列的无功变化系数KQ。将无功变化系数KQ和转速系数GRPM按照如公式(1-4)所示的算法进行计算，获取第二调差系数ΔK2，可以根据第一调差系数ΔK2对飞轮动作进行误差修正。
在本发明的一些实施例中，如图6所示，为根据本发明另一个实施例的控制方法的流程图，控制方法还包括步骤S10-S11，具体如下。
S10，通过公式(1-5)获得有功功率和无功功率预测分配系数。
ΔPQ＝1-((TQ+TP)/T) 公式(1-5)
其中，在实施例中，ΔPQ为有功功率和无功功率预测分配系数，TQ为无功输出时间，TP为有功输出时间，T为输出时间周期。
在本发明的一些实施例中，如公式(1-5)所示，按照一个可输出时间T为周期。当飞轮阵列预测功率类型时，第一调差系数ΔK1和第二调差系数ΔK2均按照一个周期T内的无功输出时间TQ和有功输出时间TP的和在一个周期T内的变化率百分比差值，获取有功功率和无功功率预测分配系数ΔPQ。
S11，根据有功功率和无功功率预测分配系数对转速系数的差值进行修正。
在本发明的一些实施例中，飞轮储能系统对电网进行有功功率和/或无功功率的调节过程为循环调节。根据有功功率和无功功率预测分配系数ΔPQ，可以获取飞轮阵列的预测有功需求时间和预测无功需求时间，预测功率类型按照预测有功需求时间和预测无功需求时间的百分比来反馈给控制器，以对飞轮可用转速的差值进行修正。在多个单元飞轮并联运转时，由于多台飞轮之间协同动作产生误差，在输出第一调差系数ΔK1和第二调差系数ΔK2后，飞轮阵列分别反馈电网存在有功功率调节需求时的多台功率协同系数Kr1和电网存在无功功率调节需求时的多台功率协同系数Kr2给控制器，以进行下次动作的误差修正值。
根据本发明实施例的飞轮储能系统5的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种集成飞轮储能系统的光伏电站，其特征在于，包括：
升压变压器，适于与电网连接，所述升压变压器与所述电网之间设置第一采样点；
光伏阵列、直流升压器和光伏逆变器，所述光伏阵列与所述直流升压器连接，所述直流升压器与所述光伏逆变器连接，所述光伏逆变器与所述升压变压器连接，在所述光伏逆变器与所述升压变压器之间设置第二采样点；
飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括飞轮储能装置和储能逆变器，所述飞轮储能装置包括控制器和飞轮阵列，所述飞轮储能装置与所述储能逆变器连接，所述储能逆变器适于与升压变压器连接；
其中，所述控制器用于，获取所述第一采样点的电网频率，根据所述电网频率确定所述电网对所述飞轮阵列的充放电需求，并获取第一调差系数，根据所述第一调差系数计算所述电网的充放电需求功率，根据所述充放电需求和所述充放电需求功率控制所述飞轮阵列对所述电网充电或放电；
所述控制器还用于，获取所述第二采样点的采样电流和采样电压，根据所述采样电流和所述采样电压获得所述电网的瞬时无功功率补偿需求量，获取第二调差系数，根据所述第二调差系数和所述瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据所述无功功率控制所述飞轮阵列。
2.根据权利要求1所述的集成飞轮储能系统的光伏电站，其特征在于，所述飞轮阵列包括：
第一双向转换单元，所述第一双向转换单元的第一端与所述直流升压器、所述光伏逆变器分别连接；
第二双向转换单元，所述第二双向转换单元的第一端与所述储能逆变器连接，所述第二双向转换单元的第二端与所述第一双向转换单元的第二端连接；
第一电机和第一单元飞轮，所述第一电机的第一端与所述第一双向转换单元的第二端、所述第二双向转换单元的第二端连接，所述第一电机的第二端与所述第一单元飞轮连接。
3.根据权利要求1所述的集成飞轮储能系统的光伏电站，其特征在于，
所述储能逆变器包括：
第一储能逆变单元，所述第一储能逆变单元的第一端与所述升压变压器连接；
第二储能逆变单元，所述第二储能逆变单元的第一端与所述升压变压器连接；
所述飞轮阵列包括：
第三双向转换单元，所述第三双向转换单元的第一端与所述第一储能逆变单元的第二端连接；
第二电机和第二单元飞轮，所述第二电机的第一端与所述第三双向转换单元的第二端连接，所述第二电机的第二端与所述第二单元飞轮连接；
第四双向转换单元，所述第四双向转换单元的第一端与所述第二储能逆变单元的第二端连接；
第三电机和第三单元飞轮，所述第三电机的第一端与所述第四双向转换单元的第二端连接，所述第三电机的第二端与所述第三单元飞轮连接。
4.一种控制方法，其特征在于，用于权利要求1-3任一项所述的集成飞轮储能系统的光伏电站，所述控制方法包括：
获取第一采样点的电网频率；
根据所述电网频率确定电网对飞轮阵列的充放电需求；
获取第一调差系数；
根据所述第一调差系数计算所述电网的充放电需求功率；
根据所述充放电需求和所述充放电需求功率控制所述飞轮阵列对所述电网充电或放电。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，获取第一调差系数包括：
获取所述飞轮阵列中单元飞轮的转速系数，根据以下公式获得所述第一调差系数：
ΔK1＝1-1/(GRPM*KP)；
其中，ΔK1为所述第一调差系数，GRPM为所述转速系数，KP为有功变化系数。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述第一调差系数计算所述电网的充放电需求功率，包括：
在电网频率小于第一预设电网频率阈值时飞轮阵列向所述电网放电，其中，所述第一预设电网频率阈值小于电网额定频率；
通过以下公式计算放电需求功率：
ΔP11＝Kf*Δf*ΔK1；
其中，Δf>0，ΔP11为所述电网的放电需求功率，Kf为电网频率系数，Δf为预设的电网频率扰动值；
或者，在电网频率大于第二预设电网频率阈值时飞轮阵列从所述电网充电，其中，所述第二预设电网频率阈值大于电网额定频率；
通过以下公式计算充电需求功率：
ΔP12＝Kf*Δf*ΔK1；
其中，Δf>0，ΔP12为电网的充电需求功率，Kf为电网频率系数，Δf为预设的电网频率扰动值。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
获取第二采样点的采样电流和采样电压；
根据所述采样电流和所述采样电压获得所述电网的瞬时无功功率补偿需求量；
获取第二调差系数；
根据所述第二调差系数和所述瞬时无功功率补偿需求量获得无功功率，根据所述无功功率控制所述飞轮阵列。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，获取第二调差系数包括：
获取所述飞轮阵列中单元飞轮的转速系数，并根据以下公式获得所述第二调差系数：
ΔK2＝1-1/(GRPM*KM)；
其中，ΔK2为所述第二调差系数，GQPM为所述转速系数，KQ为无功变化系数。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
通过以下公式获得有功功率和无功功率预测分配系数：
ΔPQ＝1-((TQ+TP)/T)；
其中，ΔPQ为所述有功功率和无功功率预测分配系数，TQ为无功输出时间，TP为有功输出时间，T为输出时间周期；
根据所述有功功率和无功功率预测分配系数对所述转速系数的差值进行修正。
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