CN114784870A - 用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统及方法 - Google Patents

用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统及方法 Download PDF

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CN114784870A CN202210525338.3A CN202210525338A CN114784870A CN 114784870 A CN114784870 A CN 114784870A CN 202210525338 A CN202210525338 A CN 202210525338A CN 114784870 A CN114784870 A CN 114784870A
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田桂珍
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Abstract

本发明提供一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统及方法，属于风力发电技术领域，利用零相移低通滤波器来检测并网的目标功率，和动态分配超级电容和全钒液流电池的功率，相比一阶低通滤波器而言，分解后得到的低、中、高频功率的耦合量很少，分辨率很高，储能装置工作在各自的充放电频率范围内，减小了充放电功率的大小，对于改良储能装置的容量，提高储能装置的使用寿命具有重要意义。同时，直驱风电发出的有功功率，在混合储能系统的平抑下，无论是在最大功率追踪下还是在限功率控制模式下都能平滑的并入电网，实现了直驱风机能够响应电网调度指令的有功功率控制。

Description

用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统及方法
本申请是名为《用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法及系统》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2020年03月09日，申请号为202010158879.8。
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统及方法。
背景技术
由于气候与地理环境等因素的影响，风电出力具有随机性、间歇性，由于风电波动波动功率中包含有高频、中频和低频的混合功率，如果没有经过处理，大规模的风电直接并入电网中进行使用，容易造成风电功率波动，进而对电网产生电能质量、电压稳定以及电网调度等影响，成为了制约风电场装机容量的主要因素之一。发展迅速的新型储能技术逐渐具备大容量、长寿命、低成本的优点。目前常用的方法采用一阶低通滤波器算法或变时间常数一阶低通滤波器算法分解风电功率，由于其相位滞后造成分解的高、中和低频功率分辨率较差；如果采用小波包分解法和经验模态分解法分解风电功率分辨率很高，但不能用在实时控制的平抑风电功率波动的环境下。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统及方法，以解决现有技术中不能在快速、准确的分解功率的同时减小混合储能的容量、降低成本、提高平抑的效果的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，包括：
网侧变换器，输出端与电网连接，用于将低频风电功率并入电网；
全钒液流电池组，设置在风力发电机侧，且输出端与风力发电机的输入端连接；
超级电容器组，设置在电网侧与发电侧之间，且输出端连接至直流电压；
第一零相位低通滤波器，与所述网侧变换器连接，用于实时接收风电功率信号，并对所述风电功率信号进行滤波，将所述风电功率信号分解为低频功率信号及吸收功率信号，将所述低频功率信号发送至所述网侧变换器的输入端；所述吸收功率信号为滤除低频功率信号的风电功率信号；
第二零相位低通滤波器，分别与所述第一零相位低通滤波器、所述全钒液流电池组及所述超级电容器组连接，用于对所述吸收功率信号进行滤波，将所述吸收功率信号分解为中频功率信号及高频功率信号，并将所述中频功率信号发送至所述全钒液流电池组的输入端，将所述高频功率信号发送至所述超级电容器组的输入端；
所述第一零相位低通滤波器及所述第二零相位低通滤波器的频率响应为：
Figure BDA0003644242860000021
其中，
Figure BDA0003644242860000022
为响应频率，a0和ak为系数，ω为风力发电机的转速，N为滤波器系数的长度，Ts为滤波器的采样时间，第一零相位低通滤波器的采样时间为0.03s，第二零相位低通滤波器的采样时间为0.003s；
最大功率跟踪模块，输入端与电网及所述第一零相位低通滤波器连接，输出端与直驱风力发电机连接，用于在无电网调度指令，或有电网调度指令且所述低频功率信号小于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以最大功率跟踪工作模式运行；
限功率运行控制模块，输入端连接至电网，输出端与直驱风力发电机连接，用于在有电网调度指令，且所述低频功率信号大于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以限功率运行工作模式运行。
可选地，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
超级电容器组控制模块，输入端与直流电压侧连接，接受直流电压侧的给定信号，输出端与所述超级电容器组连接，用于根据直流电压侧的给定信号控制所述超级电容器组。
可选地，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
全钒液流电池组控制模块，输入端与所述第二零相位低通滤波器连接，输出端连接至全钒液流电池组的输入端，用于根据所述中频功率信号控制所述全钒液流电池组。
可选地，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
机侧变换器；
机侧变换器控制模块，输出端与所述机侧变换器的输入端连接，输出端连接至风力发电机。
可选地，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：滞回比较器，设置在所述网侧变换器与所述电网之间，并分别与所述最大功率跟踪模块及所述限功率运行控制模块连接，用于平滑切换最大功率跟踪模式和限功率模式。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法，包括：
实时获取风电功率信号；
通过第一零相位低通滤波器对所述风电功率信号进行滤波，将所述风电功率信号分解成低频功率信号和吸收功率信号；
根据所述低频功率信号控制网侧变换器，以将低频风电功率并入电网，具体包括：
在无电网调度指令，或者有电网调度指令且所述低频风电功率小于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以最大功率跟踪工作模式运行；
在有电网调度指令，且所述低频风电功率大于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以限功率运行工作模式运行；
通过第二零相位低通滤波器对所述吸收功率信号进行滤波，将所述吸收功率信号分解成中频功率信号和高频功率信号；
通过全钒液流电池组吸收所述中频功率信号进行储能；
通过超级电容器组吞吐所述高频功率信号，以维持直流侧电压的稳定；
所述第一零相位低通滤波器及所述第二零相位低通滤波器的频率响应为：
Figure BDA0003644242860000041
其中，
Figure BDA0003644242860000042
为响应频率，a0和ak为系数，ω为风力发电机的转速，N为滤波器系数的长度，Ts为滤波器的采样时间，第一零相位低通滤波器的采样时间为0.03s，第二零相位低通滤波器的采样时间为0.003s。
可选地，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法还包括：
获取风力发电机组的转速；
在未获取到电网调度限定功率的指令时，计算出最大功率跟踪下的转速，并控制机侧变换器以最大功率跟踪下的转速运行；所述机侧变换器设置在风力发电机组侧；
在获取到电网调度限定功率的指令时，判断低频功率信号值与电网调度限定功率值的大小，根据判断结果同步修正机侧变换器的转速。
可选地，所述在获取到电网调度限定功率的指令时，判断低频功率信号值与电网调度限定功率值的大小，根据判断结果同步修正机侧变换器的转速，具体包括：
若低频功率信号值小于电网调度限定功率值，则控制机侧变换器以所述最大功率跟踪下的转速进行运行；
若低频功率信号值大于电网调度限定功率值，则计算低频功率信号值与电网调度限定功率值的功率差值，并通过PI调节得到转速差值，在转速差值的基础上加上最大功率跟踪下的转速，确定机侧变换器实际运行的转速。
可选地，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法还包括：
通过滞回比较器平滑切换最大功率跟踪模式和限功率模式。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明实施例中，利用零相位低通滤波器来检测并网的目标功率，并动态分配超级电容和全钒液流电池的功率，相比一阶低通滤波器而言，分解后得到的低、中、高频功率的耦合量很少，分辨率很高，储能装置工作在各自的充放电频率范围内，减小了充放电功率的大小，对于改良储能装置的容量，提高储能装置的使用寿命具有重要意义。同时，直驱风电发出的有功功率，在混合储能系统的平抑下，无论是在最大功率追踪下还是在限功率控制模式下都能平滑的并入电网，实现了直驱风机能够响应电网调度指令的有功功率控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例基于的现有技术中分解风电中低、中及高频功率的示意图；
图2(a)和图2(b)构成了本发明实施例中理想的低通滤波器波德图；
图3是本发明实施例中N值不同时的低通滤波器波德图；
图4是本发明实施例中Tc值不同时的低通滤波器波德图；
图5是本发明实施例中Ts值不同时的低通滤波器波德图；
图6(a)、图6(b)、图6(c)和图6(d)构成了本发明实施例中基于采用一阶惯性低通滤波器的仿真结果图；
图7(a)、图7(b)、图7(c)和图7(d)构成了本发明实施例中基于采用零相位低通滤波器的仿真结果图；
图8为本发明实施例中基于混合储能的直驱风力发电系统的拓扑结构；
图9为本发明实施例的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统的框架示意图；
图10(a)、图10(b)、图10(c)、图10(d)、图10(e)、图10(f)和图10(g)构成了本发明实施例中基于混合储能平抑直驱风电功率波动的仿真结果图；
图11(a)、图11(b)、图11(c)、图11(d)、图11(e)、图11(f)和图11(g)构成了本发明实施例中基于混合储能的直驱风电机组控制策略的仿真结果图。
符号说明：
00-风力发电机，01-电网，02-机侧变换器，021-机侧变换器控制模块，03-网侧变换器，031-网侧变换器控制模块，04-全钒液流电池组，041-全钒液流电池组控制模块，05-超级电容器组，051-超级电容组控制模块，06-功率分解模块，061-第一零相位低通滤波器，062-第一零相位低通滤波器，07-最大功率跟踪和限功率运行控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
首先介绍一些本发明实施例中附图里面使用到的字母的技术含义。
MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品，本发明中用于最大功率跟踪和限功率运行控制模块07中。
PMW代表脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中，本发明中用于全钒液流电池组控制模块041和超级电容组控制模块051中。
SVPWM为Space Vector Pulse Width Modulation，用于微处理器的实时控制，本发明中分别应用在机侧变换器02和网侧变换器03中，进行进一步地实时控制。
现有技术中，通常采用图1所示的方式分解风电波动功率中的高、中和低频分量。其中，Pw为风电功率，P*为低频功率，
Figure BDA0003644242860000071
为中频功率，
Figure BDA0003644242860000072
为高频功率。低通滤波器一般采用一阶惯性环节H(s)＝1/(Ts+1)，T为惯性时间常数。一阶低通滤波器存在相位滞后问题，导致时间响应滞后，分解后的中频功率中含有高频功率，而高频功率中含有低频功率，分辨率较差。
理想的低通滤波特性的波德图如图2(a)和图2(b)所示。在通频带区域中，相位和幅值分别为零度和零分贝(dB)。同时，在停止带区，幅值应尽可能小。
由此，本发明实施例中提供一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法，应用于设置有第一零相位低通滤波器061和第二零相位低通滤波器062的系统中，所述方法包括以下步骤：
S1、获取实时的风电功率信号，并输入至所述第一零相位低通滤波器061进行滤波，分解成低频功率信号和吸收功率信号。
S2、将所述低频功率信号处理后作为控制网侧变换器03的控制信号，并通过网侧变换器03将低频风电功率并入电网01。具体地，在无电网调度指令，或者有电网调度指令且所述低频风电功率小于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以最大功率跟踪工作模式运行。在有电网调度指令，且所述低频风电功率大于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以限功率运行工作模式运行。
S3、将所述吸收功率信号输入至所述第二零相位低通滤波器062进行滤波，分解出中频功率信号和高频功率信号。
S4、将所述中频功率信号处理后作为全钒液流电池组04的控制信号，并由全钒液流电池组04吸收，所述全钒液流电池组用于为控制风力发电机组00储能。
S5、将所述高频功率信号处理后作为超级电容器组05的控制信号，并由超级电容器组05进行吞吐，所述超级电容器组05由直流侧电压作为给定信号，并设置在风力发电机组00侧和电网01侧之间以维持直流侧电压的稳定。
在上述实施例中，更为具体地，为了得到一种在消除相位延迟的基础上使得滤波器系数确定的过程更为简单，以及方便实现的基础上，对于第一零相位低通滤波器061和第二零相位低通滤波器062采用如下定义：
H(z)＝anzN+...+a1z+a0+a1z-1+...+anz-N (1)
式中，N是滤波器系数的长度。
零相位低通滤波器的频率响应为
Figure BDA0003644242860000081
式中，Ts为滤波器的采样时间。
由式(2)可以看出，当ak为实数时，频率响应也为实数，相位为零，也就是时域响应不存在时间上的滞后，有效地解决了一阶低通滤波器滞后的问题。
系数ak可由下列公式求得：
Figure BDA0003644242860000082
式中，Tc为平滑时间常数。
零相位滤波器的性能取决于N的大小，Ts＝0.03s和Tc＝1000Ts取值相同，而N取不同值的频率响应伯德图如图3所示。由图3可以看出，N越大，滤波效果越好，但越不容易物理实现。在本发明实施例中，优选地，取N值为10。
滤波性能不仅与N的取值有关，还与平滑时间常数Tc和滤波器采样时间的大小有关。N＝10和Ts＝0.03s时，Tc＝nTs取不同值的频率响应伯德图如图4所示。由图4可以看出，Tc取值越大滤波效果越好，当n≥400后，滤波效果基本相同。Ts取值对滤波效果的影响如图5所示，Ts越大，低通滤波器的截止频率越小。
更为具体地，采用的分配原则为，低频功率(小于0.01Hz)直接并网，中频波动功率(0.01～0.1Hz)由全钒液流电池平滑，高频波动功率(0.1～1.0Hz)由超级电容吸收。
在具体实施时，为了观察采用本发明实施例所提供的方法得到的效果，为了缩短MATLAB仿真时间，将时间压缩250倍，功率分配方法为低频功率(小于2.5Hz)直接并网，中频波动功率(2.5～25Hz)全钒液流电池平滑，高频波动功率(25～250Hz)由超级电容吸收。风速模型由平均风速下叠加频率为5Hz和50Hz的干扰风而成的，采用一阶低通滤波器的仿真波形如图6(a)、图6(b)、图6(c)和图6(d)所示。低通滤波器1的惯性时间常数为0.32s，低通滤波器2的惯性时间常数为0.032s。由图6(a)、图6(b)、图6(c)和图6(d)可以看出，由于该滤波器时间响应的滞后，分解的高频功率中含有中频波动功率，而中频波动功率中含有高频功率，4s时风电输出功率发生突变，该低通滤波器1Ts1＝0.03s才检测出风电突变平均功率，多余的功率被电池吸收，增加了电池的负担。
采用零相位低通滤波器的仿真波形如图7(a)、图7(b)、图7(c)和图7(d)所示，用第一零相位低通滤波器061代替低通滤波器1，第二零相位低通滤波器062代替低通滤波器2。其中，N＝10，Tc＝1000Ts，第一零相位低通滤波器061的Ts1＝0.03s，第二零相位低通滤波器062的Ts2＝0.003s。由图7(a)、图7(b)、图7(c)和图7(d)可以看出，分解的高、中和低频功率不存在功率耦合现象，分辨率很高。4s时风电输出功率发生突变时，大约0.3s就可以跟踪突变平均功率。因此该方法可以准确、快速地检测出低、中和高频功率。
由此，风电波动功率的高、中、低频分解是采用储能系统平抑风电功率波动的重要部分，快速、准确的分解功率，可以减小混合储能的容量，降低成本，同时提高平抑的效果，改善电能质量。在本发明实施例中，为了降低低通滤波器的阶数，采用能够消除相位延迟的零相位低通滤波器进行滤波处理，利用零相移低通滤波器来检测并网的目标功率，和动态分配超级电容和全钒液流电池的功率，相比一阶低通滤波器而言，分解后得到的低、中、高频功率的耦合量很少，分辨率很高，储能装置工作在各自的充放电频率范围内，减小了充放电功率的大小，对于改良储能装置的容量，提高储能装置的使用寿命具有重要意义。
在上述实施例的基础上，作为另一个优选实施例，所述方法还包括：
S6、获取所述低频功率信号和风力发电机组00的转速。
S7、在未获取到电网01调度限定功率的指令时，并计算出最大功率跟踪下的转速，并通过设置在风力发电机组00侧的机侧变换器02以此转速进行运行。
S8、在获取到电网01调度限定功率的指令时，判断低频功率值与电网01调度限定功率值的大小，根据判断结果同步修正转速。
优选地，在获取到电网01调度限定功率的指令时，判断低频功率值与电网01调度限定功率值的大小的过程具体为：若低频功率值小于电网01调度限定功率值，则以所述最大功率跟踪下的转速进行运行；若低频功率值大于电网01调度限定功率值，得出功率差值，通过PI调节得到转速差值，在转速差值的基础上加上最大功率跟踪下的转速得到实际运行的转速。
直驱风电发出的有功功率，在混合储能系统的平抑下，无论是在最大功率跟踪下还是在限功率控制模式下都能平滑的并入电网01，实现了直驱风机能够响应电网01调度指令的有功功率控制。
基于同一个发明思路，在另一方面中，本发明实施例还公开了一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，如图8所示，作为一种实施方式，单台直驱风力发电机组通过变比为0.69kV/35kV的变压器后并入电网，超级电容组05和全钒液流电池组04分别通过双向DC/DC与直流侧连接，控制全钒液流电池组04吸收中频功率波动，而超级电容组05吸收高频功率波动，从而平抑直驱风电系统有功功率的波动，改善电能质量。
本发明实施例还提供了一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，基于如图8所示的基于混合储能的直驱风力发电系统的拓扑结构进行更深一步地优化与实施，如图9所示，该系统包括设置在风力发电机侧的全钒液流电池组04和设置在电网01侧和风力发电机组00侧之间的超级电容器组05，还包括功率分解模块06。
其中，所述功率分解模块06内设置有依次连接的第一零相位低通滤波器061和第二零相位低通滤波器062，所述第一零相位低通滤波器061的输入端接收实时的风电功率信号，所述第一零相位低通滤波器061具有输出低频功率信号的第一输出端和输出吸收功率信号的第二输出端，所述吸收功率信号为滤除低频功率信号的风电功率信号，所述第一零相位低通滤波器061的第一输出端连接至电网01侧的输入端，所述第一零相位低通滤波器061的第二输出端连接至第二零相位低通滤波器062的输入端，所述第二零相位低通滤波器062具有输出中频功率信号的输出端并连接至全钒液流电池组04的输入端，所述全钒液流电池组04的输出端连接至风力发电机组00的输入端；
所述超级电容器组05的输出端连接至直流电压。
具体实施时，所述系统内还设置有超级电容器组控制模块051，所述超级电容器组控制模块051的输入端由直流电压侧给定信号，所述超级电容器组控制模块051的输出端连接至超级电容器组05。
具体实施时，所述系统内还设置有全钒液流电池组控制模块041，所述全钒液流电池组控制模块041的输入端连接所述第二零相位低通滤波器062具有输出中频功率信号的输出端，所述全钒液流电池组控制模块041的输出端连接至全钒液流电池组04的输入端。
具体实施时，所述系统内还设置有网侧变换器03和网侧变换器控制模块031，所述网侧变换器控制模块031的输入端连接所述第一零相位低通滤波器061的第一输出端，所述网侧变换器控制模块031的输出端连接网侧变换器03的输入端，所述网侧变换器03的输出端连接至电网，更具体地，网侧变换器03上还连接有SVPWM微处理器，以实时可以进行控制。
具体实施时，所述系统内还设置有机侧变换器02和机侧变换器控制模块021，所述机侧变换器控制模块021的输出端连接所述机侧变换器02的输入端，所述机侧变换器02的输出端连接至风力发电机组00，更具体地，机侧变换器02和机侧变换器控制模块021之间还设置有SVPWM微处理器，以实时可以进行控制。
具体实施时，所述系统内还设置有用于控制风力发电机侧转速的最大功率跟踪和限功率运行控制模块07，所述最大功率跟踪和限功率运行控制模块07的输入侧连接至电网01，所述最大功率跟踪和限功率运行控制模块07的输出端连接至所述机侧变换器控制模块021的输入端。
在本发明实施例中，如图9所示，具体实施时，可以采用基于αβ与dq坐标变换的频率检测进行对各模块的控制。
在本发明实施例中，系统内的具体动作流程为，
风电功率Pw经功率分解模块06中的第一零相位低通滤波器061分解出低频功率P*，作为网侧变换器控制模块031的给定信号，经网侧变换器控制模块031发出控制信号，控制网侧变换器03，实现风电低频波动功率并网，抑制风力发电机组00的功率波动。分解出低频功率P*与风电功率Pw相减得到混合储能的吸收功率Phess，Phess经过第二零相位低通滤波器062分解出中频功率
Figure BDA0003644242860000121
中频功率
Figure BDA0003644242860000122
作为全钒液流电池组控制模块041的给定信号，经全钒液流电池组控制模块041控制全钒液流电池组04的DC/DC变换器，从而控制中频功率被全钒液流电池组04吸收。直流侧电压
Figure BDA0003644242860000123
作为超级电容组控制模块051的给定信号，经超级电容组控制模块051控制超级电容组05的DC/DC变换器，维持直流侧电压稳定，从而控制剩余的高频有功功率被超级电容组05吞吐。
最大功率跟踪和限功率运行控制模块07在无电网调度指令时，根据低频功率P*和电机转速ω，经最大功率跟踪(MPPT)计算出ω*＝ωopt，经机侧变换器控制模块021控制机侧变换器02，实现直驱风力发电机以最大功率跟踪工作模式运行。当有电网调度指令时，如果P*小于电网调度限定功率Porder时，为了尽可能的追踪电网调度指令功率，此时转速的给定值ω*＝ωopt运行在最大功率跟踪模式下；当并网有功功率P*功率大于电网调度指令功率Porder时，此时转速的给定值ω*＝ωorder，风机输出的功率P*与电网调度指令Porder比较得到功率差，经PI调节得到Δω，再加上ωopt得到ωorder，可以实现转速的快速响应，以及最大功率和限功率控制模式的平滑切换。为了防止最大功率跟踪模式和限功率模式之间频繁切换造成的控制抖动设置有滞回比较器。
在本发明实施例中，具体实施时，由风力发电机组00、永磁同步发电机(PMSG)、机侧变换器02、网侧变换器03、全钒液流电池组04及对应的DC/DC变换器，超级电容组05及对应的DC/DC变换器、最大功率跟踪和限功率运行控制模块07、机侧变换器控制模块021、网侧变换器控制模块031、功率分解模块06、全钒液流电池组控制模块041和超级电容组控制模块051等组成，利用两个零相移低通滤波器准确地检测风电功率的高、中、低频的有功功率。直驱风力发电系统机侧变换器02的控制策略，主要控制发电机组运行在最大功率跟踪模式下，或根据电网01的调度指令运行在限功率模式下。其中控制系统采用了转速调节外环、电流调节内环的双闭环控制方式，外环的速度参考值由最大功率追踪和限功率控制得出。网侧变换器03的控制策略采用功率的控制，控制风电低频波动功率并网，同时控制并网无功功率。混合储能系统控制策略控制中频功率通过全钒液流电池组04吸收，剩余的高频有功功率被超级电容组05吞吐。
为了更加详细描述采用本发明实施例提供的系统的优势，以下进行仿真分析：
基于混合储能的直驱风力发电系统主要参数为如表1～表3所示，表1为直驱风力发电系统网侧变换器03的主要参数，表2为直驱同步电机及风力机主要参数，表3为混合储能系统的主要参数。
表1
Figure BDA0003644242860000131
Figure BDA0003644242860000141
表2
风力机参数 数值 电机参数 数值
风轮半径/m 50 转动惯量/kg.m<sup>2</sup> 9860
空气密度/kg/m<sup>3</sup> 1.225 D轴电感/mH 1.4
额定风速/m/s 12 Q轴电感/mH 1.4
额定电压/V 690 极对数 54
额定功率/MW 2.5 额定转速/rad/s 14
表3
超级电容器组参数 数值 全钒液流电池器组参数 数值
单体电压/V 2.7 单体电压/V 1.4
单体电容/F 300 单体电容/F 6
额定功率/kW 500 单体电池数 512
等效电容/F 16.7 额定容量kWh 600
串联内阻/Ω 3 端电压上限/V 850
端电压上限/V 874 端电压下线/V 560
端电压下限/V 385 SOC 0.2～0.8
(1)混合储能平抑直驱风电功率波动仿真
直驱风力发电系统为最大功率跟踪模式时，利用混合储能平抑直驱风电功率波动的仿真结果如图10(a)～图10(g)所示。风速在0.6～2.3s时为8m/s，2.3s后逐渐上升到11.5m/s且维持2.4s，后又逐渐下降到8m/s，与此同时，叠加波动范围为0.2～0.5m/s，频率为5Hz和50Hz的干扰风。
由图10(a)～图10(g)可以看出，采用零相位低通滤波检测风电功率的高频、低频、中频功率，因为零相位低通滤波器没有滞后的问题，平均风速变化时，并网功率快速准确随平均风速变化而变化，全钒液流电池组04吸收中频功率，不吸收高频部分，而超级电容组05吸收剩余的高频的功率波动，不含低频部分，低、中、高频功率的耦合量很少，从而很好地抑制直驱风电功率波动，改善电能质量。同时，减小了电池充放电频率和充放电容量，减小了超级电容的充放电功率，进而可以减小储能装置的容量，降低混合储能系统成本。
直流母线电压维持在1300V左右，能够保障整体系统能量的可靠传输。
(2)直驱风电机运行模式切换仿真
当电网调度指令为限功率运行时，直驱风力发电系统由最大功率跟踪模式切换到限功率控制的仿真如图11(a)～图11(g)所示。在0.6～2.3s时风速为8m/s，2.3s后逐渐上升到11.5m/s且维持2.4s，后又逐渐下降到8m/s，与此同时叠加波动范围为0.2～0.5m/s，频率为5Hz和50Hz的干扰风，4.8s后电网调度指令要求风电机组输出功率1.5MW。
由图11(a)～图11(g)可以看出，超级电容组05吸收高频功率，全钒液流电池组04吸收中频功率，混合储能系统在最大功率跟踪模式和限功率控制模式下都平抑功率波动。在0～4.8s时，风机控制为最大功率跟踪模式，为捕获当前风速下的最大风能，转速运行在最佳状态。4.8s后电网调度指令要求风电机组输出功率1.5MW，发电机转速在最大功率跟踪转速的基础上迅速下调，使得风机输出功率限定在1.5MW，直驱风力发电机运行在限功率状态。6s后风速降低，直驱风机输出的平均功率小于1.5MW，风力发电机组00由限功率状态又转换至最大功率跟踪模式。
应用本发明实施例所获得的有益效果除上述实施例中具体展示地外，总的来说，利用零相位低通滤波器来检测并网的目标功率，和动态分配超级电容和全钒液流电池的功率，相比一阶低通滤波器而言，分解后得到的低、中、高频功率的耦合量很少，分辨率很高，储能装置工作在各自的充放电频率范围内，减小了充放电功率的大小，对于改良储能装置的容量，提高储能装置的使用寿命具有重要意义。直驱风电发出的有功功率，在混合储能系统的平抑下，无论是在最大功率追踪下还是在限功率控制模式下都能平滑的并入电网。实现了直驱风机能够响应电网调度指令的有功功率控制。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统包括：
网侧变换器，输出端与电网连接，用于将低频风电功率并入电网；
全钒液流电池组，设置在风力发电机侧，且输出端与风力发电机的输入端连接；
超级电容器组，设置在电网侧与发电侧之间，且输出端连接至直流电压；
第一零相位低通滤波器，与所述网侧变换器连接，用于实时接收风电功率信号，并对所述风电功率信号进行滤波，将所述风电功率信号分解为低频功率信号及吸收功率信号，将所述低频功率信号发送至所述网侧变换器的输入端；所述吸收功率信号为滤除低频功率信号的风电功率信号；
第二零相位低通滤波器，分别与所述第一零相位低通滤波器、所述全钒液流电池组及所述超级电容器组连接，用于对所述吸收功率信号进行滤波，将所述吸收功率信号分解为中频功率信号及高频功率信号，并将所述中频功率信号发送至所述全钒液流电池组的输入端，将所述高频功率信号发送至所述超级电容器组的输入端；
所述第一零相位低通滤波器及所述第二零相位低通滤波器的频率响应为：
Figure FDA0003644242850000011
其中，
Figure FDA0003644242850000012
为响应频率，a0和ak为系数，ω为风力发电机的转速，N为滤波器系数的长度，Ts为滤波器的采样时间，第一零相位低通滤波器的采样时间为0.03s，第二零相位低通滤波器的采样时间为0.003s；
最大功率跟踪模块，输入端与电网及所述第一零相位低通滤波器连接，输出端与直驱风力发电机连接，用于在无电网调度指令，或有电网调度指令且所述低频功率信号小于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以最大功率跟踪工作模式运行；
限功率运行控制模块，输入端连接至电网，输出端与直驱风力发电机连接，用于在有电网调度指令，且所述低频功率信号大于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以限功率运行工作模式运行。
2.根据权利要求1所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
超级电容器组控制模块，输入端与直流电压侧连接，接受直流电压侧的给定信号，输出端与所述超级电容器组连接，用于根据直流电压侧的给定信号控制所述超级电容器组。
3.根据权利要求1所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
全钒液流电池组控制模块，输入端与所述第二零相位低通滤波器连接，输出端连接至全钒液流电池组的输入端，用于根据所述中频功率信号控制所述全钒液流电池组。
4.根据权利要求1所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
机侧变换器；
机侧变换器控制模块，输出端与所述机侧变换器的输入端连接，输出端连接至风力发电机。
5.根据权利要求1所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统还包括：
滞回比较器，设置在所述网侧变换器与所述电网之间，并分别与所述最大功率跟踪模块及所述限功率运行控制模块连接，用于平滑切换最大功率跟踪模式和限功率模式。
6.一种用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制系统中，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法包括：
实时获取风电功率信号；
通过第一零相位低通滤波器对所述风电功率信号进行滤波，将所述风电功率信号分解成低频功率信号和吸收功率信号；
根据所述低频功率信号控制网侧变换器，以将低频风电功率并入电网，具体包括：
在无电网调度指令，或者有电网调度指令且所述低频风电功率小于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以最大功率跟踪工作模式运行；
在有电网调度指令，且所述低频风电功率大于电网调度限定功率时，控制直驱风力发电机以限功率运行工作模式运行；
通过第二零相位低通滤波器对所述吸收功率信号进行滤波，将所述吸收功率信号分解成中频功率信号和高频功率信号；
通过全钒液流电池组吸收所述中频功率信号进行储能；
通过超级电容器组吞吐所述高频功率信号，以维持直流侧电压的稳定；
所述第一零相位低通滤波器及所述第二零相位低通滤波器的频率响应为：
Figure FDA0003644242850000031
其中，
Figure FDA0003644242850000032
为响应频率，a0和ak为系数，ω为风力发电机的转速，N为滤波器系数的长度，Ts为滤波器的采样时间，第一零相位低通滤波器的采样时间为0.03s，第二零相位低通滤波器的采样时间为0.003s。
7.根据权利要求6所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法还包括：
获取风力发电机组的转速；
在未获取到电网调度限定功率的指令时，计算出最大功率跟踪下的转速，并控制机侧变换器以最大功率跟踪下的转速运行；所述机侧变换器设置在风力发电机组侧；
在获取到电网调度限定功率的指令时，判断低频功率信号值与电网调度限定功率值的大小，根据判断结果同步修正机侧变换器的转速。
8.根据权利要求6所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法，其特征在于，所述在获取到电网调度限定功率的指令时，判断低频功率信号值与电网调度限定功率值的大小，根据判断结果同步修正机侧变换器的转速，具体包括：
若低频功率信号值小于电网调度限定功率值，则控制机侧变换器以所述最大功率跟踪下的转速进行运行；
若低频功率信号值大于电网调度限定功率值，则计算低频功率信号值与电网调度限定功率值的功率差值，并通过PI调节得到转速差值，在转速差值的基础上加上最大功率跟踪下的转速，确定机侧变换器实际运行的转速。
9.根据权利要求6所述的用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法，其特征在于，所述用于平抑风力发电功率波动的混合储能控制方法还包括：
通过滞回比较器平滑切换最大功率跟踪模式和限功率模式。
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CN111900757A (zh) * 2020-06-30 2020-11-06 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 一种平抑风功率波动的储能优化方法及风电储能混合系统
CN112436531A (zh) * 2020-11-13 2021-03-02 新疆大学 一种串并联控制的风电混合储能协调优化控制方法
CN113036794A (zh) * 2021-03-18 2021-06-25 四川大学 一种风电功率分配方法、装置、系统及可读存储介质
CN113364014A (zh) * 2021-05-12 2021-09-07 西安交通大学 一种风力发电功率储能平抑系统、控制方法及控制系统
CN114976170B (zh) * 2022-06-22 2023-12-26 郭莉 一种分布式全钒液流电池储能系统及调度方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290824B (zh) * 2011-07-29 2014-08-13 沈阳工业大学自控技术研究所 一种平抑风电机组功率波动的控制方法
CN107645194A (zh) * 2016-07-20 2018-01-30 锐电科技有限公司 一种基于储能的风电场电能质量优化系统
CN108879730B (zh) * 2018-07-25 2024-01-16 中航华东光电有限公司 混合储能系统及基于其的风电功率波动平抑方法
CN110752614B (zh) * 2019-11-07 2021-05-07 山东大学 一种储能系统控制方法及系统

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