改善风电并网电能质量的飞轮储能能量管理系统的设计方法

摘要

本发明涉及一种改善风电并网电能质量的飞轮储能能量管理系统的设计方法,其特点是：随着风电渗透率显著增加，集群风电并网对电力系统电能质量尤其是电压质量带来严重影响。飞轮储能具有有功和无功独立调节能力，本发明设计了应用于改善电网电能质量场景下飞轮储能系统的能量管理优化模型，该模型以双层决策模型为基础，以改善用电质量为前提，上层利用模糊算法通过储能装置状态和风电功率波动量求解出储能装置的充放电功率，下层根据飞轮储能系统的数学模型设计了能量管理系统下层控制方案。利用该模型可以使风电‑储能通过合作运行提高储能装置的利用效率，提升风电并网电能质量。具体方法科学合理，适用性强，效果佳等优点。

主权项

一种改善风电并网电能质量的飞轮储能能量管理系统的设计方法，其特征在于：它包括以下内容：1)飞轮储能能量管理系统的结构设计飞轮储能能量管理系统以储能系统的状态为约束，通过平抑风电功率波动改善电网电能质量为目标计算储能装置的充放电功率参考值，储能系统在接到调控指令后，联网运行改善电网电能质量，其中，对于飞轮储能系统的约束条件为：$\left\{\begin{array}{cc}\begin{array}{c}\left|P_{FESS}\right|\le P_{FESSrated}\\ 0\le \Omega \le {\Omega }_{rated}\end{array}& /*MERGEFORMAT\end{array}\right.---\left(1\right)$其中P_FESS为飞轮储能系统的充放电功率；P_FESSrated为飞轮储能系统的额定功率；Ω为飞轮的转速；Ω_rated为飞轮的转速；其中风电功率波动量ΔP_wg，ΔP_wg(t)＝P(t)‑P(t‑1)    /*MERGEFORMAT  (2)其中P(t)是t时刻的风电功率，P(t‑1)是t‑1时刻的风电功率；2)飞轮储能能量管理系统上层控制方案通过监测系统功率变化信号和飞轮的转速，采用模糊推理的方法确定飞轮储能系统的输出功率的参考值，其中模糊逻辑推理控制器的输入为风电功率变化量和飞轮的转速，输出为飞轮储能系统输出功率参考值P_refFESS，取值范围为‑1～1pu，放电为正，充电为负；其中，逻辑推理结果决定了飞轮储能系统充放电的功率输出指令，不同的模糊逻辑推理规则会导致不同的储能控制效果，其基本的推理规则：当系统波动偏差较大且为正值时，或者是飞轮转速较低时，尽可能使储能处于充电状态；当系统波动偏差较大且为负值时，或者是飞轮转速较高时，尽可能使储能处于放电状态；当系统波动偏差较低时，或者是飞轮转速适中时，储能装置处于保持状态；3)飞轮储能能量管理系统下层控制方案结合风‑储联合系统的结构，飞轮储能系统的控制分为电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分，在预充电、预并网阶段，电网侧变流器均采用不控整流方式；电机侧变流器在充电阶段采用速度外环控制方式，在预并网阶段采用电压外环控制方式，在并网运行阶段，电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制，控制储能系统与电网间的有功功率交换；电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制，控制直流母线电压。