基于卡尔曼滤波的风电场中储能系统充放电控制方法

摘要

本发明涉及一种基于卡尔曼滤波的风电场中储能系统充放电控制方法，属于电力系统控制技术领域。首先计算k时刻风电场中风力发电系统与储能系统的联合输出功率的先验估计值和计算误差协方差先验估计值，计算当前风力发电系统的功率波动量，并根据其确定观测噪声协方差值，根据k时刻风力发电系统功率的实测值，对联合输出功率的先验估计值进行修正，得到后验估计值和计算误差协方差的后验估计值；根据储能系统的剩余能量和输出功率的限值，计算k时刻风电场中储能系统输出功率的上、下限。本方法综合考虑风电波动情况、储能系统能量和功率情况，自适应地调整滤波器参数以获取更好的滤波效果同时减小所需的储能系统容量。

主权项

一种基于卡尔曼滤波的风电场中储能系统充放电控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）在k‑1时刻，计算k时刻风电场中风力发电系统与储能系统的联合输出功率的先验估计值(P_O)_k|k‑1以及联合输出功率的计算误差协方差P_k|k‑1的先验估计值：(P_O)_k|k‑1＝(P_O)_k‑1，P_k|k‑1＝P_k‑1+Q，其中，P_O是风电场中风力发电系统与储能系统的联合输出功率，(P_O)_k‑1是k‑1时刻风电场中风力发电系统与储能系统的联合输出功率的后验估计值，P是联合输出功率的计算误差协方差，P_k‑1是k‑1时刻联合输出功率的计算误差协方差的后验估计值，Q是过程激励噪声协方差，Q＝1×10^‑4，初始时刻的联合输出功率(P_O)₀为初始时刻的风电功率测量值(P_W)₀，并设初始计算误差协方差P₀为0；（2）在k时刻，计算当前风力发电系统的功率波动量F(k)：$F\left(k\right)=\max (P_W\left(k\right)-P_O^{\min },P_O^{\max }-P_W\left(k\right)),$其中，P_W为风力发电系统功率，P_W(k)为k时刻风力发电系统功率，和分别为k时刻的前T时段内联合输出功率的最大值和最小值；根据上述计算得到的F(k)的值，由下表获取观测噪声协方差R的值：其中，F_max为T时段内风力发电系统功率的最大波动量，根据上述观测噪声协方差R，计算k时刻的卡尔曼增益Kk：其中，P_k|k‑1为步骤（1）中计算得到的k时刻计算误差协方差的先验估计值；（3）根据k时刻风力发电系统功率的实测值(P_W)_k，对上述联合输出功率的先验估计值(P_O)_k|k‑1进行修正，得到联合输出功率的后验估计值(P_O)_k和k时刻计算误差协方差的后验估计值P_k：(P_O)_k＝(P_O)_k|k‑1+K_k((P_W)_k‑(P_O)_k|k‑1)，P_k＝(1‑K_k)P_k|k‑1，其中，(P_O)_k|k‑1是步骤（1）中联合输出功率的先验估计值，(P_W)_k是k时刻的风力发电系统功率实测值，K_k是步骤（2）中计算得到的卡尔曼增益，P_k|k‑1为步骤（1）中计算得到的计算误差协方差的先验估计值；（4）根据测量得到的(P_W)_k和上述计算得到的(P_O)_k，计算k时刻储能系统的输出功率(P_ES)_k：(P_ES)_k＝(P_O)_k‑(P_W)_k；（5）根据储能系统的剩余能量和输出功率的限值，计算k时刻风电场中储能系统输出功率的上、下限：其中，上限U为：$U=\min (P_{\mathrm{ES},\mathrm{disch}}^{\max },\frac{E_k-E_{\min }}{\mathrm{\Delta t}}),$下限L为：$L=\max (P_{\mathrm{ES},\mathrm{disch}}^{\min },\frac{E_k-E_{\max }}{\mathrm{\Delta t}}),$当上述计算得到的(P_ES)_k大于U时，将U作为k时刻风电场中储能系统的输出功率，当上述计算得到的(P_ES)_k小于L时，将L作为k时刻风电场中储能系统的输出功率，其中，Δt为风电场中储能系统的控制周期，Δt为(k‑1)～k，E_k为k时刻储能系统的剩余能量，和分别为储能系统的最大充电功率和最大放电功率，E_min和E_max分别为储能系统的最小和最大剩余能量；（6）重复步骤（1）‑（5），实现对风电场中储能系统的充放电控制。