一种应用于风电场的飞轮储能矩阵系统的协调控制方法

摘要

本发明公开了一种应用于风电场的飞轮储能矩阵系统的协调控制方法，步骤为：1)建立风电场飞轮储能矩阵拓扑结构；2)建立飞轮储能矩阵的控制系统；3.1)飞轮储能矩阵系统放电控制：P_rfw≤P_Omaxj，将飞轮储能单元j单独接入；P_rfw≥P_Omax1，需要逐个选择转速最高的前m个飞轮储能单元；3.2)飞轮储能矩阵系统充电控制：|P_rfw|≤P_Imaxj，将储能单元j单独接入进行储能；|P_rfw|≥P_Imaxn，需要逐个选择转速最低的前m个飞轮储能单元。本发明更有效的发挥飞轮储能矩阵系统的优势，减小单元切换损耗和运行损耗，保证飞轮储能矩阵系统和电力系统的稳定性，进而提高风电输出电能质量。

主权项

一种应用于风电场的飞轮储能矩阵系统的协调控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)建立风电场飞轮储能矩阵拓扑结构：将多个飞轮储能单元组成的飞轮储能矩阵系统安装在风电场出口处，再将这些飞轮储能单元并联在一条直流母线上；飞轮储能矩阵系统的直流母线通过双向变流器与风电场的交流母线并联；2)建立飞轮储能矩阵的控制系统：该控制系统包括上层控制器和底层控制器；每一个飞轮储能单元各由一个底层控制器控制，而所有的底层控制器由一个上层控制器协调控制；3)飞轮储能矩阵系统充放电控制：包括飞轮储能矩阵系统放电控制和飞轮储能矩阵系统充电控制，具体体现为：3.1)飞轮储能矩阵系统放电控制：首先，上层控制器根据飞轮储能单元不同的转速运行状态，按比例分配系统总参考功率；在飞轮储能矩阵系统运行到某一时刻，飞轮储能单元i的运行角速度为ω_i,且飞轮储能矩阵系统中各飞轮储能单元的转速排序为：ω₁≥ω₂≥…≥ω_n，各飞轮储能单元中最大可输出功率排序为：P_Omax1≥P_Omax2≥…≥P_Omaxn＞0，各飞轮储能单元中最大可输出能量排序为：E_O1≥E_O2≥…≥E_On＞0；如果P_rfw≤P_Omaxj，P_rfw为飞轮储能矩阵系统与风电场交流母线的参考交换功率；P_rfw＝P_ref‑P_wg，P_ref风电场‑飞轮储能矩阵系统总参考功率，P_wg是风电场发出的有功功率；P_Omaxj为飞轮储能单元j最大可输出功率；将飞轮储能单元j单独接入飞轮储能矩阵系统的直流母线；如果P_rfw≥P_Omax1，P_Omax1为飞轮储能单元1最大可输出功率；因此需要逐个选择转速最高的前m个飞轮储能单元以并联的方式接入飞轮储能矩阵系统的直流母线，直到满足：$P_{O\max 1}\le P_{\mathrm{rfw}}\le \underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{P}_{O\max i}$接入直流母线的每个飞轮储能单元的输出参考功率为：$P_{\mathrm{rOj}}=P_{\mathrm{rfw}}·E_{\mathrm{Oj}}/\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{E}_{\mathrm{Oi}};$3.2)飞轮储能矩阵系统充电控制：飞轮储能矩阵系统充电过程中，P_rfw<0,将按飞轮储能矩阵系统中各储能单元所储存的能量的比例来分配充电量；飞轮储能矩阵系统中各飞轮储能单元的最大可输出功率排序为：P_Omax1≥P_Omax2≥…≥P_Omaxn＞0，各飞轮储能单元可输入功率排序为：0＜P_Imax1≤P_Imax2≤…≤P_Imaxn，各飞轮储能单元中最大可吸收能量排序为：0＜E_I1≤F_I2≤…≤E_In；如果|P_rfw|≤P_Imaxj，将飞轮储能单元j单独接入飞轮储能矩阵系统的直流母线上进行储能；如果|P_rfw|≥P_Imaxn,需要逐个选择转速最低的前m个飞轮储能单元以并联的方式接入飞轮储能矩阵系统的直流母线进行储能，直到满足：$P_{I\max n}\le \left|P_{\mathrm{rfw}}\right|\le \underset{i=n-m+1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_{I\max i};$接入直流母线的每个飞轮储能单元的输入参考功率为：$P_{\mathrm{rIj}}=P_{\mathrm{rfw}}·E_{\mathrm{Ij}}/\underset{i=n-m+1}{\overset{n}{\Sigma }}{E}_{\mathrm{Ii}}.$