專利名稱：基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于解決風電場功率輸出波動和降低電池容量的控制方法及系統(tǒng)，屬于改善風電場電能質量領域。
背景技術：
由于風電受自然氣象條件的影響較大，所以風力發(fā)電場(也即風電場)的功率輸出波動很大，因此可能導致電網(wǎng)頻率、電壓的偏差和穩(wěn)定問題，同時增大了電力系統(tǒng)調度、 儲備和電能質量相關指標控制的難度。為了減輕由風電功率波動給電力系統(tǒng)帶來的影響，儲能系統(tǒng)期望被廣泛應用于風電場中，儲能系統(tǒng)容量太大會增加風力發(fā)電系統(tǒng)的成本，因此根據(jù)系統(tǒng)要求，設法減少儲存容量對風電系統(tǒng)的經(jīng)濟、安全穩(wěn)定運行具有重要意義。有鑒于此，本發(fā)明人針對現(xiàn)有風力發(fā)電場和蓄電池組成的系統(tǒng)中蓄電池的控制方式及原理進行深入研究，并經(jīng)多次改進，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題，是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制方法及系統(tǒng)，其可降低功率波動及電池容量，提高電能質量。本發(fā)明為解決以上技術問題，所采用的技術方案是—種基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器、風功率預測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析器、控制模塊、蓄電池、風電場和斷路器，其中，數(shù)據(jù)采集器采集風電場輸出的有功功率和蓄電池的荷電狀態(tài)，并將結果分別送入風功率預測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析器； 風功率預測系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時間段的實際數(shù)據(jù)及預測值對當前時段進行預測，并將結果送入數(shù)據(jù)分析器；數(shù)據(jù)分析器的輸出端連接控制模塊，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行比較判斷，并根據(jù)比較結果向控制模塊輸出控制指令；控制模塊的輸出端連接斷路器，而斷路器連接在蓄電池與電網(wǎng)之間，控制模塊根據(jù)接收到的指令控制斷路器的通斷。一種基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制方法，包括如下步驟(1)采集風電場輸出的有功功率Pg和蓄電池的荷電狀態(tài)SOC ；(2)檢測蓄電池的充滿狀態(tài)SOCtmax和最大放電深度狀態(tài)SOCtmin，并判斷SOC是否處于SOCtmax和SOCtmin之間，若是，則保持蓄電池的當前工作狀態(tài)不變，否則將斷開蓄電池與電網(wǎng)的連接，控制蓄電池退出運行；(3)在0 、時間段內，風功率預測系統(tǒng)利用風電場在前一時間段的實際功率和功率預測值對0 、時間段進行功率預測得到風功率預測值Ptl，并根據(jù)平滑度要求β計算得到功率平滑上限值Ptlmax和功率平滑下限值Ptlmin ；(4)判斷風電場的輸出功率Pg是否在Ptlmax與Ptlmin之間，當Pg彡Ptlmax時，將蓄電池投入運行并處于充電狀態(tài)，然后進一步判斷蓄電池的實際荷電狀態(tài)SOC與SOCtmax的大小關系，當SOC達到SOCtmax時，擴充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；當Pg彡Ptlmin時，將蓄電池投入運行并處于放電狀態(tài)，然后進一步判斷蓄電池的荷電狀態(tài)SOC與SOCtmin的大小關系，當SOC降到SOCtmin時，擴充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；(5)到達、時刻后，循環(huán)到步驟(1)。采用上述方案后，本發(fā)明首先從風電場和蓄電池組成的系統(tǒng)出發(fā)，對該系統(tǒng)輸出的有功功率和蓄電池的剩余容量進行分析，利用預測法得到各時間段的預測功率，再根據(jù)得到的預測功率提出對蓄電池的運行狀況進行控制的指令，以達到平滑風電場的功率波動、降低蓄電池容量以及提高電能質量的目的；其次，采用PWM控制技術控制由全控型功率開關器件IGBT組成的三相橋式電路，從而提高了功率因數(shù)。


圖1為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)的整體結構框圖；圖2為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中AC/DC變流器的控制結構圖；圖3為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中DC/DC變流器的結構圖；圖4為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中DC/DC變流器的控制框圖；圖5為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中風電場發(fā)出的有功功率和預測功率；圖6為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中風電場經(jīng)蓄電池功率平滑控制后得到的有功功率；圖7為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中，風電場 48小時實際發(fā)出的有功功率；圖8為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風功率預測法，預測時間周期為4小時，平滑度β =20%時，風電場經(jīng)蓄電池功率平滑控制后得到的有功功率；圖9為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風功率預測法，預測時間周期為4小時，平滑度β =20%時，蓄電池的荷電狀態(tài)SOC的變化曲線.
一入 ，圖10為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風功率預測法，預測時間周期為2小時，平滑度β =20%時，風電場經(jīng)蓄電池功率平滑控制后得到的有功功率；圖11為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中，利用風功率預測法，預測時間周期為2小時，平滑度β =20%時，蓄電池的荷電狀態(tài)SOC的變化曲線；圖12為本發(fā)明基于風功率預測平滑風電場功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)中，通過仿真計算得到的預測時間周期與電池容量的關系曲線。圖中1為數(shù)據(jù)采集器；2為風功率預測系統(tǒng)；3為數(shù)據(jù)分析器；4為控制模塊；5為蓄電池；6為DC/DC變流器；7為AC/DC變流器；8為坐標變換；9為風電場；10為斷路器；11 為電網(wǎng)。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發(fā)明的具體內容和有益效果進行詳細說明。配合圖1所示，是本發(fā)明基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)的結構框圖，包括數(shù)據(jù)采集器1、風功率預測系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)分析器3、控制模塊4、蓄電池5、風電場9 和斷路器10，其中，數(shù)據(jù)采集器1用于采集風電場9輸出的有功功率和蓄電池5的荷電狀態(tài)，并將結果分別送入風功率預測系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析器3 ；風功率預測系統(tǒng)2根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時間段的實際數(shù)據(jù)及預測值對當前時段進行預測，并將結果送入數(shù)據(jù)分析器 3 ；數(shù)據(jù)分析器3的輸出端連接控制模塊4，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行比較判斷，并根據(jù)比較結果向控制模塊4輸出控制指令；控制模塊4的輸出端連接斷路器10，而斷路器10連接在蓄電池5與電網(wǎng)11之間，控制模塊4根據(jù)接收到的指令控制斷路器10的通斷，從而控制蓄電池5對電網(wǎng)11的供電情況。以下將結合圖示，對基于前述控制系統(tǒng)的控制方法的內容進行詳細說明。所述控制方法的步驟為(1)利用數(shù)據(jù)采集器1采集風電場9輸出的有功功率Pg和蓄電池5的荷電狀態(tài) SOC (state of charge)，同時送入風功率預測系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析器3 ；(2)檢測蓄電池5的充滿狀態(tài)SOCtmax和最大放電深度狀態(tài)SOCtmin，并由控制模塊4 判斷SOC是否處于SOCtmax和SOCtmin之間，若是，則保持蓄電池5的當前工作狀態(tài)不變，否則將向斷路器10發(fā)出指令，斷開蓄電池5與電網(wǎng)11的連接，控制蓄電池5退出運行；(3)在0 、時間段內，風功率預測系統(tǒng)2利用風電場9在前一時間段的實際功率和功率預測值對0 、時間段進行功率預測得到風功率預測值Ptl，并將預測值送入數(shù)據(jù)分析器3，由數(shù)據(jù)分析器3根據(jù)平滑度要求β計算得到功率平滑上限值Ptlmax和功率平滑下限值 Ptlmin，具體來說，設 Ptl = 0. 5 (Ptlmax+Ptlmin)，則
權利要求
1.一種基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集器、風功率預測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析器、控制模塊、蓄電池、風電場和斷路器，其中，數(shù)據(jù)采集器采集風電場輸出的有功功率和蓄電池的荷電狀態(tài)，并將結果分別送入風功率預測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析器；風功率預測系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時間段的實際數(shù)據(jù)及預測值對當前時段進行預測，并將結果送入數(shù)據(jù)分析器；數(shù)據(jù)分析器的輸出端連接控制模塊，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行比較判斷，并根據(jù)比較結果向控制模塊輸出控制指令；控制模塊的輸出端連接斷路器，而斷路器連接在蓄電池與電網(wǎng)之間，控制模塊根據(jù)接收到的指令控制斷路器的通斷。
2.一種如權利要求1所述的基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)采集風電場輸出的有功功率Pg和蓄電池的荷電狀態(tài)SOC；(2)檢測蓄電池的充滿狀態(tài)SOCtmax和最大放電深度狀態(tài)SOCtmin，并判斷SOC是否處于 SOCtmax和SOCtmin之間，若是，則保持蓄電池的當前工作狀態(tài)不變，否則將斷開蓄電池與電網(wǎng)的連接，控制蓄電池退出運行；(3)在0 、時間段內，風功率預測系統(tǒng)利用風電場在前一時間段的實際功率和功率預測值對0 、時間段進行功率預測得到風功率預測值Ptl，并根據(jù)平滑度要求β計算得到功率平滑上限值Ptlmax和功率平滑下限值Ptlmin ；(4)判斷風電場的輸出功率Pg是否在Ptlmax與Ptlmin之間，當Pg彡Ptlmax時，將蓄電池投入運行并處于充電狀態(tài)，然后進一步判斷蓄電池的實際荷電狀態(tài)SOC與SOCtmax的大小關系， 當SOC達到SOCtmax時，擴充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；當Pg < Ptlmin時，將蓄電池投入運行并處于放電狀態(tài)，然后進一步判斷蓄電池的荷電狀態(tài)SOC與SOCtmin的大小關系，當SOC降到SOCtmin時，擴充蓄電池5的容量直到滿足平滑度要求為止；(5)到達、時刻后，循環(huán)到步驟(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于風功率預測平滑功率波動的蓄電池控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集器、風功率預測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析器、控制模塊、蓄電池、風電場和斷路器，數(shù)據(jù)采集器采集風電場輸出的有功功率和蓄電池的荷電狀態(tài)，并將結果送入風功率預測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析器；風功率預測系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以及前一時間段的實際數(shù)據(jù)及預測值對當前時段進行預測，并將結果送入數(shù)據(jù)分析器；數(shù)據(jù)分析器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行比較判斷，并根據(jù)比較結果向控制模塊輸出控制指令；控制模塊的輸出端連接斷路器，而斷路器連接在蓄電池與電網(wǎng)之間，控制模塊根據(jù)指令控制斷路器的通斷。此系統(tǒng)可降低功率波動及電池容量，提高電能質量。本發(fā)明還公開一種蓄電池控制方法。
文檔編號H02J3/28GK102368617SQ20111030838
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者何海平, 傅中興, 全銳, 潘文霞, 王鵬飛 申請人:河海大學