一種用于風電場的飛輪矩陣系統(tǒng)分布式分層控制方法
【專利摘要】該發(fā)明一種用于風電場的飛輪矩陣系統(tǒng)分布式分層控制方法，應用于風電場的飛輪儲能系統(tǒng)控制方法，尤其涉及一種應用于風電場的飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)控制方法。首先建立各風輪儲能單元的通信拓撲結(jié)構(gòu),然后構(gòu)建基于多智能體的分布式的上層功率分配算法,使各飛輪根據(jù)自身及其鄰居的交流信息，按比例分配系統(tǒng)總參考功率，來確定自己的充放電狀態(tài)及功率，將計算得到的結(jié)果交由本地控制器執(zhí)行，實現(xiàn)發(fā)明目的，從而具有實時性、減小建設成本、增加系統(tǒng)靈活性、減小系統(tǒng)計算復雜度、增強系統(tǒng)魯棒性和容錯性。
【專利說明】—種用于風電場的飛輪矩陣系統(tǒng)分布式分層控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應用于風電場的飛輪儲能系統(tǒng)控制方法，尤其涉及一種應用于風電場的飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]飛輪儲能技術(shù)是一種將電能儲存為飛輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動能的技術(shù)，通過對系統(tǒng)的控制，飛輪儲能系統(tǒng)可以在必要的時候儲存或釋放能量，達到平滑發(fā)電系統(tǒng)的輸出有功功率、補償電力系統(tǒng)無功功率、穩(wěn)定母線電壓的作用。多飛輪儲能單元組成的飛輪儲能矩陣系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以配合風力發(fā)電等可再生能源電力系統(tǒng)，平滑系統(tǒng)有功輸出功率，穩(wěn)定系統(tǒng)輸出電壓，進而提聞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提聞可再生能源并網(wǎng)能力。
[0003]由于風場的容量較大，利用多個飛輪儲能單元對風場發(fā)電功率進行平滑的同時，對多個飛輪的協(xié)調(diào)控制就顯得尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)很少涉及對于飛輪組內(nèi)部的協(xié)調(diào)控制問題，已有的協(xié)調(diào)控制方法也都要求有一個能夠獲取系統(tǒng)全局信息的中央處理器，如圖1所示為集中式飛輪矩陣儲能系統(tǒng)框架，這種基于中央控制器的結(jié)構(gòu)在含有大量分布式單元的系統(tǒng)中存在諸多缺點。首先，為了取得所有飛輪單元的信息并分別下發(fā)相應的命令要求，中央控制器必須與每一個飛輪單元建立通信聯(lián)系，這極大地增加了前期的建設成本；其次，集中式的控制算法給中央處理器帶來了巨大的計算負擔，這會增加系統(tǒng)的復雜度并使響應速度變慢；最后，集中控制下的系統(tǒng)的魯棒性較差，對錯誤信息較為敏感。一旦與中央控制器相連的通信線路損壞，系統(tǒng)就容易無法完成任務。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種更有效的發(fā)揮飛輪儲能系統(tǒng)優(yōu)勢，增加系統(tǒng)控制靈活性和魯棒性，減小系統(tǒng)前期投資，保證飛輪儲能矩陣系統(tǒng)穩(wěn)定性，進而保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高風電輸出電能質(zhì)量的應用于風電場的飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的分層分布式協(xié)調(diào)控制方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了一種用于風電場的飛輪矩陣系統(tǒng)分布式分層控制方法，該方法包括如下步驟:
[0006]步驟1:首先將各飛輪儲能單元并聯(lián)在飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的直流母線上，其中一些飛輪儲能單元與風場相連，再將飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的直流母線通過雙向變流器與風電場的交流母線并聯(lián)，然后建立飛輪儲能矩陣系統(tǒng)中各飛輪儲能單元的通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，所述飛輪儲能單元包括:智能體通信和控制器、本地控制器、雙向變流器、電機、飛輪；
[0007]步驟2:構(gòu)建基于多智能體的分布式的上層功率分配算法，該算法規(guī)則為:
[0008]充電控制時，各飛輪的充電功率」與其當前狀態(tài)下最大可充電功率之比相同，都為當前飛輪矩陣系統(tǒng)的總參考功率與其總的最大可充電功率之比

【權(quán)利要求】
1.一種用于風電場的飛輪矩陣系統(tǒng)分布式分層控制方法，該方法包括: 步驟1:首先將各飛輪儲能單元并聯(lián)在飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的直流母線上，其中一些飛輪儲能單元與風場相連，再將飛輪儲能矩陣系統(tǒng)的直流母線通過雙向變流器與風電場的交流母線并聯(lián)，然后建立飛輪儲能矩陣系統(tǒng)中各飛輪儲能單元的通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，所述飛輪儲能單元包括:智能體通信和控制器、本地控制器、雙向變流器、電機、飛輪； 步驟2:構(gòu)建基于多智能體的分布式的上層功率分配算法，該算法規(guī)則為: 充電控制時，各飛輪的充電功率與其當前狀態(tài)下最大可充電功率之比相同，都為當前飛輪矩陣系統(tǒng)的總參考功率與其總的最大可充電功率之比;








i 放電控制時，各飛輪的放電功率^.與其當前最大可放電功率Pdisc _;.之比相同，都為當前飛輪矩陣系統(tǒng)的總參考功率與其總的最大可放電功率之;







i 其中，Λ P為風電場應當釋放的功率與其實際輸出功率之差，也即飛輪儲能矩陣系統(tǒng)應釋放或存儲的功率，表示如下:
ΔΡ = P*-Pw 式中，P*表示風電場應輸出的參考功率，由相關(guān)部門根據(jù)電力市場不同的運行情況來確定。？￥是風電場實際發(fā)出的電功率。Λ P>0表示飛輪儲能矩陣系統(tǒng)需要放電來補充風電場發(fā)電不足，Δ Ρ〈0則表示飛輪儲能矩陣系統(tǒng)需要充電來平滑風電場發(fā)電尖峰； 步驟3:安步驟2的功率分配算法，各飛輪儲能單元計算出自身應執(zhí)行的充放電狀態(tài)及功率; 步驟4:將步驟3計算得到的各飛輪參考充放電功率利用公式: t =E10 +I ΑΡ；? 轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)速，利用底層控制器對飛輪單元的轉(zhuǎn)速進行控制，從而執(zhí)行飛輪單元的充放電過程； 其中貧為飛輪應存儲的總能量，Ei0為初始能量狀態(tài)，An為步驟3計算得到的飛輪儲能單元的參考充放電功率，Jffl為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，4表示飛輪的參考轉(zhuǎn)速。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于風電場的飛輪矩陣系統(tǒng)分布式分層控制方法，其特征在于所述步驟2的具體步驟為: 步驟2.1:給每個飛輪儲能單元定義用于迭代的充放電比例因子:
Γ/1 ?".，[々] rn I ,W l^r β] =-777，,.W=^TTT - ,[々] -_m 其中，r——Jk]和rdis?！筟k]分別為第i個飛輪儲能單元的充電和放電比例因子，
編號I~I的飛輪儲能單元與風場有直接通信，1+1~η的飛輪儲能單元與風場沒有直接通信； 步驟2.2:各飛輪儲能單元在每個功率分配周期內(nèi)，利用與之相鄰儲能單元的信息，采用公式:
對各自充放電比例因子進行迭代；
其中
為與儲能單兀i相鄰的所有儲能單兀的集合，j為與之相鄰的儲能單元的編號，Iij為飛輪矩陣通信網(wǎng)絡圖的拉普拉斯矩陣中的元素； 步驟2.3:在m次收斂迭代后，根據(jù)充放電比例因子的符號來判斷此次的充放電狀態(tài)，并根據(jù)各自飛輪儲能單元的存儲狀態(tài)計算充放電功率大小，各個飛輪儲能單元的參考功率為:
其中Δ/f表示飛輪儲能單元應輸出的功率，為m次迭代后計算出的飛輪儲能單元充電比例因子，為m次迭代后計算出的飛輪儲能單元放電比例因子。可以證明當?shù)螖?shù)m充分大時，有
’從而滿足步驟2中的分配分配規(guī)則。
【文檔編號】H02J3/30GK104201707SQ201410337758
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】朱琦潔, 宋永端, 曹倩, 楊峰 申請人:電子科技大學