一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：(1)設(shè)定儲能控制周期Td和MPC控制周期Ts；(2)根據(jù)風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)建立MPC控制模型，包括目標(biāo)函數(shù)及其相應(yīng)約束條件；(3)獲取設(shè)定時間尺度內(nèi)的風(fēng)電功率預(yù)測值；(4)對所述MPC控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，獲得當(dāng)前的并網(wǎng)功率優(yōu)化值；(5)采用LPF按儲能控制周期進(jìn)行連續(xù)控制，以所述并網(wǎng)功率優(yōu)化值補(bǔ)償LPF控制的輸出，根據(jù)當(dāng)前MPC控制周期內(nèi)的風(fēng)電功率預(yù)測值，獲得最終并網(wǎng)功率；(6)在執(zhí)行步驟(5)的同時，判斷一個MPC控制周期是否完成，若是，則執(zhí)行步驟(3)，若否，則返回步驟(6)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有平抑效果好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】-種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，尤其是涉及一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的 風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 為了應(yīng)對傳統(tǒng)能源的快速消耗以及日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，以風(fēng)能為代表的綠色可 再生能源在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展。然而，風(fēng)能的波動性、間歇性對電網(wǎng)帶來了多方 面的不利影響。在風(fēng)電大規(guī)模接入的背景下，提高風(fēng)電輸出功率穩(wěn)定性的研究正受到越來 越多的重視。伴隨儲能技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)儲協(xié)調(diào)運(yùn)行對于平抑風(fēng)電功率波動具有很好效 果。但考慮到儲能系統(tǒng)高昂的單位成本，滿足出力平滑的同時做到儲能配置的最小化對風(fēng) 儲協(xié)調(diào)控制策略提出了很高的要求。
[0003] 在Imin和IOmin的較小時間尺度上，利用基于一階低通濾波原理（LPF)的風(fēng)儲協(xié) 調(diào)策略可以有效補(bǔ)償風(fēng)電功率中某一特定頻段的波動成分。為改善該原理的效果，可在LPF 原理基礎(chǔ)上加入隨實(shí)測電池荷電狀態(tài)（SOC)改變?yōu)V波時間常數(shù)的環(huán)節(jié)，避免了電池的過充 和過放；也可采用超級電容與電池混合儲能系統(tǒng)，分別補(bǔ)償功率波動中的高頻和中低頻分 量。LPF原理簡單實(shí)用，對短期風(fēng)功率波動有較好的抑制作用。但利用該原理平抑長期波動 會加大其濾波時間常數(shù)，為此需要配置較大的儲能容量，致使總體經(jīng)濟(jì)性較差。另外，該原 理不具備對未來風(fēng)功率變化的預(yù)判能力，在風(fēng)功率連續(xù)變化時容易因 SOC越限而失去平滑 功能。
[0004] 模型預(yù)測控制（MPC，Model Predictive Control)是近年來被廣泛研究和運(yùn)用的 一種先進(jìn)控制策略。在每一采樣時刻，MPC根據(jù)當(dāng)前獲得的測量和預(yù)測信息，在線求解一個 有限時域開環(huán)優(yōu)化問題，并將求解出的輸入序列中第一個元素施加到受控對象作為輸入信 號，并實(shí)施滾動優(yōu)化。有的研究利用MPC原理平抑風(fēng)電功率的波動性；有的研究則采用MPC 原理使得風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)能夠跟蹤調(diào)度曲線。MPC原理主要針對15min以上的風(fēng)電功率 波動，原因有兩個方面。首先，MPC原理的控制周期取決于風(fēng)功率的預(yù)測間隔。根據(jù)現(xiàn)有國 家標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)功率預(yù)測的時間分辨率多為15min。預(yù)測間隔越短，則風(fēng)速數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的隨機(jī)性 和非線性就越強(qiáng)。時間間隔為IOmin的風(fēng)速預(yù)測至今還是一個世界性難題；其次，在相同的 優(yōu)化時長內(nèi)（如4h)，MPC控制周期越短則求解優(yōu)化問題的運(yùn)算量越大。這樣，在15min及 以上的較大時間尺度上，MPC原理雖然能夠充分利用預(yù)測模型發(fā)揮其滾動優(yōu)化控制的優(yōu)勢， 但卻難以兼顧短期風(fēng)功率波動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種平抑長短期風(fēng) 電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，對長短期多個時間尺度的風(fēng)電功率波動都具有良好的平 抑效果，而且能夠?qū)δ躍OC控制在理想?yún)^(qū)間附近，使得在惡劣的風(fēng)況下控制策略具有更 好的可持續(xù)性。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)設(shè)定儲能控制周期Td和MPC控制周期Ts，所述儲能控制周期為LPF控制的執(zhí) 行周期，T s > Td，且Ts為Td的整數(shù)倍；
[0009] (2)根據(jù)風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)建立MPC控制模型，包括目標(biāo)函數(shù)及其相應(yīng)約束條件；
[0010] (3)獲取設(shè)定時間尺度內(nèi)的風(fēng)電功率預(yù)測值，其分辨率與MPC控制周期相同； [0011] (4)對所述MPC控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，獲得當(dāng)前MPC控制周期內(nèi)的并網(wǎng)功率優(yōu)化 值；
[0012] (5)采用LPF按儲能控制周期進(jìn)行連續(xù)控制，以所述并網(wǎng)功率優(yōu)化值補(bǔ)償LPF控制 的輸出，獲得最終并網(wǎng)功率。
[0013] (6)在執(zhí)行步驟（5)的同時，判斷一個MPC控制周期是否完成，若是，則返回步驟 (3)，若否，則返回步驟（6);
[0014] 所述步驟（2)中，MPC控制模型的目標(biāo)函數(shù)如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 設(shè)定儲能控制周期Td和MPC控制周期Ts，所述儲能控制周期為LPF控制的執(zhí)行周 期，Ts >Td，且Ts為Td的整數(shù)倍； (2) 根據(jù)風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)建立MPC控制模型，包括目標(biāo)函數(shù)及其相應(yīng)約束條件； (3) 獲取設(shè)定時間尺度內(nèi)的風(fēng)電功率預(yù)測值，其分辨率與MPC控制周期相同； (4) 對所述MPC控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，獲得當(dāng)前MPC控制周期內(nèi)的并網(wǎng)功率優(yōu)化值； (5) 采用LPF按儲能控制周期進(jìn)行連續(xù)控制，以所述并網(wǎng)功率優(yōu)化值補(bǔ)償LPF控制的輸 出，獲得最終并網(wǎng)功率； (6) 在執(zhí)行步驟（5)的同時，判斷一個MPC控制周期是否完成，若是，則返回步驟（3)， 若否，則返回步驟（6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于，所述步驟（2)中，MPC控制模型的目標(biāo)函數(shù)如下：
其中，L為儲能處于理想荷電狀態(tài)時的容量，α和β是懲罰系數(shù)，Au(k)=u(k)-u(k-l)，u(k)為并網(wǎng)功率，r(k)為風(fēng)電功率，x(k)為儲能輸出功率，y(k)為儲能剩余 容量，k為MPC的控制時刻，k時刻與k-Ι時刻間的間隔為Ts，M為控制時域； 目標(biāo)函數(shù)所滿足的約束條件包括： a) 并網(wǎng)功率約束 O^u(k) ^Pratedk= 0,1, *··,Μ-1 b) 儲能輸出功率約束 -Pch ^x(k) ^Pdchk= 0,1, *··,Μ-1 c) 儲能容量約束
其中，P^d為風(fēng)電場額定容量，Pdl和Pddl分別為儲能最大充放電功率，Cb為儲能系統(tǒng) 總各量，Smax和Smin為儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的上下限。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于，所述步驟（4)中，對MPC控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解時，將MPC控制模型轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃 問題進(jìn)行求解。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平抑長短期風(fēng)電功率波動的風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于，所述步驟（5)中，儲能控制周期內(nèi)并網(wǎng)功率補(bǔ)償值的具體計算過程為： 601)計算一個MPC控制周期內(nèi)并網(wǎng)總出力補(bǔ)償值Wc:
Wm為以所述并網(wǎng)功率優(yōu)化值補(bǔ)償后的并網(wǎng)總出力，W1為補(bǔ)償前的并網(wǎng)總出力，<為并 網(wǎng)功率優(yōu)化值，n=Ts/Td，i表示LPF控制時刻，i= 0表示每個MPC控制周期的初始時刻， Pg為并網(wǎng)功率，Pw為風(fēng)電功率，T=IV(Td+T。)，為濾波時間常數(shù)因子，T。為濾波時間常數(shù)； 602) 以當(dāng)前MPC控制周期內(nèi)的風(fēng)電功率預(yù)測值Pwm作為各時刻風(fēng)電功率實(shí)際值Pw⑴， 得到并網(wǎng)功率補(bǔ)償值：
603) 對功率補(bǔ)償值進(jìn)行平滑處理，使相鄰MPC控制周期的功率補(bǔ)償值之差小于閾值 Pth，即：
其中，Pc(i)為經(jīng)平滑處理后各時刻新的功率補(bǔ)償值；Pra^PPra分別為由步驟602)中的 公式計算出的前一MPC控制周期和當(dāng)前MPC控制周期的功率補(bǔ)償值；
【文檔編號】H02J3/24GK104319793SQ201410513818
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】李中豪, 張沛超, 沈樞 申請人:上海交通大學(xué)