[发明专利]一种利用飞轮储能装置调控可再生能源发电系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以飞轮作为可再生能源发电系统的储能装置时，飞轮储能系统和可再生能源发电系统之间能量交换的控制方法，属控制技术领域。

背景技术

可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能以及地热能等，利用可再生能源进行发电是可再生能源利用的一种最灵活方便的方式。除大型水力发电系统外，其他可再生能源发电系统一般具有能量分散、受气候和季节等因素影响较大的特点，致使系统供电持续性与稳定性较差。解决上述问题比较有效的办法是在可再生能源发电系统中安装一定容量的储能装置，利用储能装置提高可再生能源发电系统的供电可靠性和运行稳定性。

目前，国内外可再生能源发电系统一般采用蓄电池组作为储能装置，当发电系统能量充足时，可再生能源发电电源为电力用户和储能蓄电池组供电；当发电系统能量不足或无法发电时，蓄电池组放电为电力用户继续提供电能。采用蓄电池组进行储能存在一定缺陷，一方面，蓄电池内部存在电化学反应，充放电速度慢、充放电次数有限，蓄电池使用寿命短，废弃的蓄电池会对环境造成污染，经常更换蓄电池将使可再生能源发电系统运行成本增大；另一方面，常规蓄电池储能装置在运行过程中可控性能较差，这是因为其充放电状态完全由蓄电池端电压和发电系统连接处电压之差来决定，而蓄电池输出电压会随着其运行状态和寿命的缩短而发生变化。

飞轮储能装置具有充放电速度快、使用寿命长和无环境污染的优点，非常适合用做可再生能源发电系统的储能装置。将飞轮储能装置用于可再生能源发电和新能源发电系统的关键在于储能装置运行状态的控制方法，现有的控制方法主要包括直流母线电压门限值控制飞轮储能单元运行状态的方法和直流母线电压PI控制方法。直流母线电压门限值控制方法设定了一个飞轮储能装置启动门限电压，当电网电压低于该门限电压时，飞轮储能装置减速发电，当电网电压高于该门限电压时，飞轮储能装置加速储能。直流母线电压PI控制方法也是依靠飞轮储能装置对直流母线电压进行比例积分控制，对飞轮储能装置自身运行状态的调节未提出行之有效的技术方案。以上这些方法可在一定程度上提高可再生能源发电系统的电压稳定性，但因无法实时获得可再生能源发电系统能量的不平衡程度，因此无法实现飞轮储能装置对可再生能源发电系统的快速、准确的能量补偿。因此，将飞轮储能技术应用于可再生能源发电系统的关键问题集中在可再生能源发电系统能量状态的描述、实时测量与计算以及储能系统和可再生能源发电系统之间能量交换控制方法等方面。

发明内容

本发明用于克服现有技术的缺陷、提供一种能对可再生能源发电系统实施快速、准确能量补偿、利用飞轮储能装置调控可再生能源发电系统的方法。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种利用飞轮储能装置调控可再生能源发电系统的方法，它按如下步骤进行：

a.将带有机电能量转化系统(电动/发电机)、电能转换系统及控制系统的飞轮储能装置接入可再生能源发电系统的电压中枢点；

b.建立飞轮储能系统广义动量模型，选取飞轮的角速度ω作为广义速度，飞轮储能系统的转动惯量J即为能量惯性参数，飞轮储能系统广义动量模型为P_s＝Jω；

c.建立可再生能源发电系统广义动量模型，选择可再生能源发电系统的电压中枢点母线电压U_rg作为广义速度，等效惯性参数C_rg主要由电网的构成形式、设备参数以及电网的结线方式所决定，可再生能源发电系统广义动量模型为P_rg＝C_rgU_rg；

d.由控制系统实时检测电网中枢点电压U_rg、飞轮的角速度ω、飞轮储能装置输出电压和电流，计算可再生能源发电系统的等效惯性参数C_rg和飞轮储能系统的瞬时动量；

e.控制系统将实时检测的电网中枢点电压U_rg值与标准值相比较，当偏差超过允许值时，计算可再生能源发电系统相对于标准状态的动量增量Δ(C_rgU_rg)；

f.控制系统对飞轮的角速度ω进行调节，使飞轮储能装置提供的补偿动量Δ(Jω)等于可再生能源发电系统相对于标准状态的动量增量Δ(C_rgU_rg)。