[发明专利]电池储能系统变时间常数平抑风电功率波动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池储能系统平抑风电功率波动的方法。

背景技术

大规模储能与大容量风力发电系统的结合是可再生能源发展的必要趋势。借助电池储能系统来抑制风电系统固有的波动，使风电这种间歇性、波动性很强的可再生能源变向可控性能源转变，使电网对这种最接近规模化发展的能源调度变为可能。借助电池储能系统来改善风力发电系统输出电压的品质，并将储能作为可再生能源大规模利用不可或缺的一个重要组成部分，已经成为业界普遍共识。

目前，利用一阶低通滤波器实现电池储能系统平抑风电功率波动已经成为国内外普遍采用的方法。一阶低通滤波器算法简单容易实现，但是滤波特性上，通带较窄，阻带较宽。

在滤波方法上，现有技术大部分采用固定的滤波器的截止频率，滤波器不能随着风电场和电池储能系统的工况的变化而主动调整滤波能力。也有专家提出用自适应滤波的方法，如中国专利201110059831.2，名称为“基于储能电池荷电状态反馈的风电出力自适应平滑方法”，该方法实现了依据电池储能系统的电池荷电状态(SOC)自适应地调整一阶低通滤波器的时间常数，起到了保护储能系统的作用。但是，该方法忽略了时间常数与波动率之间的相互关系。

发明内容

本发明的目的是克服现有平抑风电功率波动技术不能随风电的功率波动实时地调整平抑波动能力的问题，提出一种新的控制方法。本发明采用具有较好的通带特性的巴特沃斯I型滤波器，使其具有一定的自适应功能，成为一种自适应滤波器。通过具有自适应能力的巴特沃斯I型滤波器平抑风电功率的波动，被平抑的部分功率由电池储能系统吸收。

具体来说，由于风电功率波动的随机性，自适应滤波器可以将风电功率波动按时间尺度分解，依据不同的风电功率的波动率β，通过本发明的自适应算法调整滤波器的通带截止频率w_c，由于被平抑的部分功率由电池储能系统吸收，电池储能系统吸收或释放的功率因此也随波动率得到调整，从而实现了滤波器的自适应功能。

本发明在深入分析风电功率波动与滤波器截止频率的关系的基础上，设计了能够随着风电功率的波动率调整滤波器截止频率的自适应滤波器。在一定电池储能系统的容量的前提下，该自适应滤波器优化了平抑风电功率波动的方法。

本发明自适应滤波器的类型为巴特沃斯I型，风电功率P_w经过巴特沃斯I型滤波器的平滑后得到并网功率参考值P_g，以风电功率P_w与并网功率参考值P_g的差值为电池储能系统的储能功率P_b。同时，本发明兼顾了对电池储能系统的保护控制：采用功率限幅保护和电池荷电状态SOC(SOC：State Of Charge，电池荷电状态)越限保护。功率限幅保护防止电池储能系统的输出功率过大可能导致的电池储能系统的不稳定；越限保护通过设定电池荷电状态SOC的上限值和下限值的方法，防止电池储能系统处于深度放电或过度充电状态。所述的电池储能系统的储能功率P_b，经过电池荷电状态SOC越限保护和功率限幅保护的修正，修正后的储能功率作为电池储能系统的输出以平滑风电功率。

本发明自适应滤波器采用自适应技术，使电池储能系统变时间常数平抑风电功率波动方法有以下两种：

第一种是根据在实际运行中积累经验数据，统计滤波器的截止频率w_c与风电功率的波动率β对应关系，即滤波器的某个截止频率w_c对应的风电功率波动率β的变化范围，并依据积累的对应关系数据建立规则查询表。通过在线查表的方法，根据风电功率波动率β所处的范围确定滤波器的截止频率w_c的值。

第一种方法主要通过数据采集单元、数据存储与管理单元、巴特沃斯I型滤波器、规则查询表、运算处理单元、SOC越限保护、功率限幅保护和输出接口等功能模块实现。

第一种方法的步骤如下：

步骤一：建立规则查询表，过程如下：

(1)当前时刻为k，设定巴特沃斯I型滤波器的截止频率w_c1并记录；

(2)由数据采集单元读取历史风电功率P_w(k)，经巴特沃斯I型滤波器滤波之后，记录平滑后风电功率即并网功率参考值P_g(k)；

(3)按照如下公式计算风电功率的波动率β(k)并记录：

(4)经过i个时刻，统计β(k)的变化范围，该范围为截止频率w_c1所对应风电功率波动率的变化范围；