[发明专利]基于飞轮储能的抑制风电机组功率波动的方法及装置

说明书

技术领域：本发明涉及一种基于飞轮储能的抑制风电机组功率波动的方法及装置。属储能控制领域。用于解决风电机组输出功率波动问题。

背景技术：目前风力发电发展迅速，已经成为电力系统的重要组成部分，但由于风电本身波动性和随机性的特点，愈来愈成为制约新能源发展的障碍，随着新能源发电规模的继续扩大，这个问题显得尤为迫切。储能正是从根本上解决风力发电接入问题的最有效途径，通过储能系统来弥补风电的间歇性和不稳定性缺陷，从而实现功率平滑并入电网。另外风电的稳定还表现在风电场输出功率的稳定及频率稳定性，目前这方面问题的研究主要集中在利用储能系统来平抑风电输出功率频率波动。根据现在学者的很多理论和试验研究结果，储能系统确实能有效的改善风电系统频率稳定性，且储能系统容量越大、响应速度越快效果越好。

飞轮储能系统具有快速吸收或释放有功及无功功率的特点，对改善系统的功率平衡状况、降低并网处风电的电压波动和平抑风电场输出的波动具有很好的效果，同时还能起到增强系统运行稳定性的作用。增强风电并网系统的稳定性就需要储能系统具有快速响应的能力，因为暂态过程中系统的各参量变化很快，飞轮储能方式响应速度可以达到1-20ms，能够快速补偿功率不平衡量，快速的与系统之间进行有功、无功功率交换，以此来有效改善电压波动性，如电压暂降、波形畸变及闪变等。

随机波动的风电作为电源接入电网，将导致原有系统的备用容量增加，甚至还需要额外配备平衡稳定装置，使得系统运行经济性有所降低。

发明内容：

发明目的：基于飞轮储能的抑制风电机组功率波动的方法及装置，其目的是解决风电机组输出功率波动问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

基于飞轮储能的抑制风电机组功率波动的方法，其特征在于：本方法将飞轮储能装置接入风电机组的功率输出点，通过调节飞轮储能系统的飞轮角速度，利用飞轮储能装置的动量增量补偿风电机组出口的功率，使机组的输出功率贴近参考值，达到进行消峰填谷、功率平滑和稳定出口电压的目的。

所述风电机组输出功率参考值采用基于一阶低通滤波器的方法确定，将实际的风电场输出功率曲线通过滤波器，将曲线中快速波动的部分滤掉，得到一条较为平滑的曲线，作为风电场期望输出功率曲线；

基于一阶低通滤波器的控制策略是将注入电网的功率设计为式中f_c为滤波器的截止频率；则飞轮储能系统充放电参考功率为Pref=Ts1+TsPw]]>

此时，经过功率平抑后注入电网的功率的变化率和功率的平滑度都与时间常数T有关；T的值越大，注入电网的功率变化率越小，输出的功率也就越平滑。

飞轮角速度采用模糊自适应变时间常数的滤波器控制方法，具体为：在传统低通滤波器的基础上，考虑飞轮的过载情况，即当所需的功率超过飞轮储能系统可以储存和释放的最大能量时，通过调节时间常数控制了飞轮系统的过载和变流器直流电压的稳定，在变时间常数的滤波器后加上一个模糊调整量，使得飞轮转速恢复到合理范围，延长了储能系统的寿命。

模糊自适应变时间常数的滤波器控制方法如下：

风电场发出的功率为Pw，经过传统的低通滤波器之后，计算出Pg，并由此推出P_ref；判断飞轮储能系统的工作状态P_ref是否超限，即γ(t)的大小，并执行以下公式：

当ω_max≥ω≥0.9ω_max时，此时飞轮储能系统处于较高的储能状态，应该让飞轮储能系统充电的时候少充电，放电的时候多放电，给定功率减去一个调整值使飞轮的转速ω恢复到合理范围之内；

当ω_min≤ω≤1.1ω_min时，此时飞轮储能系统处于较低放电状态，应该让飞轮储能系统充电的时候多充电，放电的时候少放电，给定功率加上一个调整值使飞轮的转速ω恢复到合理范围之内；最后给定值加上调整值得出了我们最终的飞轮功率给定值

模糊自适应的控制的工作步骤如下：