[发明专利]适用于风电机组的混合储能系统及控制方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种适用于风电机组单机的混合储能系统，包括多种不同类型的储能装置、用于储能系统并网和功率控制的双向变流器及其控制方法、以及满足不同应用模式要求的储能系统功率动态调节策略。

背景技术：由于风电机组的输出功率受风速变化影响，风速的随机性、波动性等特点给风电机组并网带来了一些困难。风电机组并入电网主要影响包括以下几个方面：

(1)由于风速的变化导致风机输出功率出现大幅度变化，直接影响电力系统运行的稳定性；

(2)当电网运行发生故障时，受低压穿越能力限制将使风场处于离网状态，这就导致电网运行状况恶化；

(3)风电机组的功率受风速变化的限制，输出功率的预测有一定的难度，风电机组功率可调度性差；

(4)当并网后的风电场受到大幅度的扰动时，电网无法承受其扰动带来的影响；风电接入电网后严重影响原有电力系统的运行方式，这就对电网的容量提出更大的需求。

而且目前大功率风电机组属于并网型机组，在电网故障时即便有充足的风能，风电机组无法实现自启动和孤岛运行，无法作为电网黑启动电源。

发明内容

发明目的：本发明提供一种适用于风电机组的混合储能系统，其目的是解决以往的方式所存在的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种适用于风电机组的混合储能系统，其特征在于：该系统包括混合储能装置、储能双向变流器、电网接入模块和能量管理系统；混合储能装置通过储能双向变流器连接至电网接入模块，能量管理系统连接储能双向变流器。

混合储能装置包括全钒液流电池和锂电池两种，钒液流电池和锂电池采用DC/DC变换装置通过直流母线链接，并一起接入储能双向变流器，DC/DC变换装置与能量管理系统连接。

储能双向变流器采用双环控制器，内环为储能系统电流环，外环为混合储能直流电压环，混合储能系统电流环采用模糊PID控制器，电压环控制器输出电流i^*_d与反馈值i_d做比较作为模糊PID控制器的输入；

前馈模糊自适应PID控制方法为：引入d轴、q轴电压耦合项，使状态方程解耦，采用开环控制方式补偿可测量的扰动信号，然后把规则的条件用模糊集来表示，并将模糊控制规则作为知识存入计算机的数据库中，根据不同的偏差、偏差变化率通过模糊推理在线调整PID参数K_P、K_I、K_D，实现对系统的灵活控制；

模糊控制器的输入变量是电流d-q轴分量及其变化率的模糊变量E和EC，本模糊控制器为双输入单输出，选取7个模糊语言变量为控制器的输入变量，也就是负大NB、负中NM、负小NS、零ZE、正小PS、正中PM、正大PB。选取模糊变量E的论域为[-6,6]，实际范围为[-24,24]。在实现模糊控制的过程中，选用三角隶属度函数表征模糊变量的隶属关系；

当E较大时，为了加快系统的响应速度，应取较大的K_P，但为了避免由于初始时的误差瞬间变大可能出现的微分饱和而使控制作用溢出许可的范围，应取较小的K_D，同时避免出现积分饱和现象，一般取K_I为0；

当偏差E处于中等大小时，K_P应取值小些，从而使系统的响应具有较小的超调量，同时K_I的取值要恰当。在这种情况下，为保证系统的响应速度，此时K_D的取值要适中；

当偏差E较小即接近设定值时，此时要增大K_P、K_I的取值而使系统具有良好的稳定性，同时应增加系统的抗干扰性能以避免在系统的设定值附近出现大幅度的震荡。当EC较小时，K_D取值增加，当EC较大时，K_D取值减小；

混合储能系统的实时有功和无功功率由能量管理模块进行动态调节，根据工作模式的不同决定混合储能系统总的功率，并通过DC/DC调节电池侧直流电压实现功率的分配，功率分配的过程实现钒液流电池SOC(荷电状态)调节。

保证混合储能系统总功率满足应用要求的前提下通过两种电池功率分配采用滑模变结构控制器调节钒液流电池的SOC；