[发明专利]一种基于单元损耗均衡的飞轮储能阵列一致性控制方法

说明书

本发明公开了一种基于单元损耗均衡的飞轮储能阵列一致性控制方法。针对新能源出力的随机性和不确定性，大规模新能源并入电网时造成的负面影响，通过飞轮储能单元来改善大规模新能源并网的问题，然后对飞轮储能单元损耗的研究，提出一种单元损耗均衡的飞轮储能阵列一致性控制方法。该方法通过对飞轮储能单元转速的调节，实现系统的比率一致性控制，以达到飞轮储能单元的损耗均衡，从而延长飞轮储能单元的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一致性控制策略，具体涉及一种飞轮单元损耗均衡技术以及飞轮储能阵列控制方法，属于电力技术领域。

背景技术

近年来，经济的高速发展对能源消耗不断增加，但环境污染和化石能源危机却日益严峻。特别是在应对全球气候变化大背景下，联合国气候变化《巴黎协定》呼吁世界各国尽早实现“以新能源和可再生能源为主体的能源体系”。因此，为应对经济高速发展与环境保护、能源短缺的突出矛盾，世界各国大力发展清洁新能源相关的工程。国内也响应世界的发展趋势，大规模发展新能源和持续推进电能替代工程。供应侧中新能源的占比不断提升，而新能源主要分散在偏远地区，加上本地能源消纳能力不足，且远距离传输能力有限。国家能源局指出，2018年国内“弃风”、“弃电”总量超过300亿kWh。

针对大规模新能源并入电网时造成影响的问题，储能技术是提升电力系统新能源消纳能力的重要手段，具有保障用户持续供电、电网高效运行等作用。当新能源发电产生的能量小于消耗的能量时，飞轮储能阵列有助于系统调节负荷功率；新能源发电产生的能量大于消耗的能量时，多余的能量储存飞轮储能阵列中，在电网中接入飞轮储能阵列，来平滑新能源发电产生的波动。基于不同储能单元之间存在损耗不同的情况，如何提高飞轮储能单元的寿命，是本领域技术人员需要解决的问题，因此需要研究基于单元损耗均衡的飞轮储能阵列一致性控制方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是基于不同飞轮储能单元之间的损耗问题，提供一种基于单元损耗均衡的飞轮储能阵列一致性控制方法，解决如何延长飞轮储能单元的使用寿命问题。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于单元损耗均衡的飞轮储能阵列一致性控制方法，飞轮储能系统由n台飞轮储能单元组成，每台飞轮储能单元都与邻近的一台或多台飞轮储能单元进行通信，所有飞轮储能单元之间构成一个网络层，每台飞轮储能单元都通过这个网络层与其他单元交换信息，对飞轮储能单元进行相应的控制；采用一致性算法进行控制，其控制方法为：通过对转速的控制来改变飞轮储能单元的损耗；

由于飞轮储能单元进行充放电时，不同单元之间的损耗是不同的，因此需要对飞轮储能单元的损耗进行一致性控制，分析飞轮储能阵列单元的有功损耗，即飞轮储能单元的充放电损耗满足以下算式：

P＝P_bearing+P_w+P_core+P_copper

式中，P表示飞轮储能单元的充放电损耗，P_bearing表示轴承损耗，P_w表示风阻损耗，P_core表示电机铁损，P_copper表示电机铜损；

轴承损耗方程表达式为：

P_bearing＝(t_l+t_v)w

式中，t_l表示负载产生的扭矩，取决于负载的类型和轴承的设计；t_v表示粘性摩擦产生的扭矩，取决于所用润滑剂的速度和性能；w表示飞轮的转速；

风阻损耗方程表达式为：

式中，p_air表示气体压力，a表示转子的半径，R表述气体常数，T表示电磁转矩；

电机铁损方程表达式为：