[发明专利]适用于风电机组的混合储能系统及控制方法

摘要

适用于风电机组的混合储能系统及控制方法，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。混合储能系统中的储能双向变流器可以基于锂电池在没有外围供电的情况下实现自启动，建立交流母线电压并启动钒液流电池而扩大储能系统容量，从而使得风电机组能够和混合储能系统在孤岛模式下联合运行，满足电网黑启动的要求。

主权项

适用于风电机组的混合储能系统的控制方法，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连接，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；所述控制方法包括储能双向变流器的控制方法、混合储能系统功率的控制方法及混合储能系统功率分配和SOC调节方法；储能双向变流器的控制方法采用双环控制器，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id做比较作为模糊PID控制器的输入；模糊PID控制器采用前馈模糊自适应PID控制方法；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，然后把模糊控制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KP、KI、KD，实现对系统的灵活控制；模糊PID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，模糊PID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KP，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KD，同时避免出现积分饱和现象，取KI为0；当偏差E处于中等大小时，KP应取值小些，从而使系统的响应具有较小的超调量，同时KI的取值要恰当；在这种情况下，为保证系统的响应速度，此时KD的取值要适中；当偏差E较小即接近设定值时，此时要增大KP、KI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，KD取值增加，当EC较大时，KD取值减小；储能双向变流器模型为四象限运行变流器模型；混合储能系统功率分配和SOC调节方法中，混合储能系统的实时有功和无功功率由能量管理系统进行动态调节，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变换装置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；为了避免钒液流电池系统的电池饱和和放电能力不足，滑模变结构控制器在设计滑动面时，让SOC处在0.2‑0.8之间，这样就把电池的实际状况直接考虑在控制器的设计中，这样能够在基本不影响补偿风电机组出口的功率的基础上，延长电池的实用寿命，直接带来经济价值；滑模变结构控制器的输入ep为注入电网功率实际值P及其参考值P*之差为：eP＝P‑P*系统的滑动面方程为：sp=ep+c∫-∞tep(τ)dτ;]]>混合储能系统中的储能双向变流器基于锂电池在没有外围供电的情况下实现自启动，建立交流母线电压并启动钒液流电池而扩大储能系统容量，从而使得风电机组能够和混合储能系统在孤岛模式下联合运行，满足电网黑启动的要求。