一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法
2023-10-07 18:12:14 3
一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法，包括以下步驟：(1)設定儲能控制周期Td和MPC控制周期Ts；(2)根據風儲聯合發電系統建立MPC控制模型，包括目標函數及其相應約束條件；(3)獲取設定時間尺度內的風電功率預測值；(4)對所述MPC控制模型進行優化求解，獲得當前的併網功率優化值；(5)採用LPF按儲能控制周期進行連續控制，以所述併網功率優化值補償LPF控制的輸出，根據當前MPC控制周期內的風電功率預測值，獲得最終併網功率；(6)在執行步驟(5)的同時，判斷一個MPC控制周期是否完成，若是，則執行步驟(3)，若否，則返回步驟(6)。與現有技術相比，本發明具有平抑效果好等優點。
【專利說明】-種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種風儲協調控制方法，尤其是涉及一種平抑長短期風電功率波動的 風儲協調控制方法。
【背景技術】
[0002] 為了應對傳統能源的快速消耗以及日益嚴峻的環境問題，以風能為代表的綠色可 再生能源在世界範圍內得到了迅猛的發展。然而，風能的波動性、間歇性對電網帶來了多方 面的不利影響。在風電大規模接入的背景下，提高風電輸出功率穩定性的研究正受到越來 越多的重視。伴隨儲能技術的不斷成熟，風儲協調運行對於平抑風電功率波動具有很好效 果。但考慮到儲能系統高昂的單位成本，滿足出力平滑的同時做到儲能配置的最小化對風 儲協調控制策略提出了很高的要求。
[0003] 在Imin和IOmin的較小時間尺度上，利用基於一階低通濾波原理（LPF)的風儲協 調策略可以有效補償風電功率中某一特定頻段的波動成分。為改善該原理的效果，可在LPF 原理基礎上加入隨實測電池荷電狀態（SOC)改變濾波時間常數的環節，避免了電池的過充 和過放；也可採用超級電容與電池混合儲能系統，分別補償功率波動中的高頻和中低頻分 量。LPF原理簡單實用，對短期風功率波動有較好的抑制作用。但利用該原理平抑長期波動 會加大其濾波時間常數，為此需要配置較大的儲能容量，致使總體經濟性較差。另外，該原 理不具備對未來風功率變化的預判能力，在風功率連續變化時容易因 SOC越限而失去平滑 功能。
[0004] 模型預測控制（MPC，Model Predictive Control)是近年來被廣泛研究和運用的 一種先進控制策略。在每一採樣時刻，MPC根據當前獲得的測量和預測信息，在線求解一個 有限時域開環優化問題，並將求解出的輸入序列中第一個元素施加到受控對象作為輸入信 號，並實施滾動優化。有的研究利用MPC原理平抑風電功率的波動性；有的研究則採用MPC 原理使得風儲聯合發電系統能夠跟蹤調度曲線。MPC原理主要針對15min以上的風電功率 波動，原因有兩個方面。首先，MPC原理的控制周期取決於風功率的預測間隔。根據現有國 家標準，風功率預測的時間解析度多為15min。預測間隔越短，則風速數據所表現的隨機性 和非線性就越強。時間間隔為IOmin的風速預測至今還是一個世界性難題；其次，在相同的 優化時長內（如4h)，MPC控制周期越短則求解優化問題的運算量越大。這樣，在15min及 以上的較大時間尺度上，MPC原理雖然能夠充分利用預測模型發揮其滾動優化控制的優勢， 但卻難以兼顧短期風功率波動。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種平抑長短期風 電功率波動的風儲協調控制方法，對長短期多個時間尺度的風電功率波動都具有良好的平 抑效果，而且能夠將儲能SOC控制在理想區間附近，使得在惡劣的風況下控制策略具有更 好的可持續性。
[0006] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0007] -種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)設定儲能控制周期Td和MPC控制周期Ts，所述儲能控制周期為LPF控制的執 行周期，T s > Td，且Ts為Td的整數倍；
[0009] (2)根據風儲聯合發電系統建立MPC控制模型，包括目標函數及其相應約束條件；
[0010] (3)獲取設定時間尺度內的風電功率預測值，其解析度與MPC控制周期相同； [0011] (4)對所述MPC控制模型進行優化求解，獲得當前MPC控制周期內的併網功率優化 值；
[0012] (5)採用LPF按儲能控制周期進行連續控制，以所述併網功率優化值補償LPF控制 的輸出，獲得最終併網功率。
[0013] (6)在執行步驟（5)的同時，判斷一個MPC控制周期是否完成，若是，則返回步驟 (3)，若否，則返回步驟（6);
[0014] 所述步驟（2)中，MPC控制模型的目標函數如下：
【權利要求】
1. 一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 設定儲能控制周期Td和MPC控制周期Ts，所述儲能控制周期為LPF控制的執行周 期，Ts >Td，且Ts為Td的整數倍； (2) 根據風儲聯合發電系統建立MPC控制模型，包括目標函數及其相應約束條件； (3) 獲取設定時間尺度內的風電功率預測值，其解析度與MPC控制周期相同； (4) 對所述MPC控制模型進行優化求解，獲得當前MPC控制周期內的併網功率優化值； (5) 採用LPF按儲能控制周期進行連續控制，以所述併網功率優化值補償LPF控制的輸 出，獲得最終併網功率； (6) 在執行步驟（5)的同時，判斷一個MPC控制周期是否完成，若是，則返回步驟（3)， 若否，則返回步驟（6)。
2. 根據權利要求1所述的一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法，其特徵 在於，所述步驟（2)中，MPC控制模型的目標函數如下：
其中，L為儲能處於理想荷電狀態時的容量，α和β是懲罰係數，Au(k)=u(k)-u(k-l)，u(k)為併網功率，r(k)為風電功率，x(k)為儲能輸出功率，y(k)為儲能剩餘 容量，k為MPC的控制時刻，k時刻與k-Ι時刻間的間隔為Ts，M為控制時域； 目標函數所滿足的約束條件包括： a) 併網功率約束 O^u(k) ^Pratedk= 0,1, *··,Μ-1 b) 儲能輸出功率約束 -Pch ^x(k) ^Pdchk= 0,1, *··,Μ-1 c) 儲能容量約束
其中，P^d為風電場額定容量，Pdl和Pddl分別為儲能最大充放電功率，Cb為儲能系統 總各量，Smax和Smin為儲能系統荷電狀態的上下限。
3. 根據權利要求1所述的一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法，其特徵 在於，所述步驟（4)中，對MPC控制模型進行優化求解時，將MPC控制模型轉化為二次規劃 問題進行求解。
4. 根據權利要求1所述的一種平抑長短期風電功率波動的風儲協調控制方法，其特徵 在於，所述步驟（5)中，儲能控制周期內併網功率補償值的具體計算過程為： 601)計算一個MPC控制周期內併網總出力補償值Wc:
Wm為以所述併網功率優化值補償後的併網總出力，W1為補償前的併網總出力，<為並 網功率優化值，n=Ts/Td，i表示LPF控制時刻，i= 0表示每個MPC控制周期的初始時刻， Pg為併網功率，Pw為風電功率，T=IV(Td+T。)，為濾波時間常數因子，T。為濾波時間常數； 602) 以當前MPC控制周期內的風電功率預測值Pwm作為各時刻風電功率實際值Pw⑴， 得到併網功率補償值：
603) 對功率補償值進行平滑處理，使相鄰MPC控制周期的功率補償值之差小於閾值 Pth，即：
其中，Pc(i)為經平滑處理後各時刻新的功率補償值；Pra^PPra分別為由步驟602)中的 公式計算出的前一MPC控制周期和當前MPC控制周期的功率補償值；
【文檔編號】H02J3/24GK104319793SQ201410513818
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】李中豪, 張沛超, 沈樞 申請人:上海交通大學