大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法
2023-05-30 14:30:01
專利名稱：大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法
技術領域：
本發明屬於風電場運行的電池儲能技術領域，特別涉及一種大容量風電場用多級全釩液流電池儲能的功率優化分配控制方法，具體包括全釩液流電池儲能系統在平抑風電場功率波動過程中對每級VRB組分配的平抑目標功率給定值的控制方法。
背景技術：
隨著大規模風電併網,其輸出功率的波動性和隨機性對電網的安全穩定運行帶來了影響，而儲能技術是解決這些問題的有效手段之一，如在風電場併網出口側安裝一定容量的儲能電站平滑風電場功率波動，增強網-源互動能力，一定程度上可減輕風電場對電網的衝擊。現有儲能技術主要有飛輪、超級電容、超導及電化學電池儲能等，而以電化學電池儲能技術最為成熟和經濟。但是隨著風電場容量的大幅增加，在電池儲能系統平抑風電場功率波動過程中需要多級儲能裝置並聯運行。全釩液流電池儲能以其結構簡單，重複重放電過程不會造成電池容量下降等優勢正被逐步應用，但在實際並聯的多級電池組運行中，受溫度、自放電、電極材料相變等因素影響導致每級電池組的運行工作狀態不同，造成荷電狀態值有所差異。若每級電池組分配的平抑目標功率不當將會造成電池多次不必要的充放電循環及過電壓現象的發生，可能會影響電池的使用壽命及安全穩定運行，從而造成風電功率平抑效能及儲能利用率降低。因此，為了提高大容量風電場功率平抑的多級儲能安全可靠運行能力，有必要研究考慮電池的自身充放電特性的多級儲能優化功率分配控制策略。
發明內容
有鑑於此，本發明所要解決的技術問題是提供一種大容量風電場用多級全釩液流電池儲能的功率優化分配控制方法，可以避免電池組多次不必要的充放電循環和充電電壓過高或放電電壓過低而造成電池損壞現象的發生。本發明的目的是這樣實現的本發明提供的大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法，包括以下步驟S1:檢測VRB電池組實際運行工作狀態時風電場的輸出功率信號Pwind ；S2 :通過風電場輸出功率信號Pwind來計算儲能平抑目標功率給定值信號;S3 :判斷儲能平抑目標功率給定值信號豸#的大小，當檢測到> 0時，將向電池組進行充電；檢測<0時，電池組將進行放電；S4 :實時檢測VRB電池組的實時荷電狀態信號S0C，並比較實時荷電狀態信號SOC值，選擇實時荷電狀態信號SOC值最小者作為最優充電電池組，將實時荷電狀態信號SOC最大者作為最優放電電池組，並將最優充電電池組和最優放電電池組設置為目標電池組；S5 :計算最優充電電池組的實時最大充電功率，計算最優放電電池組的實時最大放電功率；
S6 :檢測VRB電池組的外部端電壓信號Ub，判斷目標電池組的端電壓信號Ub與其充電電壓上限Uhigh的大小，目標電池組的端電壓信號Ub與其放電電壓下限Ulow的大小，若Ub彡Uhigh,則以/^ef /yt等於充放電目標功率給定值Pbx M對目標電池組進行恆功率充電，若Ub彡Ulow,則以/Ar等於充放電目標功率給定值Pbx 對目標電池組進行恆功率放電，其中，k表示荷電狀態相同的優先目標電池組個數，同時，控制其它VRB組功率給定值為0，若判斷出Ub彡Uhigh，則以最優充電電池組的最大充電功率
權利要求
1.大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於包括以下步驟51:檢測VRB電池組實際運行工作狀態時風電場的輸出功率信號Pwind ；52:通過風電場輸出功率信號Pwind來計算儲能平抑目標功率給定值信號尺;53:判斷儲能平抑目標功率給定值信號P的大小，當檢測到O時，將向電池組進行充電；檢測<0時，電池組將進行放電；54:實時檢測VRB電池組的實時荷電狀態信號S0C，並比較實時荷電狀態信號SOC值， 選擇實時荷電狀態信號SOC值最小者作為最優充電電池組，將實時荷電狀態信號SOC最大者作為最優放電電池組，並將最優充電電池組和最優放電電池組設置為目標電池組；55:計算最優充電電池組的實時最大充電功率€^ha1.ge，計算最優放電電池組的實時最大放電功率iC11Sdwge ;56:檢測VRB電池組的外部端電壓信號Ub，判斷目標電池組的端電壓信號Ub與其充電電壓上限Uhigh的大小，目標電池組的端電壓信號Ub與其放電電壓下限U1ot的大小，若Ub≤Uhigh,則以ii—ref/fe等於充放電目標功率給定值Pbx 對目標電池組進行恆功率充電，若Ub≤Ulow,則以/丨；f/灸等於充放電目標功率給定值Pbx μ對目標電池組進行恆功率放電，其中，k表示荷電狀態相同的最優充電電池組個數，同時，控制除最優電池組以外的其它級VRB電池組功率給定值為0，若判斷出Ub ^ Uhigh,則以最優充電電池組的最大充電功率等於目標功率給定值 PBx_ref進行充電；若判斷出Ub ( Ultw，則以最優放電電池組的最大放電功率等於目標功率給定值PBx—M進行放電；57:實時檢測的VRB電池組的荷電狀態信號SOC值，選擇實時荷電狀態信號SOC值最小者作為最優充電電池組，將實時荷電狀態信號SOC最大者作為最優放電電池組，並將最優充電電池組和最優放電電池組設置為下一目標電池組；確定下一目標電池組承擔剩餘的儲能平抑目標功率給定值為itref ^bx charge ;58:返回步驟S6，對下一目標電池組進行充電或放電功率分配；59:切換到下一級VRB電池組，在有限的VRB電池組範圍內繼續進行步驟S4-S7。
2.如權利要求1所述的大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於還包括以下步驟SlO :判斷所有級VRB電池組是否全部工作，重複步驟S1-S9。
3.如權利要求1所述的大容量風電場用全釩液流儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於所述切換到下一級VRB電池組是通過以下步驟來實現的S91 :將分配到各級VRB電池組的充放電目標功率給定值Pb ,ef與每級VRB電池組的實際充放電功率Pb作差，其差值通過比例積分器得到電流給定信號在與各級電池側電感平均電流id乍差，其差值通過比例積分器得到電壓信號，在經過PWM調製後控制雙向DC/ DC變換器中IGBT的導通與關斷，從而控制各級VRB電池組的充放電。
4.如權利要求1所述的大容量風電場用全釩液流儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於所述步驟S2中通過風電場輸出功率信號Pwind來計算儲能平抑目標功率給定值信號，是通過以下方式來實現的將檢測到的風電場輸出功率信號Pwind經過低通濾波器I (1+Ts)得到注入電網的功率信號Pg，進而將注入電網的功率信號Pg與風電場輸出功率信號Pwind作差得到儲能平抑目標功率給定值信 Ii ,
5.如權？κι安'II所述的大容量風電場用全鑰;液流電池儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於所述步驟S2中所述的儲能平抑目標功率給定值通過以下公式來計算<ref=U/(l +礎其中，濾波時間常數T根據濾波器幅頻特性及所抑制功率波動的截止頻率來確定，s表示復變量。
6.如權利要求1所述的大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於所述步驟S4中選取最優充電電池組條件為O.2 < Hiin(SC)C1, SOC2......SOCn) < O. 8 ;其中，SOC1 表示第一級 VRB 組荷電狀態，SOC2表示第二級VRB電池組的荷電狀態，SOCn表示第η級VRB電池組荷電狀態；選取最優放電電池組條件為O.2 < max (SOC1, SOC2......SOCn) < O. 8。
7.如權利要求1所述的大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於所述步驟S5中目標電池組的實時最大充電功率為
8.如權利要求1所述的大容量風電場用全釩液流電池儲能功率優化分配控制方法，其特徵在於所述步驟S9中判斷所有VRB電池組是否全部工作，通過檢測每級VRB電池組電源側電感電流值k來判斷，當k為正表示充電狀態，為負表示放電狀態。
全文摘要
本發明提供一種大容量風電場用多級全釩液流電池儲能的功率優化分配控制方法。該控制方法採用DC/AC變換器級聯雙向DC/DC變換器的全釩液流電池(VRB)儲能系統接口，考慮多級並聯的VRB在平抑風電場功率波動過程中荷電狀態(SOC)值的差異，構建了以每級VRB組荷電狀態大小為最優充放電電池組為首選依據，以充放電電壓限值所對應的最大充放電功率為約束條件的優化功率分配單元，從而完成一種多級VRB儲能系統的功率分配模塊設計。該功率分配控制方法摒棄常規的平均功率分配原則，不僅能很好的平抑風電場功率波動，同時也可以有效地減少大容量儲能系統每級VRB組的循環充放電次數，並確保電池工作於安全穩定運行區域。
文檔編號H02J3/32GK103036244SQ201210523729
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者李輝, 付博, 楊超, 陳耀君, 秦星, 季海婷, 何蓓 申請人:重慶大學