专利名称：利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法
技术领域：
本发明属于电力系统新能源领域，是储能技术在电力系统新能源并网方面的应用，特别涉及一种利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法。
背景技术：
近年来，分布式发电技术的研究取得了巨大进展，各类分布式发电技术逐渐成熟，以风力发电和光伏发电最为典型。风力和太阳能发电能源具有储量丰富、无污染、可再生等优点，这使得它们成为未来很有前途的可代替能源。但是，风电和太阳能等分布式发电单元的输出功率具有间歇性和随机性的特点，风速和光照的波动会引起输入到电网的功率剧烈波动，进而导致电网电压的波动，同时风光系统输出功率过大，超过负荷要求时，会导致系统频率上升等问题。在直流母线或者交流系统中配备一定的储能，可削弱间歇式电源对电网的冲击和其它负面影响，提高电网运行的安全性和稳定性。储能技术是新能源发电的核心技术之一，作为间歇式电源必要的能量缓冲环节，其作用越来越重要。电力系统中的储能技术形式多样[1]。文献[2]提出利用超级电容器平抑风电场功率波动，但超级电容器价格昂贵，其容量在满足要求的情况下，是很不经济的。文献[3]比较了不同储能类型在改善风电场输出中的应用。目前对间歇式新能源输出功率的平抑控制，主要有两种方式，一是通过直接控制分布式电源本身，改善其输出功率特性，如文献提出了通过风力机桨距角控制减缓其输出功率波动性；二是通过一阶固定时间常数滤波，文献[5]提出了加入电池SOC反馈控制的一阶滤波控制方法来平抑风电场的功率；文献[6]采用飞轮储能平抑短周期内功率波动，采用了随机动态优化控制的一阶滤波。本文针对风光系统输出功率变化大，变化频繁的特点采用多元复合储能技术[7]，将具有快速响应特性的储能系统和具有大容量储能特性的储能系统联合使用以平抑功率波动，这不仅可以优化储能统的运行，延长系统寿命，而且可以使系统获得更好的技术性能和经济指标。[I]程华，徐政.分布式发电中的储能技术.高压电器，2003，39(3) :53-56. CHENGHuajXU Zheng. Energy Storage for Use with Distribution Power Generation, HighVoltage Apparatus, 2003，39(3) :53-56.[2]李宵，胡长生，刘金昌，等.基于超级电容器储能的风电场功率调节系统建模与控.电力系统自动化，2009，33(9) :86-90.LI Xiao, HU Changshengj LIU Changjinj et al. Design of SMES control Systemfor Smoothing Power Fluctuation in Wind Farms. Automation of Electric PowerSystems, 2008，32 (16) : 83-88.[3]Wei Li，Joos G. Comparison of Energy Storage System Technologies andConfigurations in a Wind Farm. Power Electronics Specialists Conference, June 17-21，2007，Orlando, Florida, USA: 1280-1285.[4]Takuya Yamazakij Rion Takahashij Toshiaki Murataj et al SmoothingControl of Wind Generator Output Fluctuations by New Pitch Controller.InternationalConference on Electrical Machines, Sep 6-9, 2008, Vilamouraj Portugal:1-6.[5] Li Xiandjunj Hui Dong, Wu Li，Lai Xiaokang. Control Strategy of BatteryState of Charge for Wind/Battery Hybrid Power System, IEEE InternationalSymposium on Industrial Electronics,Jul 4-7，2010，Bari，Italy:2723-2726.[6]Ni Bingchangj C Sourkounis. Control Strategies for Energy Storageto Smooth Power Fluctuations of Wind Parks. 15th IEEE MediterraneanElectrotechnical Conference. Apr 26-28，2010. Valletta Malta:973-978.[7]陈伟，石晶，任丽，等.微网中的多元复合储能技术.电力系统自动化，2010，34(1) :112-115.CHEN Weij SHI Jingj REN Li, et al. Composite Usage of Mult1-typeEnergy Storage Technologies in Microgrid. Automation of Electric PowerSystems, 2010，34(1) :112-115.
发明内容
本发明的目的是克服现有单一储能技术平抑功率波动存在的不足，提供一种利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法。利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法包括以下步骤(I)从具体地区的风光系统运营历史数据中，抽取若干典型季节与典型气候的一整天功率输出监测数据；(2)根据监测数据，通过PSO优化算法优化计算出变时间常数控制参数A、B、C、Tfl min' Tfljlax、Tf2 min> Tf2 max ；(3)根据得到的多组变时间常数控制中各控制参数，对应计算出所需要的超级电容器和蓄电池的容量，对于得到的多组变时间常数控制中各控制参数、超级电容器和蓄电池的容量，分别求取相应的平均值，得到变时间常数控制中各控制参数值、超级电容器和蓄电池的容量值；(4)根据得到的变时间常数控制参数、超级电容器和蓄电池的容量，对实际的风光输出功率进行平抑，平抑风光系统输出功率波动分为两级，第一级利用超级电容器平抑几秒至几分钟内的高频波动部分，第二级利用蓄电池平抑几分钟至几小时内的中频波动部分，根据输出波动的大小调整过滤器的时间常数Tfl和Tf2 ；(5)根据得到的Tfl，计算超级电容器发出的功率
权利要求
1.一种利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法，其特征在于包括以下步骤(1)从具体地区的风光系统运营历史数据中，抽取若干典型季节与典型气候的一整天功率输出监测数据；(2)根据监测数据，通过PSO优化算法优化计算出变时间常数控制参数:A、B、C、Tflmin、 Tfl_max、Tf2_min,Tf2_max，(3)根据得到的多组变时间常数控制中各控制参数，对应计算出所需要的超级电容器和蓄电池的容量，对于得到的多组变时间常数控制中各控制参数、超级电容器和蓄电池的容量，分别求取相应的平均值，得到变时间常数控制中各控制参数值、超级电容器和蓄电池的容量值；(4)根据得到的变时间常数控制参数、超级电容器和蓄电池的容量，对实际的风光输出功率进行平抑，平抑风光系统输出功率波动分为两级，第一级利用超级电容器平抑几秒至几分钟内的高频波动部分，第二级利用蓄电池平抑几分钟至几小时内的中频波动部分，根据输出波动的大小调整过滤器的时间常数Tfl和Tf2 ；(5)根据得到的Tfl，计算超级电容器发出的功率
2.根据权利要求1所述的一种利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法，其特征在于所述的步骤(2)为根据ΛΡ的大小，改变惯性环节的时间常数Tf，根据 Δ P1的值通过式(5 )来计算Tfl
3.根据权利要求1所述的一种利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法，其特征在于所述的步骤(3)为从具体地区抽取的若干条功率曲线中，每一条曲线均能优化出一组变时间常数控制中的参数A、B、C、Tfljlin, Tfljiax, Tf2jlin, Tf2jiax,根据这些组控制参数值，我们根据如下过程可以对应得到超级电容器和蓄电池的容量的值。通过式(5)计算出超级电容器的时间常数Tfl，然后根据式(3)计算超级电容器发出的功率Ρω(η)，根据式(7)计算出超级电容器输出电能随时间的变化Ere(n) ，最后根据式(8)计算出需要的超级电容器的容量；同理通过式(2)计算出蓄电池的时间常数Tf2，然后根据式(3)计算蓄电池发出的功率 P_n)，根据式(10)计算出蓄电池输出电能随时间的变化E_n)，最后根据式(11)计算出需要的蓄电池的容量Eu;将上述得到的多组变时间常数控制中各控制参数、超级电容器和蓄电池的容量，分别求取相应的平均值，得到变时间常数控制中各控制参数值、超级电容器和蓄电池的容量值。
全文摘要
本发明公开了一种利用复合储能技术平抑风光发电系统输出功率波动的方法。该方法在平抑功率波动过程中提出了可变时间常数滤波控制，实时优化低通滤波器的时间常数，实现了对储能系统充放电功率的灵活、快速控制，改善储能系统的运行，减小储能使用容量；同时提出最大输出功率控制保证储能运行在合理的范围。本发明应用复合储能技术，将具有快速响应特性的储能系统和具有大容量储能特性的储能系统联合使用以平抑功率波动，两种储能设备互相弥补自身的不足，从而达到更好的平抑效果和更大的经济效益。该方法迎合了储能技术应用于新能源发电的趋势，可为新能源并网问题提供借鉴。
文档编号H02J3/32GK103023055SQ201210478988
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者江全元, 刘霞, 汪海蛟, 张宋彬, 龚裕仲, 洪海生, 许建兵 申请人:浙江大学