一种用于风电场的飞轮矩阵系统分布式分层控制方法
【专利摘要】该发明一种用于风电场的飞轮矩阵系统分布式分层控制方法，应用于风电场的飞轮储能系统控制方法，尤其涉及一种应用于风电场的飞轮储能矩阵系统的分层结构的协调控制方法。首先建立各风轮储能单元的通信拓扑结构,然后构建基于多智能体的分布式的上层功率分配算法,使各飞轮根据自身及其邻居的交流信息，按比例分配系统总参考功率，来确定自己的充放电状态及功率，将计算得到的结果交由本地控制器执行，实现发明目的，从而具有实时性、减小建设成本、增加系统灵活性、减小系统计算复杂度、增强系统鲁棒性和容错性。
【专利说明】—种用于风电场的飞轮矩阵系统分布式分层控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于风电场的飞轮储能系统控制方法，尤其涉及一种应用于风电场的飞轮储能矩阵系统的分层结构的协调控制方法。
【背景技术】
[0002]飞轮储能技术是一种将电能储存为飞轮转子旋转的动能的技术，通过对系统的控制，飞轮储能系统可以在必要的时候储存或释放能量，达到平滑发电系统的输出有功功率、补偿电力系统无功功率、稳定母线电压的作用。多飞轮储能单元组成的飞轮储能矩阵系统，该系统可以配合风力发电等可再生能源电力系统，平滑系统有功输出功率，稳定系统输出电压，进而提闻电力系统的稳定性，提闻可再生能源并网能力。
[0003]由于风场的容量较大，利用多个飞轮储能单元对风场发电功率进行平滑的同时，对多个飞轮的协调控制就显得尤为重要。现有技术很少涉及对于飞轮组内部的协调控制问题，已有的协调控制方法也都要求有一个能够获取系统全局信息的中央处理器，如图1所示为集中式飞轮矩阵储能系统框架，这种基于中央控制器的结构在含有大量分布式单元的系统中存在诸多缺点。首先，为了取得所有飞轮单元的信息并分别下发相应的命令要求，中央控制器必须与每一个飞轮单元建立通信联系，这极大地增加了前期的建设成本；其次，集中式的控制算法给中央处理器带来了巨大的计算负担，这会增加系统的复杂度并使响应速度变慢；最后，集中控制下的系统的鲁棒性较差，对错误信息较为敏感。一旦与中央控制器相连的通信线路损坏，系统就容易无法完成任务。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是提供一种更有效的发挥飞轮储能系统优势，增加系统控制灵活性和鲁棒性，减小系统前期投资，保证飞轮储能矩阵系统稳定性，进而保证电力系统稳定性，提高风电输出电能质量的应用于风电场的飞轮储能矩阵系统的分层分布式协调控制方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用了一种用于风电场的飞轮矩阵系统分布式分层控制方法，该方法包括如下步骤:
[0006]步骤1:首先将各飞轮储能单元并联在飞轮储能矩阵系统的直流母线上，其中一些飞轮储能单元与风场相连，再将飞轮储能矩阵系统的直流母线通过双向变流器与风电场的交流母线并联，然后建立飞轮储能矩阵系统中各飞轮储能单元的通信网络拓扑结构，所述飞轮储能单元包括:智能体通信和控制器、本地控制器、双向变流器、电机、飞轮；
[0007]步骤2:构建基于多智能体的分布式的上层功率分配算法，该算法规则为:
[0008]充电控制时，各飞轮的充电功率」与其当前状态下最大可充电功率之比相同，都为当前飞轮矩阵系统的总参考功率与其总的最大可充电功率之比
【权利要求】
1.一种用于风电场的飞轮矩阵系统分布式分层控制方法，该方法包括: 步骤1:首先将各飞轮储能单元并联在飞轮储能矩阵系统的直流母线上，其中一些飞轮储能单元与风场相连，再将飞轮储能矩阵系统的直流母线通过双向变流器与风电场的交流母线并联，然后建立飞轮储能矩阵系统中各飞轮储能单元的通信网络拓扑结构，所述飞轮储能单元包括:智能体通信和控制器、本地控制器、双向变流器、电机、飞轮； 步骤2:构建基于多智能体的分布式的上层功率分配算法，该算法规则为: 充电控制时，各飞轮的充电功率与其当前状态下最大可充电功率之比相同，都为当前飞轮矩阵系统的总参考功率与其总的最大可充电功率之比;
i 放电控制时，各飞轮的放电功率^.与其当前最大可放电功率Pdisc _;.之比相同，都为当前飞轮矩阵系统的总参考功率与其总的最大可放电功率之;
i 其中，Λ P为风电场应当释放的功率与其实际输出功率之差，也即飞轮储能矩阵系统应释放或存储的功率，表示如下:
ΔΡ = P*-Pw 式中，P*表示风电场应输出的参考功率，由相关部门根据电力市场不同的运行情况来确定。？￥是风电场实际发出的电功率。Λ P>0表示飞轮储能矩阵系统需要放电来补充风电场发电不足，Δ Ρ〈0则表示飞轮储能矩阵系统需要充电来平滑风电场发电尖峰； 步骤3:安步骤2的功率分配算法，各飞轮储能单元计算出自身应执行的充放电状态及功率; 步骤4:将步骤3计算得到的各飞轮参考充放电功率利用公式: t =E10 +I ΑΡ；? 转化为飞轮转速，利用底层控制器对飞轮单元的转速进行控制，从而执行飞轮单元的充放电过程； 其中贫为飞轮应存储的总能量，Ei0为初始能量状态，An为步骤3计算得到的飞轮储能单元的参考充放电功率，Jffl为飞轮的转动惯量，4表示飞轮的参考转速。
2.如权利要求1所述的一种用于风电场的飞轮矩阵系统分布式分层控制方法，其特征在于所述步骤2的具体步骤为: 步骤2.1:给每个飞轮储能单元定义用于迭代的充放电比例因子:
Γ/1 ?".，[々] rn I ,W l^r β] =-777，,.W=^TTT - ,[々] -_m 其中，r——Jk]和rdis。」[k]分别为第i个飞轮储能单元的充电和放电比例因子，
编号I~I的飞轮储能单元与风场有直接通信，1+1~η的飞轮储能单元与风场没有直接通信； 步骤2.2:各飞轮储能单元在每个功率分配周期内，利用与之相邻储能单元的信息，采用公式:
对各自充放电比例因子进行迭代；
其中
为与储能单兀i相邻的所有储能单兀的集合，j为与之相邻的储能单元的编号，Iij为飞轮矩阵通信网络图的拉普拉斯矩阵中的元素； 步骤2.3:在m次收敛迭代后，根据充放电比例因子的符号来判断此次的充放电状态，并根据各自飞轮储能单元的存储状态计算充放电功率大小，各个飞轮储能单元的参考功率为:
其中Δ/f表示飞轮储能单元应输出的功率，为m次迭代后计算出的飞轮储能单元充电比例因子，为m次迭代后计算出的飞轮储能单元放电比例因子。可以证明当迭代次数m充分大时，有
’从而满足步骤2中的分配分配规则。
【文档编号】H02J3/30GK104201707SQ201410337758
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】朱琦洁, 宋永端, 曹倩, 杨峰 申请人:电子科技大学