一种电池储能支撑风力发电的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电池储能支撑风力发电的控制方法，具体包括以下步骤：A、搭建永磁同步发电机模型；B、对受控整流器、直流母线和逆变器的进行建模；C、建立输电线路和电网模型；D、电池储能系统模型和控制策略的搭建；E、基于ANN的控制器模型的建立；F、采用Simulink仿真软件对所提控制策略进行验证。本发明专利技术通过对电池进行适当的充电和放电，在准确预测风力和测量电池荷电状态的帮助下，提高了风力发电电厂并网的电能质量。并网的电能质量。并网的电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种电池储能支撑风力发电的控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种电池储能支撑风力发电的控制方法。

技术介绍

[0002]可再生能源发电厂的大量并网给电力系统的稳定性与电能质量带来的新的挑战。这些问题是由可再生资源的极端间歇性所造成。随着新能源的渗透比例不断提高，并网的现代变速风力涡轮机和大型光伏电站对电网频率的稳定性产生一定的影响。储能系统由于在新能源大规模并网时克服可再生能源的间歇性与不稳定性的能力得到了人们的认可。当发电量较低时，储存的能量可以被调度以满足负荷需求。通过利用储能设备补偿可再生资源，可以在更大程度上提高系统的可靠性和可用性。
[0003]目前，对于储能装置的控制策略主要为功率限制法、功率影响法、功率叠加法等。功率限制法主要是通过检测电池的电压或者电池荷电状态(State ofCharge，SOC，当电池处于过充或过放状态时，限制充放电功率。然而，当电池处于过放状态时，储能系统就失去了放电能力，当电池处于过充状态时，储能系统失去了充放电能力，这影响了储能系统在电网中的使用效果。功率影响法的提出主要为了解决功率限制法中储能机组失去充放电能力的问题，衍生出了基于电池荷电状态状态反馈的能量控制策略，根据电池荷电状态的反馈值去改变电网侧控制策略的参数，以改变储能系统的有功功率给定值，从而影响电池荷电状态状态。达到调节电池荷电状态的目的；这一类方法，可以进行电池电池荷电状态的调节，然而，滤波参数的改变必然会影响波动平抑的效果。功率叠加法的主要思想是直接叠加充放电功率；当电池荷电状态过小时，给储能系统功率给定值上叠加充电功率，当电池荷电状态过大时，给储能系统功率给定上叠加放电功率，从而实现电池荷电状态的控制。该方法可以有效地实现电池荷电状态的快速控制，但对波动平抑的效果有较大影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种电池储能支撑风力发电的控制方法，通过对电池进行适当的充电和放电，在准确预测风力和测量电池荷电状态的帮助下，提高风力发电电厂并网的电能质量。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。
[0006]一种电池储能支撑风力发电的控制方法，具体包括以下步骤：
[0007]A、搭建永磁同步发电机模型；
[0008]B、对受控整流器、直流母线和逆变器的进行建模；
[0009]C、建立输电线路和电网模型；
[0010]D、电池储能系统模型和控制策略的搭建；
[0011]E、基于ANN的控制器模型的建立；
[0012]F、采用Simulink仿真软件对所提控制策略进行验证。
[0013]上述一种电池储能支撑风力发电的控制方法，步骤A具体包括以下内容：
[0014]A1、假设永磁同步发电机的定子绕组被认为沿两个轴具有相等的每相匝数，转子磁通主要集中在d轴上，q轴上没有磁通；
[0015]A2、永磁同步发电机的d轴和q轴模型如下所示：
[0016][0017][0018]T
e
＝ψ
d
·
i
qs
‑
ψ
q
·
i
ds
[0019]其中，Ψ
q
＝x
d
i
qs
；ψ
d
＝x
d
i
ds
+ψ
m
；i
ds
、i
qs
为发电机d轴和q轴电流，u
ds
、u
qs
为端电压，x
q
、x
d
为定子电抗，Ψ
d
、Ψ
q
为沿直轴和交轴的磁链，r
s
为定子电阻，Ψ
m
代表永磁体提供的磁链，ω
e
为发电机的基本角速度，ω
e
＝ω
×
p/2，其中p 是极对数。
[0020]上述一种电池储能支撑风力发电的控制方法，步骤B具体包括以下内容：
[0021]B1、使用转换器的快速平均d
‑
q模型，永磁同步发电机的端电压、直轴和交轴电压u
qs
和u
ds
可用直流链路电压、调制比m1和控制角α1表示，如下所示：
[0022]u
qs
＝m1V
dc cos(α1)
[0023]u
ds
＝
‑
m1V
dc sin(α1)
[0024]发电机侧变流器的调制比m1由PI控制器控制，该控制器取永磁同步发电机的期望端电压V
s
的设定值和实际值，控制角α1是由控制器根据风速和实际速度考虑驱动系统的期望速度而确定的；电网侧转换器的输出电压和电流用u
dc
、u
qc
、 i
qc
和i
dc
表示；
[0025]B2、电网侧变流器的输出电压可以用m2、α2和V
dc
表示，表达式如下所示：
[0026]u
qc
＝m2V
dc cos(α2)
[0027]u
dc
＝
‑
m2V
dc sin(α2)
[0028]其中，电网侧变流器的调制比m2由控制器控制，取与电网交换的无功功率的设定值和实际值；控制角α2是通过PI控制器比较直流链路电压的设定值与实际值推导而来。
[0029]上述一种电池储能支撑风力发电的控制方法，步骤C所述的输电线路的dq 模型如下式所示：
[0030][0031][0032]其中，i
dtl
、i
qtl
为传输线电流，V
d1
、V
d2
、V
q1
、V
q2
为传输线两端的直轴和交轴电压，R
tl
、x
tl
为传输线电阻和电感，ω0为电网中平均同步频率。
[0033]上述一种电池储能支撑风力发电的控制方法，步骤D具体包括以下内容：
[0034]D1、为了减少共同耦合点的压力，并确保将预定的能量分配给电网，在共同耦合点上增加了电池储能系统，电池储能系统的动态方程如下所示：
[0035][0036]其中S1＝m3sin(α3)，S2＝m3cos(α3)，m3、α3表示电池储能逆变器的调制指数和转换器角度，i
dbes
，i
qbes
表示电池储能的电流，V
dcbes
表示直流电容器上的电压， R
bes
，x
bes
代表电池储能变压器的电阻和电抗，V
bbat
表示电池电压，R
b
代表电池的自放电损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池储能支撑风力发电的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A、搭建永磁同步发电机模型；B、对受控整流器、直流母线和逆变器的进行建模；C、建立输电线路和电网模型；D、电池储能系统模型和控制策略的搭建；E、基于ANN的控制器模型的建立；F、采用Simulink仿真软件对所提控制策略进行验证。2.根据权利要求1所述的一种电池储能支撑风力发电的控制方法，其特征在于，步骤A具体包括以下内容：A1、假设永磁同步发电机的定子绕组被认为沿两个轴具有相等的每相匝数，转子磁通主要集中在d轴上，q轴上没有磁通；A2、永磁同步发电机的d轴和q轴模型如下所示：永磁同步发电机的d轴和q轴模型如下所示：T
e
＝ψ
d i
qs
‑
ψ
q i
ds
其中，ψ
q
＝x
d
i
qs
；ψ
d
＝x
d
i
ds
+ψ
m
；i
ds
、i
qs
为发电机d轴和q轴电流，u
ds
、u
qs
为端电压，x
q
、x
d
为定子电抗，Ψ
d
、Ψ
q
为沿直轴和交轴的磁链，r
s
为定子电阻，Ψ
m
代表永磁体提供的磁链，ω
e
为发电机的基本角速度，ω
e
＝ω
×
p/2，其中p是极对数。3.根据权利要求1所述的一种电池储能支撑风力发电的控制方法，其特征在于，步骤B具体包括以下内容：B1、使用转换器的快速平均d
‑
q模型，永磁同步发电机的端电压、直轴和交轴电压u
qs
和u
ds
可用直流链路电压、调制比m1和控制角α1表示，如下所示：u
qs
＝m1V
dc
cos(α1)u
ds
＝
‑
m1V
dc
sin(α1)发电机侧变流器的调制比m1由PI控制器控制，该控制器取永磁同步发电机的期望端电压V
s
的设定值和实际值，控制角α1是由控制器根据风速和实际速度考虑驱动系统的期望速度而确定的；电网侧转换器的输出电压和电流用u
dc
、u
qc
、i
qc
和i
dc
表示；B2、电网侧变流器的输出电压可以用m2、α2和V
dc
表示，表达式如下所示：u
qc
＝m2V
dc
cos(α2)u
dc
＝
‑
m2V
dc
sin(α2)其中，电网侧变流器的调制比m2由控制器控制，取与电网交换的无功功率的设定值和实际值；控制角α2是通过PI控制器比较直流链路电压的设定值与实际值推导而来。4.根据权利要求1所述的一种电池储能支撑风力发电的控制方法，其特征在于，步骤C所述的输电线路的dq模型如下式所示：
其中，i
dtl
、i
qtl
为传输线电流，V
d1
、V
d2
、V
q1
、V
q2
为传输线两端的直轴和交轴电压，R
tl
、x
tl<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马云龙，冯笑丹，王森，李博，安达，
申请(专利权)人：华能扎赉特旗太阳能光伏发电有限公司科右中旗分公司，
类型：发明
国别省市：