專利名稱：基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，是一種微網(wǎng)中電池儲(chǔ)能裝置有功功率的調(diào)節(jié)方法，特別涉及一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法。
背景技術(shù)：
微網(wǎng)是分布式能源發(fā)電的重要并網(wǎng)形式之 一，它是指將一定區(qū)域內(nèi)分散的小型發(fā)電單元(分布式電源)組織起來(lái)形成的小型網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。微網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行模式分為聯(lián)網(wǎng)模式和孤島模式兩種。在聯(lián)網(wǎng)模式下，微網(wǎng)通過(guò)配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，形成一個(gè)大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)或電網(wǎng)的電能質(zhì)量不能滿足用戶要求等情況下，微網(wǎng)運(yùn)行與大電網(wǎng)斷開電氣聯(lián)系并在孤島模式下，微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。在孤島模式下微網(wǎng)必須滿足自身供需能量平衡。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)能、太陽(yáng)能、小水電、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式均可以在微網(wǎng)中獲得應(yīng)用，可再生能源是微網(wǎng)的主要電源組成。由于可再生能源的間歇性和波動(dòng)性，當(dāng)微網(wǎng)運(yùn)行在并網(wǎng)模式下，微網(wǎng)可以通過(guò)與大電網(wǎng)的功率交換以彌補(bǔ)可再生能源的間歇性和負(fù)荷的波動(dòng)性。但當(dāng)微網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式下，由于微網(wǎng)慣性變得很小或甚至無(wú)慣性，因此除柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等主調(diào)頻電源外，需要配備儲(chǔ)能裝置平衡可再生能源的間歇性和負(fù)荷的波動(dòng)性，以滿足系統(tǒng)頻率要求。特別是微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行在孤島模式下，由于柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的調(diào)節(jié)速度慢，儲(chǔ)能裝置將成為微網(wǎng)內(nèi)必不可少的選擇。微網(wǎng)系統(tǒng)需要依靠?jī)?chǔ)能裝置的調(diào)頻控制功能以維持大幅度頻率/功率波動(dòng)后系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。目前已投運(yùn)的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)頻控制方法主要有以下兩種
I.下垂控制調(diào)頻方法。主要通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)調(diào)速器的下垂控制特性曲線實(shí)現(xiàn)，類似于大電網(wǎng)中的一次調(diào)頻，主要以電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出有功功率和頻率呈線性關(guān)系原理為前提而進(jìn)行控制。即頻率下降時(shí)，電池儲(chǔ)能增加有功出力；頻率上升時(shí)，電池儲(chǔ)能降低有功出力。下垂控制的方程為P = Pref + K* A f, A f為微網(wǎng)頻率偏差，A f = fref - f。2.緊急調(diào)頻控制方法。微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)緊急調(diào)頻方法主要有兩類(a)頻率越限功率滿發(fā)法，即當(dāng)微網(wǎng)頻率超出調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)或越限后，經(jīng)一定延時(shí)后將儲(chǔ)能系統(tǒng)滿發(fā)有功或滿吸有功。(b)固定調(diào)節(jié)量法，即當(dāng)微網(wǎng)頻率超出調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)或越限后，儲(chǔ)能系統(tǒng)首先發(fā)出/吸收固定調(diào)節(jié)有功量Pimf，然后隨頻率偏差而變化。其頻率控制的方程為P = Pref+ K* A f + P調(diào)節(jié)。下垂控制調(diào)頻方法具有不需要與微網(wǎng)系統(tǒng)其它電源進(jìn)行通信聯(lián)系就能實(shí)施控制的優(yōu)點(diǎn)，但該控制方法會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能頻繁的充放電，影響電池使用壽命與運(yùn)行效率。同時(shí)當(dāng)微網(wǎng)面臨大功率擾動(dòng)的情況下，該方法無(wú)法有效利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)速度快的特點(diǎn)，不能為微網(wǎng)系統(tǒng)緊急情況下提供功率/頻率支援。而緊急調(diào)頻控制方法的主要缺點(diǎn)在于，一旦比例系數(shù)或者固定調(diào)節(jié)量等參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，會(huì)引起電池儲(chǔ)能輸出有功的振蕩進(jìn)而引起系統(tǒng)頻率振蕩，特別是當(dāng)微網(wǎng)運(yùn)行在孤島運(yùn)行模式且電池儲(chǔ)能占比較高時(shí)，有可能引起大的系統(tǒng)擾動(dòng)，進(jìn)而造成系統(tǒng)崩潰。除此以外，兩種控制方法均存在以下缺點(diǎn)I.參數(shù)整定難。電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的非線性與時(shí)變性強(qiáng)，控制參數(shù)設(shè)置規(guī)則及計(jì)算較復(fù)雜。2.適應(yīng)性差。微網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)運(yùn)行模式下的系統(tǒng)特性變化巨大，固定調(diào)頻控制參數(shù)設(shè)置無(wú)法適應(yīng)微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)運(yùn)行模式之間的切換；
3.控制移植性差。每個(gè)系統(tǒng)參數(shù)都需要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模重新整定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào) 頻方法的不足與缺點(diǎn)，提出一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法。該法能有效適應(yīng)微網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運(yùn)行模式切換以及電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的非線性與時(shí)變性，具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，包括以下步驟
1)測(cè)取微網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率值f;
2)將測(cè)取的微網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率值f作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據(jù)輸入量進(jìn)行模糊推理，得到PID控制參數(shù)作為輸出量；
3)以步驟2)獲得PID控制器控制微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，獲得有功出力參考值Pref；
4)根據(jù)有功出力參考PMf，采用PQ控制法，使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的有功出力P跟隨有功出力參考值Pm。所述步驟2)的模糊控制包括以下步驟
21)將微網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率值f的微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值Ie|，微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|作為輸入變量；
22)根據(jù)模糊控制規(guī)則對(duì)微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|eI和微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|進(jìn)行模糊推理；
23)根據(jù)模糊判決獲得PID控制的比例系數(shù)AKp和積分系數(shù)AKp所述模糊控制中，將微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值IE I及微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值IECI各劃分為4檔，均用語(yǔ)言變量表達(dá)為{B，M, s，z};將微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|e|及微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值IECI的論域定為4個(gè)等級(jí){3，2，I, 0};將PID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1各劃分為3檔，均用語(yǔ)言變量表達(dá)為{ B，M，S };將PID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1論域定為3個(gè)等級(jí){ 3, 2,1};在所述的模糊控制中建立由所述語(yǔ)言變量引出的相應(yīng)的模糊集控制規(guī)則庫(kù)，建立由微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|E|、微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|EC|、PID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1構(gòu)成的模糊控制表，所述的模糊控制的控制方法為
31)模糊化處理；將實(shí)時(shí)微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值IeI輸入量、實(shí)時(shí)微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|輸入量從論域的4個(gè)等級(jí)中找出對(duì)應(yīng)的等級(jí)；
32)模糊推理；根據(jù)劃分的4檔語(yǔ)言變量從模糊集中找出與該等級(jí)對(duì)應(yīng)的隸屬度；
33)去模糊化處理；根據(jù)得出的隸屬度確定模糊控制表中微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|e|和微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|的值，從模糊控制表中找出滿足這兩個(gè)值的pid控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1的值。其中模糊控制規(guī)則是將微網(wǎng)系統(tǒng)的微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值IeI和微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|EC|作為輸入量，明確對(duì)頻率控制中PID控制參數(shù)的要求。(I)當(dāng)頻率偏差絕對(duì)值|E|較大時(shí)，為加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的比例系數(shù)Kp ;同時(shí)，為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，對(duì)積分作用應(yīng)加以限制，所以，此時(shí)應(yīng)取較小的積分系數(shù)K1。(2)當(dāng)頻率偏差|e|適中時(shí)，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取稍小的比例系數(shù)Kp ；同時(shí)，可增加一些積分對(duì)控制的作用，積分系數(shù)K1太大易造成積分飽和，太小不能加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，所以積分系數(shù)K1取值要適當(dāng)。(3)當(dāng)頻率偏差|e|較小時(shí)，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較小的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K=。制定的儲(chǔ)能系統(tǒng)頻率控制中PID控制的比例系數(shù)Kp的模糊糊控制規(guī)則如表I、積分系數(shù)K1的模糊糊控制規(guī)則如表2 表I :比例系數(shù)修改量AKp的模糊糊控制規(guī)則
權(quán)利要求
1.一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，其特征在于包括以下步驟 1)測(cè)取微網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率值f; 2)將測(cè)取的微網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率值f作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據(jù)輸入量進(jìn)行模糊推理，得到PID控制參數(shù)作為輸出量； 3)以步驟2)獲得PID控制器控制微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，獲得有功出力參考值Pref； 4)根據(jù)有功出力參考PMf，采用PQ控制法，使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的有功出力P跟隨有功出力參考值PMf。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，其特征在于所述步驟2)的模糊控制包括以下步驟 21)將微網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率值f的微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值Ie|，微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|作為輸入變量； 22)根據(jù)模糊控制規(guī)則對(duì)微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值IeI和微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值IecI進(jìn)行模糊推理； 23)根據(jù)模糊判決獲得PID控制的比例系數(shù)AKp和積分系數(shù)A K=。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，其特征在于所述模糊控制中，將微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|e|及微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|各劃分為4檔，均用語(yǔ)言變量表達(dá)為{B，M, s，z};將微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|e|及微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|的論域定為4個(gè)等級(jí){3，2，i，o} ^fPiD控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1各劃分為3檔，均用語(yǔ)言變量表達(dá)為{ B，M，S } ^fPID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1論域定為3個(gè)等級(jí){ 3, 2,1};在所述的模糊控制中建立由所述語(yǔ)言變量引出的相應(yīng)的模糊集控制規(guī)則庫(kù)，建立由微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值IeI、微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|、PiD控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1構(gòu)成的模糊控制表，所述的模糊控制的控制方法為 31)模糊化處理；將實(shí)時(shí)微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|E|輸入量、實(shí)時(shí)微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值IecI輸入量從論域的4個(gè)等級(jí)中找出對(duì)應(yīng)的等級(jí)； 32)模糊推理；根據(jù)劃分的4檔語(yǔ)言變量從模糊集中找出與該等級(jí)對(duì)應(yīng)的隸屬度； 33)去模糊化處理；根據(jù)得出的隸屬度確定模糊控制表中微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值|e|和微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值|ec|的值，從模糊控制表中找出滿足這兩個(gè)值的pid控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，其特征在于所述步驟33)去模糊化處理后進(jìn)行模糊判決，所述模糊判決采用加權(quán)平均法，即把比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1的模糊集在每個(gè)論域元素的模糊語(yǔ)言隸屬度作為論域元素的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)加權(quán)平均法形成最終判決的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1輸出值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，其特征在于所述微網(wǎng)頻率偏差絕對(duì)值IeI和微網(wǎng)頻率變化率絕對(duì)值IEcI、儲(chǔ)能系統(tǒng)頻率控制中pid控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1均服從等腰三角形模糊語(yǔ)言隸屬函數(shù)曲線分布。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻控制方法，該發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上，引進(jìn)模糊控制及其實(shí)現(xiàn)方式，包括模糊化、模糊規(guī)則、模糊推理、解模糊和PID控制等重要組成部分。將微網(wǎng)頻率偏差和微網(wǎng)頻率變化率模糊化為模糊控制器的輸入，根據(jù)模糊控制規(guī)則來(lái)輸出有功出力控制的PID控制參數(shù)，最終輸出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功出力參考值Pref，以此控制微網(wǎng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功出力。與傳統(tǒng)PID控制相比，本方法對(duì)微網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運(yùn)行模式切換以及電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的非線性與時(shí)變性有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，有效提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02J3/32GK102761133SQ20121026113
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者付超, 史丹, 柳勇軍, 王科, 金小明, 陳建斌, 陳政, 陳柔伊, 雷金勇 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司