專利名稱：基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置。
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)組織起來形成的小型網(wǎng)絡(luò)，是ー個能夠?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)通過配電網(wǎng)與大型電カ網(wǎng)并聯(lián)運行，形成ー個大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運行系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時或電網(wǎng)的電能質(zhì)量不能滿足用戶要求等情況下，微網(wǎng)運行與大電網(wǎng)斷開電氣聯(lián)系并在孤島模式下，微網(wǎng)獨立運行。在孤島模式下微網(wǎng)必須滿足自身供需能量平衡。一般來說，風(fēng)能、太陽能、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性，當(dāng)微網(wǎng)運行在并網(wǎng)模式下，微網(wǎng)可以通過與大電網(wǎng)的功率交換以彌補可再生能源的間歇性和負(fù)荷的波動性。但當(dāng)微網(wǎng)運行在孤島模式下，由于微網(wǎng)慣性變得很小或甚至無慣性，因此除柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等主調(diào)頻電源外，需要配備儲能裝置平衡可再生能源的間歇性和負(fù)荷的波動性，以滿足系統(tǒng)頻率要求。特別是微網(wǎng)系統(tǒng)運行在孤島模式下，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)需要依靠儲能裝置的調(diào)頻控制功能以維持大幅度頻率/功率波動后系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。目前已投運的微網(wǎng)電池儲能系統(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。主要通過模擬同步發(fā)電機(jī)調(diào)速器的下垂控制特性曲線實現(xiàn)，類似于大電網(wǎng)中的一次調(diào)頻，主要以電池儲能系統(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，電池儲能增加有功出力；頻率上升吋，電池儲能降低有功出力。下垂控制的方程為p = Pref + K* Λ f·，Λ f為微網(wǎng)頻率偏差，Λ f = fref - f。2.緊急調(diào)頻控制方法。微網(wǎng)儲能系統(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)頻動作死區(qū)或越限后，經(jīng)一定延時后將儲能系統(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)頻動作死區(qū)或越限后，儲能系統(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* Δ 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)系就能實施控制的優(yōu)點，但該控制方法會導(dǎo)致儲能頻繁的充放電，影響電池使用壽命與運行效率。同時當(dāng)微網(wǎng)面臨大功率擾動的情況下，該方法無法有效利用電池儲能系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)速度快的特點，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在干，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)，會引起電池儲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)運行在孤島運行模式且電池儲能占比較高時，有可能引起大的系統(tǒng)擾動，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[0008]I.參數(shù)整定難。電網(wǎng)運行參數(shù)的非線性與時變性強，控制參數(shù)設(shè)置規(guī)則及計算較復(fù)雜。2.適應(yīng)性差。微網(wǎng)在并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式下的系統(tǒng)特性變化巨大，固定調(diào)頻控制參數(shù)設(shè)置無法適應(yīng)微網(wǎng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式之間的切換；3.控制移植性差。每個系統(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)容本實用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提出一種基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置。本實用新型裝置能有效適應(yīng)微網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行模式切換以及電網(wǎng)運行參數(shù)的非線性與時變性，具有較好的動態(tài)響應(yīng)特性，提高電池儲能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置，包括光伏發(fā)電裝置、風(fēng)カ發(fā)電裝置、模糊控制器、電池儲能系統(tǒng)、主發(fā)電機(jī)和負(fù)荷所述光伏發(fā)電裝置、風(fēng)カ發(fā)電裝置、電池儲能系統(tǒng)以及主發(fā)電機(jī)的輸出端與負(fù)荷連接，主發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的頻率信號輸出端分別與模糊控制器的信號輸入端連接，模糊控制器信號輸出端與電池儲能系統(tǒng)的信號輸入端連接。所述模糊控制器為PID模糊控制器。所述主發(fā)電機(jī)為柴油發(fā)電機(jī)。本實用新型的有益效果是，可以有效適應(yīng)微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行模式切換以及電網(wǎng)運行參數(shù)的不確定性、非線性和時變性，使其滿足不同微網(wǎng)運行模式下系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性。避免在微網(wǎng)并網(wǎng)運行的頻率小幅度波動時儲能系統(tǒng)的功率頻繁調(diào)節(jié)，同時在微網(wǎng)孤網(wǎng)運行是頻率大幅度波動情況下實現(xiàn)儲能緊急調(diào)頻。本裝置能有效提高了儲能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。

圖I是微網(wǎng)主接線圖；圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是未采用儲能調(diào)頻控制的效果圖；圖4是采用固定調(diào)節(jié)量法的緊急調(diào)頻的效果圖；圖5是采用本實用新型的效果圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和計算仿真實例對本實用新型做進(jìn)ー步說明。圖I是微網(wǎng)主接線圖，圖中包括常規(guī)的微網(wǎng)電源柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)カ發(fā)電、光伏發(fā)電、電池儲能以及用電負(fù)荷。在本實施例的計算仿真中采用柴油發(fā)電機(jī)為主電源，電池儲能系統(tǒng)起輔助調(diào)節(jié)作用。當(dāng)風(fēng)電和光伏出力以及負(fù)荷小幅度變化時，微網(wǎng)頻率將相應(yīng)有所波動，此時主要靠大電網(wǎng)或主電源調(diào)整出力調(diào)頻，電池儲能系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)小幅度調(diào)節(jié)甚至不動作，從而避免頻繁調(diào)節(jié)有功出力對電池壽命和運行效率產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)風(fēng)電和光伏出力以及負(fù)荷突增或突減時，微網(wǎng)頻率將大幅度變化，電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制動作，迅速發(fā)出或吸收有功功率進(jìn)行反向調(diào)節(jié)，從而使得頻率快速恢復(fù)正常，起到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖，一種基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置，包括光伏發(fā)電裝置I、風(fēng)カ發(fā)電裝置2、模糊控制器3、電池儲能系統(tǒng)4、主發(fā)電機(jī)5和負(fù)荷光伏發(fā)電裝置I、風(fēng)カ發(fā)電裝置2、電池儲能系統(tǒng)4以及主發(fā)電機(jī)5的輸出端與負(fù)荷連接，主發(fā)電機(jī)5和負(fù)荷的頻率信號輸出端分別與模糊 控制器3的信號輸入端連接，模糊控制器3信號輸出端與電池儲能系統(tǒng)4的信號輸入端連接。。在本實施例中，模糊控制器3為PID模糊控制器。本實用新型的工作過程為當(dāng)光伏發(fā)電裝置I、風(fēng)カ發(fā)電裝置2及負(fù)荷突增或突減時，模糊控制器3獲取負(fù)荷和主發(fā)電機(jī)5的頻率信號，模糊控制器3控制電池儲能系統(tǒng)4，電池儲能系統(tǒng)4調(diào)頻控制動作，迅速發(fā)出或吸收有功功率進(jìn)行反向調(diào)節(jié)負(fù)荷，從而使得頻率快速恢復(fù)正常，起到提高微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。圖3是未采用儲能調(diào)頻控制裝置的效果圖；圖4是采用固定調(diào)節(jié)量法的緊急調(diào)頻的效果圖；圖5是基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置的效果圖。仿真采用圖I所示的微網(wǎng)系統(tǒng)，該微網(wǎng)包含電池儲能、柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)カ發(fā)電裝置、光伏發(fā)電裝置、電動機(jī)和負(fù)荷。本仿真中考慮柴油發(fā)電機(jī)滿出力P柴，負(fù)荷量突增50%P柴，功率缺額需要全部由電池儲能系統(tǒng)提供支援。從仿真結(jié)果可以看到圖3為未采取調(diào)頻控制方法的微網(wǎng)系統(tǒng)頻率仿真曲線，電池儲能系統(tǒng)不采取調(diào)頻控制，系統(tǒng)頻率失穩(wěn)；圖4為采取固定調(diào)節(jié)量緊急調(diào)頻控制方法的頻率仿真曲線，功率擾動后系統(tǒng)可以保持頻率穩(wěn)定，暫態(tài)過程中微網(wǎng)系統(tǒng)最高/低頻率為53. OHz/46. 5Hz ;圖5為采取基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能調(diào)頻控制方法的頻率仿真曲線，功率擾動后系統(tǒng)可以保持頻率穩(wěn)定，暫態(tài)過程中微網(wǎng)系統(tǒng)最高/低頻率為 50. 8Hz/48. 8Hz。因此，采用基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能調(diào)頻控制裝置，能在微網(wǎng)頻率大幅度波動情況下實現(xiàn)儲能緊急調(diào)頻控制，與傳統(tǒng)電池儲能的下垂控制調(diào)頻控制和緊急調(diào)頻控制方法相比，具有較好的動態(tài)響應(yīng)特性，具有較強的抗負(fù)載擾動能力，表現(xiàn)出更強的魯棒性，能有效提聞了微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置，其特征在于包括光伏發(fā)電裝置(I)、風(fēng)カ發(fā)電裝置(2)、模糊控制器(3)、電池儲能系統(tǒng)(4)、主發(fā)電機(jī)(5)和負(fù)荷 所述光伏發(fā)電裝置(I)、風(fēng)カ發(fā)電裝置(2)、電池儲能系統(tǒng)(4)以及主發(fā)電機(jī)(5)的輸出端與負(fù)荷連接，主發(fā)電機(jī)(5)和負(fù)荷的頻率信號輸出端分別與模糊控制器(3)的信號輸入端連接，模糊控制器(3)信號輸出端與電池儲能系統(tǒng)(4)的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置，其特征在于所述模糊控制器(3)為PID模糊控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置，其特征在于所述主發(fā)電機(jī)(5)為柴油發(fā)電機(jī)。
專利摘要本實用新型公開一種基于模糊控制器的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調(diào)頻控制裝置，包括光伏發(fā)電裝置、風(fēng)力發(fā)電裝置、模糊控制器、電池儲能系統(tǒng)、主發(fā)電機(jī)和負(fù)荷光伏發(fā)電裝置、風(fēng)力發(fā)電裝置、電池儲能系統(tǒng)以及主發(fā)電機(jī)的輸出端與負(fù)荷連接，主發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的頻率信號輸出端分別與模糊控制器的信號輸入端連接，模糊控制器信號輸出端與電池儲能系統(tǒng)的信號輸入端連接。與傳統(tǒng)PID控制器相比，本裝置對微網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行模式切換以及電網(wǎng)運行參數(shù)的非線性與時變性有很強的適應(yīng)能力，具有較好的動態(tài)響應(yīng)特性，有效提高電池儲能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。
文檔編號H02J3/32GK202663127SQ20122036536
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者陳建斌, 付超, 柳勇軍, 金小明, 史丹, 陳政, 陳柔伊, 雷金勇, 王科 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司