飞轮储能系统的控制方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105515029A(43)申请公布日2016.04.20(21)申请号201510882489.4(22)申请日2015.12.03(71)申请人华北电力大学地址102206北京市昌平区朱辛庄北农路2号(72)发明人张金芳郭萍赵建勋(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人张文宝(51)Int.Cl.H02J3/30(2006.01)H02P21/06(2016.01)权利要求书2页说明书11页附图4页(54)发明名称飞轮储能系统的控制方法及装置(57)摘要一种飞轮储能系统的控制方法及装置，所述方法包括：A、以飞轮的角速度、d轴和q轴的电流为状态变量、可变电阻为输入控制量，飞轮储能量为输出量构建飞轮储能系统的模型，根据采样时间将模型离散化；B、以二阶雷尼熵构建性能指标，根据性能指标对输入控制量增量的偏导为零确定最优输入控制量增量；C、利用最优输入控制量增量确定当前最优输入控制量。利用本发明的控制方法和装置，能够基于简化的飞轮储能模型，设计飞轮储能系统的控制器，利用飞轮储存多余能量或者填补不足的能量以保证风力发电机组向电网输送平滑功率。CN105515029ACN105515029A权利要求书1/2页1.一种飞轮储能系统的控制方法，所述方法包括步骤：A、以飞轮的角速度、d轴和q轴的电流为状态变量、可变电阻为输入控制量，飞轮储存或释放的功率为输出量构建飞轮储能系统的模型，根据采样时间将模型离散化；B、以二阶雷尼熵构建性能指标，根据性能指标对输入控制量增量的偏导为零确定最优输入控制量增量；C、利用最优输入控制量增量确定当前最优输入控制量。2.根据权利要求1中所述的一种飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，确定所述性能指标为：系统k时刻的跟踪误差为ek＝Pref-yk，为k时刻误差样本的概率密度函数，Pref为参考功率值，yk为输出量；二阶雷尼熵为：误差均方值Ek为：性能指标为：2J(uk)＝-R1Vk+R2Ek+0.5R3uk；其中R1，R2，R3为各项的权重，uk为输入控制量，Vk为信息势。3.根据权利要求2中所述的一种飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，确定ek的概率密度函数为如下，假定k时刻跟踪误差样本为Sk＝{e1,e2,......eN}，那么k时刻概率密度函数为：其中N是样本误差数，ψ是高斯核函数，δ是高斯核函数的参数，其表达式为：相邻时刻的概率密度函数之间的关系为：4.根据权利要求3中所述的一种飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，确定信息势Vk为：其中L是窗宽，ξ为遗忘因子，是小于1的系数。5.根据权利要求4中所述的一种飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，根据性能指标对输入控制量增量的偏导为零，确定最优输入控制量的增量，包括：性能指标为：22J(uk)≈Q0+Q1Δuk+0.5Q2Δuk+0.5R3(uk-1+Δuk)；2CN105515029A权利要求书2/2页其中Qk＝-R1Vk+R2Ek，其中Vk为信息势，其中R1，R2为各项的权重；令确定最优输入控制量增量Δuk。6.一种飞轮储能系统的控制装置，所述装置包括顺序连接的系统模型构建单元、控制量增量优化单元和输入控制量优化单元，其中，包括步骤：系统模型构建单元用于以飞轮的角速度、d轴和q轴的电流为状态变量、可变电阻为输入控制量，飞轮储能量为输出量构建飞轮储能系统的模型，根据采样时间将模型离散化；控制量增量优化单元以二阶雷尼熵构建性能指标，根据性能指标对输入控制量增量的偏导为零确定最优输入控制量增量；输入控制量优化单元利用最优输入控制量增量确定当前最优输入控制量。3CN105515029A说明书1/11页飞轮储能系统的控制方法及装置技术领域[0001]本发明涉及可再生能源技术领域，特别是涉及到风力发电机组控制系统领域。背景技术[0002]风力发电在一定程度上缓解我国的能源需求压力，改善我国的能源结构，促进经济、社会的可持续发展。然而风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性决定了风电机组具有很强的间歇性、波动性和反调峰特性，给电力系统的运行和规划带来了很大的影响。其中最明显的是，由于风速具有不可预期和随机波动性等特性，使得风电机组在额定风速以下的输出有功功率随风速变化而波动。风电机组输出有功功率的波动可能会对电网电能质量产生较大的影响，降低电网的稳定性。因此，要求风电机组在实现最大风能捕获的同时输出较为平滑的有功功率。[0003]输出有功功率的平滑控制是风电机组的关键技术。本发明针对风电机组有功功率平滑控制所存在的问题，利用飞轮储能系统寿命长、储能密度大、能量转换率高、不受充放电次数限制、安装维护方便以及对环境危害小等优点，在最大风能捕获控制的基础上，提出基于风力发电