[发明专利]一种垂直轴风力发电系统的蓄电池充放电控制策略

说明书

本发明公开了一种垂直轴风力发电系统的蓄电池充放电控制策略。在垂直轴风力发电系统中，当预测到网侧功率波动超过国标规定时，通过对蓄电池的充放电控制以减弱网侧功率的波动。若机侧功率过高，则蓄电池充电使网侧功率降低；若机侧功率过低，则蓄电池放电使网侧功率升高，使蓄电池的充放电能量在一个周期内基本平衡，从而有效削弱风速不稳带来的能量波动。本发明既可以延长蓄电池的寿命，提高供电效率，同时也确保了网侧功率波动符合国家电网的要求规范，提高了电网供电的稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于输发电控制领域，特别涉及垂直轴风力发电系统中的网侧功 率波动控制策略。

背景技术

随着能源和环境对人类生存和发展的影响日益显著，可再生能源的开发 利用已受到世界各国的高度重视。风能作为可再生能源中发展最快的清洁能源， 推动风力发电技术取得了很大的发展。

风力发电系统中，风能的不稳定性和间歇性是阻碍风力发电的重要因素。 当风速的变化很大时，风力发电系统的输出功率就会产生很大的波动，如果不采 取任何措施，网侧功率的波动幅度就可能超出国家规定的范围，从而影响供电质 量和供电系统的安全性。针对这一问题，传统的解决方法是在直流侧加入储能系 统，当机侧发电功率过高时，储能系统储存能量，当机侧发电功率过低时，储能 系统释放能量，保证网侧逆变器VSC2的输出功率在国家规定的范围内波动，增 强电网供电的可靠性，提高经济效益。

常见的储能装置一般由蓄电池、超级电容、飞轮等储能设备单一的或者 几者结合而成。其中，超级电容的储能容量较小，飞轮储能的能量密度比较低， 保证系统安全性的费用很高，而蓄电池具有比较大的容量，且技术较为成熟；蓄 电池不仅可以在低风速或无风时提供一定量的用电需求,还在一定程度上起缓冲 器的作用。综上所述，采用蓄电池作为风力发电系统的储能设备是最为合适的。 采用蓄电池作为储能设备时，蓄电池容量的配置是首要解决的难题。若选用的容 量过大会造成投资成本急剧增加，而过小的容量又无法弥补风速不稳带来的能量 波动，可能会出现蓄电池过度充放电的情况，从而损坏蓄电池，使其寿命大大减 少。针对这一问题，传统控制方法是在直流侧电容上并联蓄电池，本文在此基础 上进行改进，提出了基于功率平衡的蓄电池充放电策略。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于功率平衡的蓄电池控制方法，此控制方法 不仅确保了网侧功率波动符合国家电网的要求规范，同时延长了蓄电池寿命，提 高了电网供电的稳定性和安全性。

为实现上述目的，本发明所采取的控制方案是：

步骤1、计算出网侧逆变器VSC1输出功率的最大值P_max、最小值P_min， 具体如下：

(1)假设当前时刻机侧整流器VSC1输出的功率为P₁(0)。

(2)对风能进行预测，得到接下来60秒内机侧整流器VSC1可输出的功 率P1(t)，其中t取值为1,2,3….,60,表示从当前时刻开始的第t秒，求出其平均值 P_av：

其中，t取值为1,2,3….,60,表示从当前时刻开始的第t秒。

(3)在接下来的60秒内，网侧逆变器VSC2的输出功率范围是计算方式如下所示：

(4)假设在过去的60秒内，网侧逆变器VSC2输出功率的最小值为最大值为为保证已经过去的60秒内，风力发电系统输出功率的波动范围 也不超过10％×S₁^*，则当前时刻网侧逆变器VSC2的允许输出功率为计算如下：