[发明专利]一种用于风光储优化配置的复合控制方法

说明书

技术领域

本发明属于多能源协调优化控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于风光储优化配置的复合控制方法。

背景技术

风力发电作为清洁能源的一种，其发电方式具有改善能源供需矛盾、促进环保无污染、经济实惠可再生等优点。但是，风能自身存在的间歇性、随机性、波动性和不稳定性的特点，单一能源系统投入使用的话，必然会存在输出功率波动幅值偏大，电压突变冲击电网，输出功率不平稳等问题。这些问题无疑阻碍了新能源发电技术的进一步实践和应用。

例如文献“廖勇，何金波，姚骏，庄凯.基于变桨距和转矩动态控制的直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制[J].中国电机工程学报，2009，29(18)：71-77.”中，提出采用模糊变桨距控制来限制发电机的转速运行范围，采用发电机转矩动态滑模控制来实现发电机输出平滑的有功功率。文献“JV Paatero，PD Lund.Effect of energy storage on variations in wind power[J].Wind Energy，2010，8(8)：421-441.”则提出基于低通滤波原理的储能控制方法，采用储能系统来对风电功率中的高频分量进行补偿，为此可以得到较为平滑的功率输出。

上述方案虽然在一定程度上改善了功率输出不平稳的问题，但有些控制策略没有加入储能系统的运用，所以风能资源利用率较低，同时也可能因为电池的过充过放，极大的影响电池的使用寿命。文献“K Ushiwata，S Shishido，R Takahashi，T Murata.Smoothing control of wind generator output fluctuation by using electric double layer capacitor[J].International Conference on Electrical Machines&Systems，2007：308-313.”提出采用电力电子元件结合储能系统的方法对风力发电机组的功率波动进行平抑，表现优良，但此方法需要添加新的硬件设备及装置，提高了系统的成本和控制难度。

在实际应用中，单一新能源的发电大多会配备相应的储能系统和功率波动平抑系统。风能与太阳能存在良好的互补性，即光电系统在白天能够达到输出峰值，而风电系统大多在夜晚达到输出峰值，两者结合互补不仅可以提高能源利用率，还可以减少相应储能系统的配置容量。因此，将风能、太阳能、储能系统联合运用起来，建立风光储混合发电系统，可以使新能源供电系统的可靠性、稳定性及经济性有显著的提高。

为评价系统功率平稳程度好坏，采用定义的功率平滑度性能指标P_smooth。由以下公式可以计算：

式中，C_ins为电场的有效装机容量；P_grid为发电系统输入到电网的总功率大小，即并网功率，P_smooth值越小，说明该发电场并入电网的功率越平滑。

由于风、光伏系统的采样数据是不连续的，可以对上式进行离散化处理，得到下式：

配置了储能系统的电场，其有功功率的输出分为两部分，一是直接送入电网，二是输出给储能系统。储能系统可以对电场的功率输出进行平抑，当电场的输出功率大于系统限定的最大并网功率时，多余的电能将储存在储能系统中，若储能系统的存电量状态此时达到负荷上限值，则将多余的电功率弃用；若电场输出的有功功率低于系统所限定的并网功率下限时，并网功率差额由储能系统放电加以补充，因此可以减小并网功率的波动值，实现功率平滑。

供电系统是通过风电系统和光伏系统两个系统共同工作提供功率，在系统的构造上，对于储能系统的配置提出两种状态：双储能系统DESS(Double Energy Storage System)和单储能系统SESS(Single Energy Storage System)。

第一种状态为在风、光系统分别配备一套储能系统，对输出进行平滑处理，然后一起并网。第二种状态为风光系统先互补，然后配备一套储能系统，对输出进行平滑处理，最后并网。在这两种状态下对应储能系统容量的大小选取，对整个系统的影响也有不同。选取的方法分为以下三种：(1)DESS中单个储能容量小于SESS，且DESS容量之和大于SESS；(2)DESS中单个储能容量等于SESS；(3)DESS中单个储能容量小于SESS，且DESS容量之和小于SESS。