CN202663127U - 基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置，包括光伏发电装置、风力发电装置、模糊控制器、电池储能***、主发电机和负荷：光伏发电装置、风力发电装置、电池储能***以及主发电机的输出端与负荷连接，主发电机和负荷的频率信号输出端分别与模糊控制器的信号输入端连接，模糊控制器信号输出端与电池储能***的信号输入端连接。与传统PID控制器相比，本装置对微网并网/孤网运行模式切换以及电网运行参数的非线性与时变性有很强的适应能力，具有较好的动态响应特性，有效提高电池储能***有功功率控制精度和微网的频率稳定性。

Description

基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置
技术领域
本实用新型属于电力***微网技术领域，特别涉及一种基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置。
背景技术
微网是分布式能源发电的重要并网形式之一，它是指将一定区域内分散的小型发电单元（分布式电源）组织起来形成的小型网络，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治***。微网***的并网运行模式分为联网模式和孤岛模式两种。在联网模式下，微网通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行***。当电网发生故障时或电网的电能质量不能满足用户要求等情况下，微网运行与大电网断开电气联系并在孤岛模式下，微网独立运行。在孤岛模式下微网必须满足自身供需能量平衡。
一般来说，风能、太阳能、小水电、热电联产、燃气轮机、燃料电池等发电形式均可以在微网中获得应用，可再生能源是微网的主要电源组成。由于可再生能源的间歇性和波动性，当微网运行在并网模式下，微网可以通过与大电网的功率交换以弥补可再生能源的间歇性和负荷的波动性。但当微网运行在孤岛模式下，由于微网惯性变得很小或甚至无惯性，因此除柴油机、燃气轮机等主调频电源外，需要配备储能装置平衡可再生能源的间歇性和负荷的波动性，以满足***频率要求。特别是微网***运行在孤岛模式下，由于柴油机、燃气轮机的调节速度慢，储能装置将成为微网内必不可少的选择。微网***需要依靠储能装置的调频控制功能以维持大幅度频率/功率波动后***的频率稳定。
目前已投运的微网电池储能***的调频控制方法主要有以下两种：
1. 下垂控制调频方法。主要通过模拟同步发电机调速器的下垂控制特性曲线实现，类似于大电网中的一次调频，主要以电池储能***输出有功功率和频率呈线性关系原理为前提而进行控制。即频率下降时，电池储能增加有功出力；频率上升时，电池储能降低有功出力。下垂控制的方程为：P = Pref + K*△f，△f为微网频率偏差，△f = fref - f。
2. 紧急调频控制方法。微网储能***紧急调频方法主要有两类：（a）频率越限功率满发法，即当微网频率超出调频动作死区或越限后，经一定延时后将储能***满发有功或满吸有功。（b）固定调节量法，即当微网频率超出调频动作死区或越限后，储能***首先发出/吸收固定调节有功量P调节，然后随频率偏差而变化。其频率控制的方程为：P = Pref + K*△f + P调节。
下垂控制调频方法具有不需要与微网***其它电源进行通信联系就能实施控制的优点，但该控制方法会导致储能频繁的充放电，影响电池使用寿命与运行效率。同时当微网面临大功率扰动的情况下，该方法无法有效利用电池储能***功率调节速度快的特点，不能为微网***紧急情况下提供功率/频率支援。而紧急调频控制方法的主要缺点在于，一旦比例系数或者固定调节量等参数设置不当，会引起电池储能输出有功的振荡进而引起***频率振荡，特别是当微网运行在孤岛运行模式且电池储能占比较高时，有可能引起大的***扰动，进而造成***崩溃。除此以外，两种控制方法均存在以下缺点：
1. 参数整定难。电网运行参数的非线性与时变性强，控制参数设置规则及计算较复杂。
2. 适应性差。微网在并网运行和孤网运行模式下的***特性变化巨大，固定调频控制参数设置无法适应微网并网运行和孤网运行模式之间的切换；
3. 控制移植性差。每个***参数都需要根据***规模重新整定。
发明内容
本实用新型的目的是为克服现有技术的不足与缺点，提出一种基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置。本实用新型装置能有效适应微网并网/孤网运行模式切换以及电网运行参数的非线性与时变性，具有较好的动态响应特性，提高电池储能***有功功率控制精度和微网的频率稳定性。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置，包括光伏发电装置、风力发电装置、模糊控制器、电池储能***、主发电机和负荷：
所述光伏发电装置、风力发电装置、电池储能***以及主发电机的输出端与负荷连接，主发电机和负荷的频率信号输出端分别与模糊控制器的信号输入端连接，模糊控制器信号输出端与电池储能***的信号输入端连接。
所述模糊控制器为PID模糊控制器。
所述主发电机为柴油发电机。
本实用新型的有益效果是，可以有效适应微网***并网/孤网运行模式切换以及电网运行参数的不确定性、非线性和时变性，使其满足不同微网运行模式下***的动态、静态特性。避免在微网并网运行的频率小幅度波动时储能***的功率频繁调节，同时在微网孤网运行是频率大幅度波动情况下实现储能紧急调频。本装置能有效提高了储能***有功功率控制精度和微网的频率稳定性。
附图说明
图1是微网主接线图；
图2是本实用新型的结构框图；
图3是未采用储能调频控制的效果图；
图4是采用固定调节量法的紧急调频的效果图；
图5是采用本实用新型的效果图。
具体实施方式
下面结合附图和计算仿真实例对本实用新型做进一步说明。
图1是微网主接线图，图中包括常规的微网电源：柴油发电机、风力发电、光伏发电、电池储能以及用电负荷。在本实施例的计算仿真中采用柴油发电机为主电源，电池储能***起辅助调节作用。当风电和光伏出力以及负荷小幅度变化时，微网频率将相应有所波动，此时主要靠大电网或主电源调整出力调频，电池储能***应当小幅度调节甚至不动作，从而避免频繁调节有功出力对电池寿命和运行效率产生负面影响。当风电和光伏出力以及负荷突增或突减时，微网频率将大幅度变化，电池储能***调频控制动作，迅速发出或吸收有功功率进行反向调节，从而使得频率快速恢复正常，起到提高***稳定性的目的。
图2是本实用新型的结构框图，一种基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置，包括光伏发电装置1、风力发电装置2、模糊控制器3、电池储能***4、主发电机5和负荷：
光伏发电装置1、风力发电装置2、电池储能***4以及主发电机5的输出端与负荷连接，主发电机5和负荷的频率信号输出端分别与模糊控制器3的信号输入端连接，模糊控制器3信号输出端与电池储能***4的信号输入端连接。。在本实施例中，模糊控制器3为PID模糊控制器。
本实用新型的工作过程为：当光伏发电装置1、风力发电装置2及负荷突增或突减时，模糊控制器3获取负荷和主发电机5的频率信号，模糊控制器3控制电池储能***4，电池储能***4调频控制动作，迅速发出或吸收有功功率进行反向调节负荷，从而使得频率快速恢复正常，起到提高微网***稳定性的目的。
图3是未采用储能调频控制装置的效果图；图4是采用固定调节量法的紧急调频的效果图；图5是基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置的效果图。仿真采用图1所示的微网***，该微网包含电池储能、柴油发电机、风力发电装置、光伏发电装置、电动机和负荷。本仿真中考虑柴油发电机满出力P柴，负荷量突增50%P柴，功率缺额需要全部由电池储能***提供支援。从仿真结果可以看到：图3为未采取调频控制方法的微网***频率仿真曲线，电池储能***不采取调频控制，***频率失稳；图4为采取固定调节量紧急调频控制方法的频率仿真曲线，功率扰动后***可以保持频率稳定，暂态过程中微网***最高/低频率为53.0Hz/46.5Hz；图5为采取基于模糊控制的微网电池储能调频控制方法的频率仿真曲线，功率扰动后***可以保持频率稳定，暂态过程中微网***最高/低频率为50.8Hz/48.8Hz。
因此，采用基于模糊控制器的微网电池储能调频控制装置，能在微网频率大幅度波动情况下实现储能紧急调频控制，与传统电池储能的下垂控制调频控制和紧急调频控制方法相比，具有较好的动态响应特性，具有较强的抗负载扰动能力, 表现出更强的鲁棒性，能有效提高了微网的频率稳定性。

Claims (3)

1.一种基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置，其特征在于包括光伏发电装置（1）、风力发电装置（2）、模糊控制器（3）、电池储能***（4）、主发电机（5）和负荷：
所述光伏发电装置（1）、风力发电装置（2）、电池储能***（4）以及主发电机（5）的输出端与负荷连接，主发电机（5）和负荷的频率信号输出端分别与模糊控制器（3）的信号输入端连接，模糊控制器（3）信号输出端与电池储能***（4）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置，其特征在于所述模糊控制器（3）为PID模糊控制器。
3.根据权利要求1所述基于模糊控制器的微网电池储能***调频控制装置，其特征在于所述主发电机（5）为柴油发电机。
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