專利名稱：基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法
技術領域：
本發明屬 于智能電網以及能量存儲與轉換技術領域，具體涉及一種基于小波濾波方法的風光發電出力平滑控制方法，其適用于大規模風光儲聯合發電系統中風光發電出力平滑及兆瓦級儲能電站的電池功率及電池能量管理方法。
背景技術：
由于風能和光伏發電等的不確定性和不穩定性等特點，風光發電產生功率的瞬時上升或跌落將造成輸出功率不平穩，使得風電和光伏發電并網功率隨之不斷波動。而且，隨著風能和光伏發電在電網中所占比例不斷增加，風電及太陽能發電輸出功率的平滑控制越來越受到關注。隨著電池及其集成技術的不斷發展，應用電池儲能電站去平滑風電及太陽能發電輸出逐漸成為了一種可行方案。通過合理控制連接在儲能設備上的變流器，高效實現儲能系統的充放電，能在很大程度上解決由于風電及光伏發電隨機性、間歇性及波動性等帶來的風光發電輸出功率不穩定問題，以滿足風力及太陽能發電的平滑輸出要求，并有效解決由于風電及光伏發電波動給電網頻率波動帶來的電能質量等問題。風光儲聯合發電系統本質上是一種多能源系統，如何協調各個電源系統的工作，是多能源混合發電系統研發上一個關鍵問題。從電池的角度來說，過度的充電和過度的放電都會對電池的壽命造成影響。因此，監控好電池荷電狀態(State of Charge :S0C)，并將電池的荷電狀態控制在一定范圍內是必要的。而且，在風光儲聯合發電系統中，如果沒有合理有效的控制策略去監控儲能電池的剩余電量，則會增加不必要的電池容量和使用成本。電池儲能電站可根據風電及光伏發電出力的平滑要求和儲能電池剩余容量S0C， 對風光發電功率進行波動平滑。因此，有必要開展風光儲聯合發電系統的研究并提出相關控制方法。目前有關基于兆瓦級大功率大容量電池儲能電站的風光發電出力平滑控制方面的專利、文獻、技術報告等非常少，需要深入研究和探索。小波濾波方法已成功應用于多個領域，取得了不少理論及應用成果，但是，目前在新能源出力平滑應用上的研究成果和技術創新甚微。
發明內容
針對上述問題，本發明的主要目的在于提供一種易于實現和掌握的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，可以同時滿足大規模風光儲聯合發電系統的風光出力平滑控制需求及兆瓦級電池儲能電站存儲能量的實時監管要求。本發明的控制法方是通過下述技術方案實現的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其改進之處在于，包括下述步驟A、通過通訊模塊讀取風力發電場、光伏發電場及電池儲能電站運行時的實時數據，并通過數據存儲與管理模塊對數據進行存儲和管理；
B、基于小波濾波平滑控制器模塊計算出儲能站初始總功率需求；C、基于功率分配控制器模塊計算出電池儲能電站中各電池儲能子單元初始目標功率值(^S、/St; L為鋰離子電池儲能子單元個數)；D、基于自適應調節器模塊實時計算各電池儲能子單元初始功率命令修正值ΔΡβ
能1、Δ P儲能2Δ P儲能L· ；Ε、基于目標功率值綜合計算器模塊，結合風光發電總功率值、步驟C計算出的各電池儲能子單元初始目標功率值以及步驟D計算出的各電池儲能子單元初始功率命令修正值，確定各電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值；F、將步驟E計算出的各電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值的數據輸出。所述步驟A中，基于通訊模塊讀取的數據主要包括風力發電總功率值、光伏發電總功率值和電池儲能電站的實際總功率值以及電池儲能電站中各電池儲能子單元的啟停信號和SOC值等，再將這些數據發送至數據存儲與管理模塊進行存儲和管理。所述步驟B的具體步驟如下Bi)基于數據存儲與管理模塊，對步驟A中讀取的風力發電總功率值和光伏發電總功率值匯總成風光發電總功率值；Β2)根據步驟A讀取的電池儲能電站的實際總功率值，在小波濾波平滑控制器模塊中自適應的更新小波分解尺度，防止電池儲能電站的充放電功率值過大；Β3)基于步驟Β2得出的小波分解尺度，對風光發電總功率值進行分解尺度可變的小波濾波，從而計算出風光發電小波平滑目標值和電池儲能電站初始總功率需求。綜上所述，步驟B中，小波濾波平滑控制器模塊采用內置的小波濾波器來平滑風光發電總功率值，而且，小波濾波器的小波分解尺度是通過實時監測電池儲能電站的實際總功率值，自適應修正和及時更新的。所述步驟C中，首先根據步驟A讀取的各電池儲能子單元啟停信號、各鋰離子電池儲能子單元電池SOC信號以及步驟B中計算出的電池儲能電站初始總功率需求，基于功率分配控制器模塊計算出各電池儲能子單元初始功率命令值。所述步驟D中，首先根據步驟A讀取的各電池儲能子單元啟停信號以及各電池儲能子單元電池SOC信號，基于自適應調節器模塊計算各電池儲能子單元初始功率命令修正
厶卩儲能1、AP儲能2厶卩儲能匕。所述步驟E中，首先將步驟C中計算出的各電池儲能子單元初始功率命令值及步驟D中計算出的各電池儲能子單元初始功率命令修正值進行匯總，計算出各電池儲能子單元功率命令值。其次，基于各電池儲能子單元功率命令值的總和與風光發電總功率值，計算出風光發電總功率 平滑目標值。最后，將各電池儲能子單元功率命令值和風光發電總功率平滑目標值反饋給數據存儲與管理模塊。所述步驟F中，數據存儲與管理模塊將步驟E中計算出的風光發電總功率平滑目標值和各電池儲能子單元功率命令值發送給通訊模塊，再由通訊模塊輸出至外部監控平臺，以執行對電池儲能電站的功率控制，同時實現對風光發電出力的平滑功能。結合各電池儲能子單元啟停信號和各電池儲能子單元電池SOC信號，所述自適應調節器模塊及時確定當前各電池儲能子單元初始功率命令修正值，并對各電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值進行在線修正。當判斷出儲能電站中儲能電池處于過充電或過放電狀態時，自適應控制器模塊將基于下式實時修正所述各電池儲能子單元功率命令值ΔΡ—μ = AiUi Yitj與現有技 術相比，本發明達到的有益效果是本發明提供基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，該方法主要是基于小波濾波平滑控制器、功率分配控制器及自適應調節器對各電池儲能子單元功率命令值和風光發電總功率平滑目標值進行在線監控和修正；本發明提供的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法具有在線平滑風光發電總功率，在線實時監控各電池儲能子單元S0C、在線自適應修正小波濾波平滑尺度等功能，從而實現了平滑風光發電總功率的同時，也實現了與風光發電聯合并網用兆瓦級電池儲能電站的便捷管理和有效控制。
圖1是本發明風光儲聯合發電系統示意圖；圖2是本發明風光發電出力平滑控制方法的實施框圖；圖3是本發明功率命令值修正系數Ai和儲能子單元SOCi間對應關系的一個示例圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。本例中以鋰離子電池儲能電站為例進行說明。如圖1所示，風光儲聯合發電系統包括風力發電場、光伏發電廠、電池儲能電站和電網；風力發電場、光伏發電場及電池儲能電站分別通過變壓器與電網連接。風力發電場和光伏發電場的內部連接示意圖在此省略；電池儲能電站中的各鋰離子電池儲能子單元與雙向變流器連接。圖2是基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法的實施框圖。如圖2所示，本發明是通過設置在工控機中的通訊模塊10、數據存儲與管理模塊20、小波濾波平滑控制器模塊30、功率分配控制器模塊40、自適應調節器模塊50及目標功率值綜合計算器模塊60實現的。通訊模塊10負責接收風電、光伏發電及電池儲能電站相關運行數據，以及向監控平臺發送風光發電總功率平滑目標值和各鋰離子電池儲能子單元功率命令值，監控平臺設置在通訊模塊左側，與通訊模塊連接，實現監測和控制通訊模塊的作用。數據存儲與管理模塊20用于存儲和管理風力發電場相關數據、光伏發電場相關數據及電池儲能電站運行時的實時數據和歷史數據；而且負責將計算出的風光發電總功率平滑目標值和各鋰離子電池儲能子單元功率命令值按事先設定的協議賦值給相關接口變量，供電池儲能電站監控平臺調用。小波濾波平滑控制器模塊30內包含小波濾波器。所述小波濾波平滑控制器基于實時的風光發電總功率值以及小波分解尺度，實時確定風光發電初始平滑目標值。功率分配控制器模塊40用于實時計算鋰離子電池儲能子單元初始目標功率值。自適應調節器模塊50用于實時計算各鋰離子電池儲能子單元初始功率命令修正值。目標功率值綜合計算器模塊60用于實時計算各鋰離子電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值。本發明提供的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，該方法包括下述步驟步驟A 通過通訊模塊10讀取數據是讀取風力發電場、光伏發電場及電池儲能電站系統運行的實時數據，主要包括風力發電總功率值、光伏發電總功率值和電池儲能電站的實際總功率值以及電池儲能電站中各電池儲能子單元的啟停信號和SOC值等等，然后將數據傳至數據存儲與管理模塊20進行存儲和管理。步驟B 包括Bi)基于數據存儲與管理模塊，對步驟A中讀取的風力發電總功率值和光伏發電總功率值匯總成風光發電總功率值；B2)根據步驟A讀取的電池儲能電站的實際總功率值，在小波濾波平滑控制器模塊中自適應的更新小波分解尺度，防止電池儲能電站的充放電功率值過大；B3)基于步驟B2得出的小波分解尺度，對風光發電總功率值進行分解尺度可變的小波濾波，從而計算出風光發電初始平滑目標值和電池儲能電站初始總功率需求。步驟C:首先根據各鋰離子電池儲能子單元啟停信號、各鋰離子電池儲能子單元電池SOC信號以及步驟B中計算出的電池儲能電站初始總功率需求，基于功率分配控制器模塊40計算出各鋰離子電池儲能子單元初始功率命令值。步驟D 首先根據各鋰離子電池儲能子單元啟停信號和各鋰離子電池儲能子單元電池SOC信號，通過自適應調節器模塊50計算各鋰離子電池儲能子單元初始功率命令修正
Μ. AP鋰ι、AP鋰2AP鋰L。步驟E 通過目標功率值綜合計算器模塊60，首先將步驟C中計算出的各電池儲能子單元初始功率命令值及步驟D中計算出的各電池儲能子單元初始功率命令修正值進行匯總，計算出各電池儲能子單元功率命令值；然后，根據各電池儲能子單元功率命令值的總和與風光發電總功率值，計算出風光發電總功率平滑目標值。最后，將各電池儲能子單元功率命令值和風光發電總功率平滑目標值反饋給數據存儲與管理模塊20。步驟F:數據存儲與管理模塊將步驟E計算出的各鋰離子電池儲能子單元功率命令值和風光發電總功率平滑目標值發送給通訊模塊，再由通訊模塊輸出至監控平臺，以執行對儲能電池的功率控制，實現對風電出力的平滑功能。在步驟B中，所述電池儲能電站初始總功率需求，如下式所示計算
權利要求
1.基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于，包括以下步驟A、通過通訊模塊讀取風力發電場、光伏發電場及電池儲能電站運行時的實時數據，并通過數據存儲與管理模塊對數據進行存儲和管理；B、基于小波濾波平滑控制器模塊計算出電池儲能電站初始總功率需求；C、基于功率分配控制器模塊計算出電池儲能電站中各電池儲能子單元初始功率命令值；D、基于自適應調節器模塊實時計算各電池儲能子單元初始功率命令修正值；E、基于目標功率值綜合計算器模塊，結合步驟C計算出的各電池儲能子單元初始功率命令值、步驟D計算出的各電池儲能子單元初始功率命令修正值以及風光發電總功率值， 確定各電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值；F、將步驟E計算出的各電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值的數據輸出。
2.如權利要求1所述的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于所述步驟B的具體步驟如下Bi)基于數據存儲與管理模塊，對步驟A中讀取的風力發電總功率值和光伏發電總功率值匯總成風光發電總功率值；B2)根據步驟A讀取的電池儲能電站的實際總功率值，在小波濾波平滑控制器模塊中自適應的更新小波分解尺度，防止電池儲能電站的充放電功率值過大；B3)基于步驟B2得出的小波分解尺度，對風光發電總功率值進行小波濾波，從而計算出風光發電小波平滑目標值和電池儲能電站初始總功率需求。
3.如權利要求1或2所述的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于步驟β中，所述電池儲能電站初始總功率需求p^iyi過下式求取P初始 _ ρ目標 _ ρηΛr儲能總小波平滑—,風光總U)且滿足P風光總=P風電總+P光伏總(2)盧標-廠平滑(ρ Κ )ΠΛ廣小波平滑_ J小波VrR光總，Λ尺度7(乃K1計IP儲能實際I大放電足尺度=<κ2ζ/1尸儲能實際I- ^ I iI大充電I(4)K&度otherwise式(1)-(4)中，Pmt總為風光發電總功率值；ΡΛ電總為風力發電總功率值；ΡΛ伏總為光伏發電總功率值；i^lVtf為風光發電小波平滑目標值；為電池儲能電站的最大允許放電功率限值；為電池儲能電站的最大允許充電功率限值；KKft、K1, K2均為小波分解尺度，且滿足K1 < ΚΛ度、K2 < ΚΛ度。η為考慮測量精度和濾波效果等的比例系數。
4.如權利要求1所述的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于步驟C中，所述各電池儲能子單元初始功率命令值的計算方法如下(1)當電池儲能電站初始總功率需求AJIk為正值時，表示該電池儲能電站將處于放電狀態，則基于各電池儲能子單元的荷電狀態SOCi,通過下式(5)計算各電池儲能子單元初始功率命令值
5.如權利要求1所述的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于步驟D中，所述自適應調節器模塊通過下式實時修正各電池儲能子單元的初始功率命令值，即實時計算各電池儲能子單元初始功率命令修正值
6.如權利要求5所述的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于通過小波濾波平滑控制器模塊平滑風光發電總功率的同時，所述步驟D中，也通過自適應調節器模塊實時監控各電池儲能子單元荷電狀態，當各電池儲能子單元的荷電狀態SOCi超出所設定范圍時，自適應調解器模塊將根據公式= AiUiYi(S),來實時調節各電池儲能子單元的初始功率命令修正值AP_gi。
7.如權利要求1所述的基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，其特征在于步驟E中，所述目標功率值綜合計算器模塊通過下式實時計算各電池儲能子單元功率命令值以及風光發電總功率平滑目標值PHft
全文摘要
本發明涉及基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，包括步驟A.讀取數據并對數據進行存儲和管理；B.基于風力發電總功率、光伏發電總功率及小波濾波方法確定電池儲能電站初始總功率需求；C.計算出電池儲能子單元初始目標功率值；D.實時計算各電池儲能子單元初始功率命令修正值；E.計算各電池儲能子單元功率命令值和風光發電總功率平滑目標值；F.數據輸出。本發明通過工控機和通信平臺完成基于小波濾波的兆瓦級風光儲發電系統出力平滑控制方法，可實現對兆瓦級電池儲能電站實時有效控制，在線實時監控各電池儲能子單元SOC、在線自適應修正小波濾波平滑尺度，并實現平滑風光發電出力的控制目的。
文檔編號H02J3/28GK102208818SQ201110148038
公開日2011年10月5日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者惠東, 李相俊, 來小康 申請人:中國電力科學研究院