專利名稱：基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微網(wǎng)技術領域，是一種微網(wǎng)中電池儲能裝置有功功率的調節(jié)方法，特別涉及一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法。
背景技術：
微網(wǎng)是分布式能源發(fā)電的重要并網(wǎng)形式之 一，它是指將一定區(qū)域內分散的小型發(fā)電單元(分布式電源)組織起來形成的小型網(wǎng)絡，是一個能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。微網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)運行模式分為聯(lián)網(wǎng)模式和孤島模式兩種。在聯(lián)網(wǎng)模式下，微網(wǎng)通過配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運行，形成一個大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運行系統(tǒng)。當電網(wǎng)發(fā)生故障時或電網(wǎng)的電能質量不能滿足用戶要求等情況下，微網(wǎng)運行與大電網(wǎng)斷開電氣聯(lián)系并在孤島模式下，微網(wǎng)獨立運行。在孤島模式下微網(wǎng)必須滿足自身供需能量平衡。一般來說，風能、太陽能、小水電、熱電聯(lián)產、燃氣輪機、燃料電池等發(fā)電形式均可以在微網(wǎng)中獲得應用，可再生能源是微網(wǎng)的主要電源組成。由于可再生能源的間歇性和波動性，當微網(wǎng)運行在并網(wǎng)模式下，微網(wǎng)可以通過與大電網(wǎng)的功率交換以彌補可再生能源的間歇性和負荷的波動性。但當微網(wǎng)運行在孤島模式下，由于微網(wǎng)慣性變得很小或甚至無慣性，因此除柴油機、燃氣輪機等主調頻電源外，需要配備儲能裝置平衡可再生能源的間歇性和負荷的波動性，以滿足系統(tǒng)頻率要求。特別是微網(wǎng)系統(tǒng)運行在孤島模式下，由于柴油機、燃氣輪機的調節(jié)速度慢，儲能裝置將成為微網(wǎng)內必不可少的選擇。微網(wǎng)系統(tǒng)需要依靠儲能裝置的調頻控制功能以維持大幅度頻率/功率波動后系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。目前已投運的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)的調頻控制方法主要有以下兩種
I.下垂控制調頻方法。主要通過模擬同步發(fā)電機調速器的下垂控制特性曲線實現(xiàn)，類似于大電網(wǎng)中的一次調頻，主要以電池儲能系統(tǒng)輸出有功功率和頻率呈線性關系原理為前提而進行控制。即頻率下降時，電池儲能增加有功出力；頻率上升時，電池儲能降低有功出力。下垂控制的方程為P = Pref + K* A f, A f為微網(wǎng)頻率偏差，A f = fref - f。2.緊急調頻控制方法。微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調頻方法主要有兩類(a)頻率越限功率滿發(fā)法，即當微網(wǎng)頻率超出調頻動作死區(qū)或越限后，經一定延時后將儲能系統(tǒng)滿發(fā)有功或滿吸有功。(b)固定調節(jié)量法，即當微網(wǎng)頻率超出調頻動作死區(qū)或越限后，儲能系統(tǒng)首先發(fā)出/吸收固定調節(jié)有功量Pimf，然后隨頻率偏差而變化。其頻率控制的方程為P = Pref+ K* A f + P調節(jié)。下垂控制調頻方法具有不需要與微網(wǎng)系統(tǒng)其它電源進行通信聯(lián)系就能實施控制的優(yōu)點，但該控制方法會導致儲能頻繁的充放電，影響電池使用壽命與運行效率。同時當微網(wǎng)面臨大功率擾動的情況下，該方法無法有效利用電池儲能系統(tǒng)功率調節(jié)速度快的特點，不能為微網(wǎng)系統(tǒng)緊急情況下提供功率/頻率支援。而緊急調頻控制方法的主要缺點在于，一旦比例系數(shù)或者固定調節(jié)量等參數(shù)設置不當，會引起電池儲能輸出有功的振蕩進而引起系統(tǒng)頻率振蕩，特別是當微網(wǎng)運行在孤島運行模式且電池儲能占比較高時，有可能引起大的系統(tǒng)擾動，進而造成系統(tǒng)崩潰。除此以外，兩種控制方法均存在以下缺點I.參數(shù)整定難。電網(wǎng)運行參數(shù)的非線性與時變性強，控制參數(shù)設置規(guī)則及計算較復雜。2.適應性差。微網(wǎng)在并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式下的系統(tǒng)特性變化巨大，固定調頻控制參數(shù)設置無法適應微網(wǎng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行模式之間的切換；
3.控制移植性差。每個系統(tǒng)參數(shù)都需要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模重新整定。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調 頻方法的不足與缺點，提出一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法。該法能有效適應微網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行模式切換以及電網(wǎng)運行參數(shù)的非線性與時變性，具有較好的動態(tài)響應特性，提高電池儲能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下
一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，包括以下步驟
1)測取微網(wǎng)實時頻率值f;
2)將測取的微網(wǎng)實時頻率值f作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據(jù)輸入量進行模糊推理，得到PID控制參數(shù)作為輸出量；
3)以步驟2)獲得PID控制器控制微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)，獲得有功出力參考值Pref；
4)根據(jù)有功出力參考PMf，采用PQ控制法，使電池儲能系統(tǒng)輸出的有功出力P跟隨有功出力參考值Pm。所述步驟2)的模糊控制包括以下步驟
21)將微網(wǎng)實時頻率值f的微網(wǎng)頻率偏差絕對值Ie|，微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|作為輸入變量；
22)根據(jù)模糊控制規(guī)則對微網(wǎng)頻率偏差絕對值|eI和微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|進行模糊推理；
23)根據(jù)模糊判決獲得PID控制的比例系數(shù)AKp和積分系數(shù)AKp所述模糊控制中，將微網(wǎng)頻率偏差絕對值IE I及微網(wǎng)頻率變化率絕對值IECI各劃分為4檔，均用語言變量表達為{B，M, s，z};將微網(wǎng)頻率偏差絕對值|e|及微網(wǎng)頻率變化率絕對值IECI的論域定為4個等級{3，2，I, 0};將PID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1各劃分為3檔，均用語言變量表達為{ B，M，S };將PID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1論域定為3個等級{ 3, 2,1};在所述的模糊控制中建立由所述語言變量引出的相應的模糊集控制規(guī)則庫，建立由微網(wǎng)頻率偏差絕對值|E|、微網(wǎng)頻率變化率絕對值|EC|、PID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1構成的模糊控制表，所述的模糊控制的控制方法為
31)模糊化處理；將實時微網(wǎng)頻率偏差絕對值IeI輸入量、實時微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|輸入量從論域的4個等級中找出對應的等級；
32)模糊推理；根據(jù)劃分的4檔語言變量從模糊集中找出與該等級對應的隸屬度；
33)去模糊化處理；根據(jù)得出的隸屬度確定模糊控制表中微網(wǎng)頻率偏差絕對值|e|和微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|的值，從模糊控制表中找出滿足這兩個值的pid控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1的值。其中模糊控制規(guī)則是將微網(wǎng)系統(tǒng)的微網(wǎng)頻率偏差絕對值IeI和微網(wǎng)頻率變化率絕對值|EC|作為輸入量，明確對頻率控制中PID控制參數(shù)的要求。(I)當頻率偏差絕對值|E|較大時，為加快系統(tǒng)的響應速度，應取較大的比例系數(shù)Kp ;同時，為了防止系統(tǒng)響應出現(xiàn)較大的超調，產生積分飽和，對積分作用應加以限制，所以，此時應取較小的積分系數(shù)K1。(2)當頻率偏差|e|適中時，為使系統(tǒng)具有較小的超調，應取稍小的比例系數(shù)Kp ；同時，可增加一些積分對控制的作用，積分系數(shù)K1太大易造成積分飽和，太小不能加快系統(tǒng)響應速度，所以積分系數(shù)K1取值要適當。(3)當頻率偏差|e|較小時，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應取較小的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K=。制定的儲能系統(tǒng)頻率控制中PID控制的比例系數(shù)Kp的模糊糊控制規(guī)則如表I、積分系數(shù)K1的模糊糊控制規(guī)則如表2 表I :比例系數(shù)修改量AKp的模糊糊控制規(guī)則
權利要求
1.一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，其特征在于包括以下步驟 1)測取微網(wǎng)實時頻率值f; 2)將測取的微網(wǎng)實時頻率值f作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據(jù)輸入量進行模糊推理，得到PID控制參數(shù)作為輸出量； 3)以步驟2)獲得PID控制器控制微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)，獲得有功出力參考值Pref； 4)根據(jù)有功出力參考PMf，采用PQ控制法，使電池儲能系統(tǒng)輸出的有功出力P跟隨有功出力參考值PMf。
2.根據(jù)權利要求I所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，其特征在于所述步驟2)的模糊控制包括以下步驟 21)將微網(wǎng)實時頻率值f的微網(wǎng)頻率偏差絕對值Ie|，微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|作為輸入變量； 22)根據(jù)模糊控制規(guī)則對微網(wǎng)頻率偏差絕對值IeI和微網(wǎng)頻率變化率絕對值IecI進行模糊推理； 23)根據(jù)模糊判決獲得PID控制的比例系數(shù)AKp和積分系數(shù)A K=。
3.根據(jù)權利要求2所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，其特征在于所述模糊控制中，將微網(wǎng)頻率偏差絕對值|e|及微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|各劃分為4檔，均用語言變量表達為{B，M, s，z};將微網(wǎng)頻率偏差絕對值|e|及微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|的論域定為4個等級{3，2，i，o} ^fPiD控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1各劃分為3檔，均用語言變量表達為{ B，M，S } ^fPID控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1論域定為3個等級{ 3, 2,1};在所述的模糊控制中建立由所述語言變量引出的相應的模糊集控制規(guī)則庫，建立由微網(wǎng)頻率偏差絕對值IeI、微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|、PiD控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1構成的模糊控制表，所述的模糊控制的控制方法為 31)模糊化處理；將實時微網(wǎng)頻率偏差絕對值|E|輸入量、實時微網(wǎng)頻率變化率絕對值IecI輸入量從論域的4個等級中找出對應的等級； 32)模糊推理；根據(jù)劃分的4檔語言變量從模糊集中找出與該等級對應的隸屬度； 33)去模糊化處理；根據(jù)得出的隸屬度確定模糊控制表中微網(wǎng)頻率偏差絕對值|e|和微網(wǎng)頻率變化率絕對值|ec|的值，從模糊控制表中找出滿足這兩個值的pid控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1的值。
4.根據(jù)權利要求3所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，其特征在于所述步驟33)去模糊化處理后進行模糊判決，所述模糊判決采用加權平均法，即把比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1的模糊集在每個論域元素的模糊語言隸屬度作為論域元素的加權系數(shù)，通過加權平均法形成最終判決的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1輸出值。
5.根據(jù)權利要求4所述基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，其特征在于所述微網(wǎng)頻率偏差絕對值IeI和微網(wǎng)頻率變化率絕對值IEcI、儲能系統(tǒng)頻率控制中pid控制的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)K1均服從等腰三角形模糊語言隸屬函數(shù)曲線分布。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于模糊控制的微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)調頻控制方法，該發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微網(wǎng)技術領域。在傳統(tǒng)PID控制基礎上，引進模糊控制及其實現(xiàn)方式，包括模糊化、模糊規(guī)則、模糊推理、解模糊和PID控制等重要組成部分。將微網(wǎng)頻率偏差和微網(wǎng)頻率變化率模糊化為模糊控制器的輸入，根據(jù)模糊控制規(guī)則來輸出有功出力控制的PID控制參數(shù)，最終輸出電池儲能系統(tǒng)的有功出力參考值Pref，以此控制微網(wǎng)電池儲能系統(tǒng)的有功出力。與傳統(tǒng)PID控制相比，本方法對微網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行模式切換以及電網(wǎng)運行參數(shù)的非線性與時變性有很強的適應能力，具有較好的動態(tài)響應特性，有效提高電池儲能系統(tǒng)有功功率控制精度和微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。
文檔編號H02J3/32GK102761133SQ20121026113
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權日2012年7月26日
發(fā)明者付超, 史丹, 柳勇軍, 王科, 金小明, 陳建斌, 陳政, 陳柔伊, 雷金勇 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司