[发明专利]一种用于飞轮阵列系统充放能的智能控制方法

说明书

本发明公开了一种用于飞轮阵列系统充放能的智能控制方法，以解决飞轮阵列系统的充能放能如何兼顾实现能量最优化分配与减小能源损耗的问题。它创造性地提出能量分配与能量损失的最优解算方式，并以此创新点为基础关联融合到每一个飞轮电机的PID控制中，提高了整个系统控制的快速性、稳定性及鲁棒性。同时本发明充分考虑到阵列系统中每个飞轮的不确定性，更具有实际操作与实际应用性。

技术领域

本发明属于智能控制领域，具体涉及了飞轮阵列系统的智能控制技术。

背景技术

随着人们对能源环境问题的日益重视，风力和光伏发电等可再生能源得到了广泛应用。但这些再生能源具有间歇性，若大规模接入电网，会引起系统供需不平衡，影响电网系统稳定性、可靠性及电能质量等。采用大容量储能装置，可以实现发电侧与需求侧的解耦，确保系统供需平衡。而飞轮储能将能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮转子中，由于其具有高功率密度和能量密度、无环境污染、转换效率高、使用寿命长、运行温度范围广、充放电次数无限制等特点，已在多个行业领域获得了广泛的应用。

为了获得更大的储能量、更高的功率及更长的后备时间，可以研制大容量的飞轮储能单元，也可以将多台模块化的飞轮储能单元并联组成飞轮阵列储能系统。然而，单台大容量的飞轮储能单元不仅会带来成本的大幅度提高，而且还可能受到技术条件的限制，如飞轮转子转速太高时将会发生碎裂。相比较而言，飞轮阵列储能系统不仅能降低成本，而且大大简化了研发过程，是获得大容量、高功率储能更好的解决方案。国内外针对飞轮阵列储能系统的协调控制策略研究均比较少。如阵列的容量优化设计、阵列的协调控制策略险有涉及。因而没有一套完整的阵列系统智能协调控制的方案与算法，所以工程实际上不能解决飞轮阵列系统充能和放能所需的同时满足能量优化分配与降低能量损失的问题。

发明内容

本发明提出了一种用于飞轮阵列系统充放能的智能控制方法，以解决飞轮阵列系统的充能放能如何兼顾实现能量最优化分配与减小能源损耗的问题。

一种用于飞轮阵列系统充放能的智能控制方法，包括如下步骤：

(1)获取每个飞轮当前的存储能量数值与当前转速值的关系曲线，以子函数形式编写于控制器中，待调用；

(2)飞轮阵列系统通过收集飞轮不工作时的数据并存储于控制器中，拟合得到每个飞轮在满额状态到停止转动的储能数值随时间变化函数，并生成每个飞轮在无工作状态下的自由放能函数并存储于控制器，待调用；

(3)控制器检测到n个飞轮的当前剩余容量值，当系统处于充能状态，剔除满额储能状态的飞轮；当系统处于放能状态，剔除停止状态的飞轮，将剩下的m个飞轮当前存储能量值以数组变量形式存储于CPU中；

(4)通过自由放能函数与已测得的当前存储能量数组值计算，得到m个飞轮自由失能的时间点，由此反推飞轮的失能状态，即自由失能的快慢，将每个飞轮的失能状态值与其所对应飞轮的能量值以数组变量形式分别存储于CPU中；

(5)将飞轮阵列系统调度指令值与飞轮的可充放电能量总值作比较，若系统处在充能状态，当指令值小于步骤(3)所述数组中最小值所对应的飞轮可充能量值，则不作能量分配，用此飞轮单独进行充能；当指令值大于步骤(3)所述数组中元素值之和，亦不作能量分配，系统对所有飞轮以最大充电功率进行充能；若系统处在放能状态，当指令值小于步骤(3)所述数组中最大值所对应的飞轮可充能量值，则不作能量分配，用此飞轮单独进行放能；当指令值大于步骤(3)所述数组中元素值之和，亦不作能量分配，系统执行所有飞轮以最大放电功率对外释放能量；

(6)若指令值不在步骤(5)所述所有状态中，则将存储于CPU中的步骤3所述数组和步骤(4)所述数组的元素分别带入最优解算函数中，该最优解算函数由步骤(1)和(2)中存储于控制器中的两个函数重组得到，该重组函数兼顾能量的最优分配与能量的损耗下降，得到新的数组，由此每个飞轮参考新数组的元素与元素数量，以不同功率或不同充放能量值进行重放能；