[01724886]高抗扰性控制与诊断一体化的储能系统关键技术研究与应用

课题背景 随着国民经济的快速发展,智能电网规模迅速扩大。为了实现电网智能供电,尤其在配电网运行环境恶劣,存在海量终端站的情况下,必须在电力系统配电网中推广和采用具有控制、保护、测量和通讯功能储能系统,从而保证智能配电网稳定可靠。同时,伴随电力系统的发展,多样性与复杂性逐步提升,对配电网储能系统一体化和自动化措施提出了新的标准与需求。因此,探索高抗扰性控制与诊断一体化的储能系统,从根本上解决智能配电网的瓶颈问题。研究成果涉及交通、通讯、能源等不同领域,一方面会促进电能质量要求较高行业平稳发展,另一方面会间接为超级电容储能系统的发展和推广奠定理论基础和提供实际应用典范。 技术原理和性能指标 基于对超级电容储能系统现状的分析总结,本项目做了关键技术的改进,提高了储能系统的供电稳定性和运行可靠性。本项目所研制的超级储能系统具有一体化模块、电压维持平衡、短路下设备快速恢复、设备故障检测等多种功能,实现了智能判断超级电容是否存在故障适时安排检修,能够有效的对电容储能系统进行全时段无间隔的实时监测。通过扰动在线估计补偿和鲁棒反步控制的超级电容系统控制方法保证电压的稳定及储能系统运行中安全可靠,运行灵活。针对超级电容单体额定电压水平低,在规模化使用时需多组单体串联构成模组,项目设计超级电容储能系统一体化模块。因恶劣的工作环境将会导致其寿命大大降低,且使用条件、环境温度、充电电流、偏置电压、单体参数等诸多因素均将影响超级电容的性能,适时安排检修是提高超级电容规模化串联模组整体可靠性的重要手段,项目提出了根据在线测量超级电容单体电压信息来判断串联模组内的故障电容器,基于RBF神经网络算法进行故障诊断,采用改进蚁群聚类算法进行基函数中心个数的确 FCM 算法进行隐含层数据中心的确定、PSO算法进行宽度参数的确定、自适应遗传算法调整隐含层与输出层之间的连接权值。与以往方法相比避免了超级电容参数的计算,因此对传感器数据要求低,便于工程实现。本项目成果自正式应用以来,保障了稳定的新增利润,年均新增利润 1417.9 万元,经济效益增长显著。 技术的创造性与先进性 该项目的主要技术特点包括:设计了一种兼具智能控制和故障诊断、扰动在线补偿、鲁棒反步法、改进蚁群聚类自适应遗传的PCA-FCM-PSO-RBF神经网络综合故障诊断方法的超级电容一体化储能系统,实现了操作电源、通讯和配电电源等的模块化设计,功率调节以及短路下系统的快速恢复,智能判断超级电容是否存在故障。并具有智能控制、免维护运行等特点,提高了储能系统的可靠性和稳定性国内外均未见与该技术特点相同的高抗扰性控制与诊断一体化的储能系统关键技术研究与应用。 技术的成熟程度、适用范围和应用情况 本项目采用高抗扰控制与诊断一体化的储能装置,可以解决配电网在恶劣运行环境和海量终端站情况下的维护工作复杂问题,降低维护人员的人力成本和安全风险。项目在城南配网改造试点工程中首次应用,应用过程中,产品运行稳定,实现了运行期间的“零”维护记录。目前,智能免维护超级电容直流电源分别在国网天津市电力公司城东供电分公司、国网天津市电力公司城南供电分公司、金米勒电气设备（天津）有限公司分别正式投入运行,投运以来性能良好,满足配电电源屏及直流电源装置通用技术条件的要求,并且输出电压稳定,采用超级电容器作为重点电源储能设备,无需担心过充,过放损坏电源,有效降低了维护工作量,智能免维护超级电容直流电源自带短路过压等保护,保护设备自身安全,有自检监控,报警功能,可带电增容,增加电源的可靠性,减少维护成本,在新能源、交通运输、工业等领域有着重大的生产实践意义和广阔的应用前景。经过科技的高速发展,超级电容制造技术已经成熟,用超级电容替代蓄电池作为配网直流电源系统中的储能装置,已不存在技术上的困难。 成果简介 1．设计了一种兼具智能控制和故障诊断的超级电容一体化储能系统。通过操作电源、通讯和配电电源等的模块化设计,可实现便于控制,免于维护等功能,提高了系统的可靠性和稳定性。 2．设计了一种基于扰动补偿和反步控制的超级电容储能系统控制方法。通过对超级储能系统的非线性、未建模动态和参数不确定性所聚合的扰动进行在线快速估计,实现储能系统的功率调节、短路下系统恢复和鲁棒性测试。 3．设计了一种基于改进蚁群聚类自适应遗传的PCA-FCM-PSO-RBF神经网络综合故障诊断方法。通过直流电源内部超级电容相邻时刻的端电压测量值之差的数据分析,智能判断超级电容是否存在故障。