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图4展示了BP神经网络的结构示意, 其中, BP神经网络包括输入层、 隐含层以及输出层, 调频控制参数依据微电网的频率偏差与负荷功率变化, 因此, 神经网络在输入层的神经元个数为2, 用于输入微电网的状态量: 负荷功率与微电网频率实时偏差, 输出层的神经元个数为2, 用于输出两个控制参数。
图5展示了本实施例中基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频的控制流程,其中, f0是微电网频率标准值50Hz, f为电网频率实时值, Pl*为负荷功率实时值, Kp与Ki为BP神经网络智能给定的无差调频控制器功率控制比例常数与积分常数, Pref为飞轮储能系统有功功率总参考值。
图6至图8展示了基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频方法的仿真示例。 在图示的仿真示例中, 新能源发电以光伏发电作为仿真对象, 仿真用BP神经网络采取2-6-3-2的架构, 第一层隐含层包括6个神经元, 第二层隐含层包括3个神经元, 输出层包括两个神经元, 分别代表微电网频率控制中的参数: Kp与Ki, 训练数据库设计原则遵循本发明第四部分所述原则, 训练好的神经网络将应用于基于飞轮储能系统的微电网频率控制中。 图5显示了微电网负荷与频率变化下的BP神经网络给出的控制比例参数输出, 图6显示了微电网负荷与频率变化下的BP神经网络给出的控制积分参数输出, 最后在仿真算例中, 0 .1s微电网孤网运行, 0 .3s负载突增25%, 经过飞轮储能系统与BP神经系统无差调频系统控制, 系统频率可以维持稳定, 图7展示了基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频效果。
综上, 本发明实施例的基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频方法的主要原理概述为: 采用二维系统状态量输入的BP神经网络控制架构, 克服以往调频控制器参数固定或参数整定中仅仅考虑一个输入系统状态变量(频率偏差)的不足, 综合兼顾微电网不同运行功率条件与不同频率波动幅度对控制参数的要求, 可以充分发挥神经网络对于多维参量的智能处理能力, 实现微电网调频控制器参数的最优实时自适应整定。 本发明在微电网飞轮储能系统调频控制器中增加BP神经网络环节, 经过训练的成熟网络以微电网的两个重要调频变量, 即频率偏差与实时负荷作为输入量, 对微电网运行状况进行智能评估, 给出飞轮储能系统调频控制器最优控制参数, 实现微电网功率平衡控制的储能功率响应指令输出。 其中, BP神经网络根据负荷功率以及频率偏差实现智能分析, 对频率控制器实现参数实时最优整定, 使功率指令更加精确, 充分发挥飞轮储能系统响应速度快、 环境友好的优质瞬态调频电源优势。
本发明的进一步实施例还提供了一种基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频装置。
图9为根据本发明一个实施例的基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频装置的结构框图。 其中, 该飞轮储能系统例如为固定容量的单台飞轮储能系统或者可大规模扩展容量的飞轮阵列储能系统。 如图9所示, 该基于BP神经网络的微电网飞轮储能系统调频装置100包括: 频差计算模块110、 参数获取模块120、 指令获取模块130和控制模块140。
其中, 频差计算模块110用于实时测量微电网的频率值与负荷功率, 并计算微电网的频率值与标准频率的频率差值。 其中, 标准频率为50Hz。
参数获取模块120用于将频率差值与负荷功率标幺值输入预先训练好的BP神经网络, 并通过BP神经网络得到当前调频周期内飞轮储能系统的调频控制器的最优PI控制参数。指令获取模块130用于根据最优PI控制参数及频率差值得到微电网调频功率指令。 其中, 微电网调频功率指令包括飞轮储能系统的有功功率参考值Pref。控制模块140用于对微电网调频功率指令进行快速精确响应, 通过将能量在飞轮与微电网之间进行转换, 实现微电网的功率平衡, 维持微电网频率稳定, 从而完成对当前调频周期的微电网频率的控制。
其中, 本发明实施例中所涉及的BP神经网络是训练成熟的网络, 在此过程中, 首先需要具备训练数据库, 数据库的确定需要基于一定的专家经验下的训练原则, BP神经网络的权值以及偏置在大量的由专家经验给出的数据库训练中, 根据理想输入与期待输出不断调节自身内部神经元之间的连接弧, 使得BP神经网络能够对具有代表性的不同试验数据都能够给出期待的响应, 考虑到BP神经网络的训练, 本发明实施例中的BP神经网络的训练原则例如包括:
a .当负荷功率大于预设功率, 且频率差值的绝对值|deltaf|大于预设差值时, 采用最大的比例系数Kp加速调频系统的功率及时响应, 此时Ki小于预设系数。 换言之, 即当负荷功率较大, 频率偏差绝对值|deltaf|较大时, 采取最大的比例系数Kp加速调频系统的功率及时响应, 此时Ki较小。
b .当负荷功率大于预设功率, 且频率差值的绝对值|deltaf|小于预设差值时, 采用小于Kp的比例系数加速调频系统的功率及时响应, 且Ki保持不变。 换言之, 即当负荷功率较大, 频率偏差绝对值|deltaf|较小时, 相对于上述a中的系数, 采取次大的比例系数Kp, Ki不变。
c .当负荷功率小于预设功率, 且频率差值的绝对值|deltaf|大于预设差值时, 进一步降低Kp, 同时增大Ki到预设系数, 以加快调频系统的响应速度。 换言之, 即当负荷功率较小, 频率偏差绝对值|deltaf|较大时, 进一步降低Kp, 同时增大Ki到预设系数, 加快系统响应速度, 但是不能过大造成积分饱和。
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