采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，选取自适应小波包分解作为不平衡功率的分频方法，综合考虑储能电池、超级电容和系统频率偏差消纳能力的特点，将不平衡功率分成低频分量、中频分量和高频分量三部分，由三者分别进行平抑，建立混合储能成本年值的模型，在费用最经济的基础上确定了储能的最优配置结果。本发明专利技术孤岛微电网成本模型的建立仅计及了储能系统本体的费用支出，而储能容量的配置与弃风成本以及辅助调频收益等都有很大的关系，为此，如何构建更为全面准确的储能成本模型成为进一步研究的重点。

【技术实现步骤摘要】
采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法
本专利技术涉及一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法。
技术介绍
近年来，环境污染和能源危机问题引起了越来越多人的关注，风电作为无污染可再生能源的代表，在电力系统中获得了广泛应用。但是对于电网尤其是孤岛型微电网而言，由于风电的随机性和不稳定性，其大量接入会对电力系统的可靠运行以及频率稳定产生极大的挑战。为此，需要采用必要的手段来降低并网风功率对于电网的负面影响。储能设备具有在时空范围内进行能量转移的能力，利用储能技术可以有效地平抑风电功率波动，跟踪电网的调度计划，提升风电的并网能力。储能技术主要分为两大类：能量型和功率型。每一类储能技术都有自己的优缺点。能量型储能的单位成本一般低于功率型储能，但由于其自身的特性，利用其吸收过多的高频波动功率会严重损害使用寿命。功率型储能的优势在于依靠其本身的高功率密度和快速充放电转换能力，可以快速捕捉不平衡功率中的较高频低幅值波动，但是价格因素决定了其容量不易选择过大，所以长时充放电性能较差。因此，混合储能结合两类储能技术的优点，获得了更好的功率和能量表现。然而，储能系统的本体费用在储能电站的整体成本中依然占有很大比重，如何有效地解决储能优化配置问题依然迫在眉睫。现有技术实现了与电网调度决策相适应的分段平滑功率输出，以最佳经济效益为目标建立了储能电池容量优化决策模型并用粒子群算法进行了求解；分析了风功率的波动概率特性分布，提出运用双电池储能拓扑结构的风-储混合电站平抑风功率波动。上述现有技术没有考虑到单一储能方式的最适宜运行时间尺度较窄的特点，对不同频段的功率波动无法区别对待，不能充分发挥不同种类储能的优势点，存在着成本偏高和储能寿命短的问题。现有技术将微电网的供需不平衡功率分解为日分量和小时分量，通过成本模型计算得到了最优分断点和储能配置结果，该方法将两种储能完全分解独立进行优化配置。同时也有文献提出运用低通滤波器和滑动平均值相结合的方法确定混合储能的功率分配，储能电池和超级电容分别平抑风功率中的趋势性和快波动分量。另有文献通过可变一阶滤波时间常数控制，进一步优化储能容量配置和实时跟踪性能，并运用最大功率限制控制策略维持储能SOC在正常运行范围内。但是，目前提出的混合储能平抑风功率波动未涉及有功不平衡造成的系统自身频率波动的问题，而孤岛型微电网所允许的频率偏差对应着高频低幅值的功率波动，将部分高频波动功率交由系统自身的消纳能力处理，混合储能容量配置尤其是功率型储能的配置结果会得到再次优化。另外，传统的低通滤波、滑动平均值法等滤波方法具有定位特性差、参数难以进行科学量化的缺点。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，本专利技术选取自适应小波包分解作为不平衡功率的分频方法，综合考虑储能电池、超级电容和系统频率偏差消纳能力的特点，将不平衡功率分成低频分量、中频分量和高频分量三部分，由三者分别进行平抑，使计算速度和高频分量最优。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，选取自适应小波包分解作为不平衡功率的分频方法，综合考虑储能电池、超级电容和系统频率偏差消纳能力的特点，将不平衡功率分成低频分量、中频分量和高频分量三部分，由三者分别进行平抑，建立混合储能成本年值的模型，在费用最经济的基础上确定了储能的最优配置结果。进一步的，采用两个模糊控制器对储能SOC进行自适应控制，并充分利用储能电池的运行余量分担超级电容的压力，达到实时二次优化储能状态的目的。对储能电池和超级电容分别建立模糊控制器，两个模糊控制器均属于二维控制结构，将经过初次分配的储能电池和超级电容的充放电功率指令和实时SOC作为模糊推理的输入量，模糊控制器的输出分别为储能电池功率调节系数和超级电容功率一次调节系数。进一步的，储能系统优化配置的基础是风电场输出功率的目标值，该值需要满足风电场自身的波动特性而且要求适应电网的调度计划安排，以此为根据，调度需求选取设定时间作为时间窗口的大小，求取每小时内的风功率期望值作为风电场输出目标功率Pref。进一步的，若对不平衡功率进行Lay层小波包分解得到小波包分量，利用分频点nL和nH将小波包分为三个部分。利用低分频点将其分成低频与中频波动功率两部分，则分别确定储能电池和超级电容的充放电功率，实现平滑孤岛微电网不平衡功率的目的，低分频点nL的确定需要在设定范围内，同时需要遵循成本最低原则。在满足一定频率偏差精确度要求的前提下，能够从原始不平衡功率中将系统消纳的高频低幅值波动功率分离出的最小分解层数和对应的分断点即为最优小波包分解层数和高分频点。根据能量型和功率型储能的特性，不同种类的储能去平抑不同的波动组成。进一步的，对于n<nL的低频高能量波动，适合用储能电池来平抑；对于nL≤n≤nH的中频功率波动，适合用超级电容来进行平抑；对于n>nH的高频功率波动，不对其处理，而是由微电网自身的频率偏差消纳能力所吸收。进一步的，将不平衡功率Pim(t)看作是一个采样点数为N的时域离散信号，则不平衡功率Pim(t)视为一个周期为NTs的信号，该信号基频为1/(NTs)，通过DFT，将不平衡功率变换成直流分量、基频周期分量以及倍频周期分量之和的形式，这种形式即为不平衡功率在频域下的表现形式。进一步的，功率不平衡所带来的频率偏差的计算方法为：通过对不平衡功率Pim进行DFT得到其功率谱密度函数，基于功率谱密度函数得到微电网频率偏差的谱密度函数，对谱密度函数进行IDFT得到微电网频率偏差的时域分布。进一步的，利用储能中所存储的能量E为充放电功率P在时间上的积分与储能原有的初始能量之和，确定储能电池和超级电容的额定容量。进一步的，波动功率在时间上的积分即为储能累计吸收或释放的能量，其数值大小随着运行过程不断变化，在运行过程中，储能所存储的能量必须满足其自身的SOC约束条件，即不平衡功率序列对储能系统的累积能量最大时，储能系统的SOC不得超过最高限值，累积能量最小时，储能系统的SOC不得低于最低限值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术运用储能电池和超级电容组成的混合储能对孤岛型微电网中的风功率波动进行了平抑，考虑了微电网的频率特性和自身对不平衡功率的消纳能力，基于自适应小波包分解算法和分频点的确定原则对不平衡功率按照频率高中低进行三分频处理，在储能电池和超级电容寿命模型的基础上，建立了以混合储能配置结果和低分频点为自变量的成本年值模型，该模型实现了混合储能配置和功率分配的协同优化。运用两个模糊控制器对混合储能功率指令进行了分步控制，保证了实时SOC运行在合理范围内，并实现了储能电池与超级电容两类储能设备的配合使用；2)本专利技术单一储能由于兼顾短时的功率波动和长时的充放电要求，储能系统需要配备大容量高额定功率的储能电池或超级电容和能够应对频繁开关情况的辅助设施，而混合储能相对于单一储能来说，根据各类储能时间跨度的不同将不平衡功率分解之后分开控制，成本费用显著降低。系统消纳频率波动能力的考虑，进一步降低了超级电容的配置要求，提高了混合储能系统运行的经济性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，其特征是：选取自适应小波包分解作为不平衡功率的分频方法，综合考虑储能电池、超级电容和系统频率偏差消纳能力的特点，将不平衡功率分成低频分量、中频分量和高频分量三部分，由三者分别进行平抑，建立混合储能成本年值的模型，在费用最经济的基础上确定了储能的最优配置结果。

【技术特征摘要】
1.一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，其特征是：选取自适应小波包分解作为不平衡功率的分频方法，综合考虑储能电池、超级电容和系统频率偏差消纳能力的特点，将不平衡功率分成低频分量、中频分量和高频分量三部分，由三者分别进行平抑，建立混合储能成本年值的模型，在费用最经济的基础上确定了储能的最优配置结果。2.如权利要求1所述的一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，其特征是：采用两个模糊控制器对储能SOC进行自适应控制，并充分利用储能电池的运行余量分担超级电容的压力，达到实时二次优化储能状态的目的。3.如权利要求1所述的一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，其特征是：对储能电池和超级电容分别建立模糊控制器，两个模糊控制器均属于二维控制结构，将经过初次分配的储能电池和超级电容的充放电功率指令和实时SOC作为模糊推理的输入量，模糊控制器的输出分别为储能电池功率调节系数和超级电容功率一次调节系数。4.如权利要求1所述的一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，其特征是：储能系统优化配置的基础是风电场输出功率的目标值，该值需要满足风电场自身的波动特性而且要求适应电网的调度计划安排，以此为根据，调度需求选取设定时间作为时间窗口的大小，求取每小时内的风功率期望值作为风电场输出目标功率Pref。5.如权利要求1所述的一种采用小波包分解并计及频率响应的孤岛型微电网储能优化配置方法，其特征是：若对不平衡功率进行Lay层小波包分解得到小波包分量，利用分频点nL和nH将小波包分为三个部分；对于n<nL的低频高能量波动，适合用储能电池来平抑；对于nL≤n≤nH的中频功率波动，适合用超级电容来进行平抑；对于n>nH的高频功率波动，不对其处理，而是由微电网自身的频率偏差消纳能力所吸收。6.如权利要求1所述的一种采用小波包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，尹茂林，袁帅，尹爱辉，金谊，范永艳，张兆笑，匡平，董新，田正军，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济南供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37