混合储能系统及基于其的风电功率波动平抑方法技术方案

本发明专利技术公开了用于风电功率波动平抑的混合储能系统及其平抑方法，该混合储能系统包括：超级电容器、蓄电池、控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器；其中，所述超级电容器通过所述第一DC/DC变换器连接于所述控制器；所述蓄电池通过所述第二DC/DC变换器连接于所述控制器，所述控制器和风力发电机组连接于直流母线，所述直流母线的另一端连接有电网，以采用模糊控制算法得出超级电容器和蓄电池的充放电功率的参考值，并修正所述超级电容器和蓄电池的充放电功率。该混合储能系统及基于其的风电功率波动平抑方法克服了现有技术中的功率补偿效果较为一般，且无法保证储能设备工作稳定、安全的问题，实现了功率的最终分配。

Hybrid Energy Storage System and Wind Power Fluctuation Suppression Method Based on Hybrid Energy Storage System

The invention discloses a hybrid energy storage system for wind power fluctuation stabilization and its stabilization method, which comprises a supercapacitor, a storage battery, a controller, a first DC/DC converter and a second DC/DC converter, wherein the supercapacitor is connected to the controller through the first DC/DC converter. The storage battery is connected to the controller through the second DC/DC converter, the controller and the wind turbine are connected to the DC bus, and the other end of the DC bus is connected to the power grid to obtain the reference value of the charging and discharging power of the supercapacitor and the storage battery by using the fuzzy control algorithm, and to modify the super electricity. Charging and discharging power of containers and batteries. The hybrid energy storage system and the wind power fluctuation suppression method based on the hybrid energy storage system overcome the general power compensation effect in the existing technology, and can not guarantee the stability and safety of energy storage equipment, and achieve the final power distribution.

【技术实现步骤摘要】
混合储能系统及基于其的风电功率波动平抑方法
本专利技术涉及混合储能系统及基于其的风电功率波动平抑方法。
技术介绍
随着社会的快速发展，世界各国的能源需求日益增加，石油等不可再生能源储备日益减少，各国开始越来越重视新能源的开发利用。风能作为一种开发利用早、使用范围广的绿色能源，更受到世界各国的青睐。然而，风能的随机性和波动性导致风电并网时会给电网带来巨大的冲击，使风力发电不能大规模利用，而储能系统具有的短时快速吸收和释放能量的特点，能够有效弥补风电输出功率间歇性、波动性的缺点，因此在风力发电并网系统中配置储能系统已经成为平抑风电功率波动的有效手段之一。储能系统由于能够实现电能的时空转移，从而被认为是平抑风电功率波动、提高电网接纳风电能力的有效手段，储能系统包括能量型储能系统和功率型储能系统。能量型储能系统(如电池)响应速度慢、循环寿命低，难以调控风力发电功率高频波动分量；功率型储能系统(如超级电容器)能量密度低，难以调控长时间尺度风力发电风电功率。由超级电容和储能电池组成的混合储能系统(HybridEnergyStorageSystem，HESS)，弥补了单一储能技术的不足，因此越来越多的风电场开始配置混合储能系统。混合储能系统集成了循环次数高、功率密度高和容量大等优点，在一定程度上解决了单独使用功率型或能量型储能系统受能量密度和运行寿命等因素制约问题。目前国内外学者已对储能平抑可再生能源输出风电功率的方法进行了大量研究，应用较为普遍的是基于一阶低通滤波原理的平抑方法。普通的一阶低通滤波方法是采用定时间常数的低通滤波器，滤波器不能随着储能系统工作主动调节滤波能力，此种情况下的功率补偿效果较为一般，且无法保证储能设备工作稳定、安全。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于风电功率波动平抑的混合储能系统及其平抑方法，该用于风电功率波动平抑的混合储能系统及其平抑方法克服了现有技术中的功率补偿效果较为一般，且无法保证储能设备工作稳定、安全的问题，实现了功率的最终分配。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于风电功率波动平抑的混合储能系统，该用于风电功率波动平抑的混合储能系统包括：超级电容器、蓄电池、控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器；其中，所述超级电容器通过所述第一DC/DC变换器连接于所述控制器；所述蓄电池通过所述第二DC/DC变换器连接于所述控制器，所述控制器和风力发电机组连接于直流母线，所述直流母线的另一端连接有电网，以采用模糊控制算法得出超级电容器和蓄电池的充放电功率的参考值，并修正所述超级电容器和蓄电池的充放电功率。优选地，所述超级电容器和蓄电池分配波动功率，并分别承担高频分量和低频分量。优选地，所述电网和所述电网和所述直流母线之间还设置有直交流转换器。本专利技术提供一种基于混合储能系统的风电功率波动平抑方法，该风电功率波动平抑方法包括：步骤1，基于模糊控制方法提出变滤波时间常数的低通滤波算法，进而实时动态调节混合储能功率分配指令，初步分配波动功率，使得蓄电池和超级电容器分别承担低频分量和高频分量；步骤2，在实时检测超级电容器的荷电状态和蓄电池剩余电量的基础上，通过优化的功率协调转移，实现功率的最终分配。优选地，在步骤2中，在实时检测超级电容器的荷电状态和蓄电池剩余电量的基础上，通过优化的功率协调转移，实现功率的最终分配的方法包括：步骤21，把上一时刻的蓄电池与规定的荷电状态的最大值和最小值作比较，如果蓄电池已到达荷电状态上限，则不再吸收能量；如果蓄电池已到达荷电状态下线，则不再释放能能量。步骤22，若蓄电池的荷电状态小于额定的最大荷电状态值，大于最小的荷电状态值，则此时电池状态良好，可以工作；此时由上一秒的消耗系数确定低通滤波器的滤波时间常数，并蓄电池承担一定的低频分量；步骤23，在确定由蓄电池承担一定低频分量时，同时还要减少蓄电池的充放电状态改变次数；此时当蓄电池充放电持续时间小于或等于最小值时，则蓄电池保持当前工作状态，反之改变当前蓄电池的工作状态；步骤24，判断当前蓄电池的荷电状态是否满足约束条件，若不满足则返回步骤21重新分配充放电功率。步骤25，确定蓄电池的平抑功率后，则超级电容所吸收的功率为混合储能系统功率减去蓄电池功率；步骤26，计算电池充放电持续时间和蓄电池损耗系数。根据上述技术方案，本专利技术首先通过模糊自适应卡尔曼滤波器能够在系统运行中不断实时调节卡尔曼滤波器的参数值，及时应对风骤变情况，有效防止电池过载；然后提出基于模糊控制的方式实时改变滤波时间常数，进而可以实时动态的调节在混合储能功率指令，初步分配波动功率，使得蓄电池SOC维持在合理范围内；最后基于实时检测超级电容器的荷电状态(SOC)和蓄电池剩余电量的基础上，通过优化的功率协调转移，实现功率的最终分配。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是说明本专利技术的一种混合储能系统的结构框图；图2是说明本专利技术的一种混合储能系统的协调控制图；图3是说明本专利技术的一种基于混合储能系统的风电功率波动平抑方法的流程图；图4是说明本专利技术的一种混合储能系统的风电功率波动平抑效果图；图5是说明本专利技术的一种混合储能系统的混合储能系统出力效果图；图6是说明本专利技术的一种混合储能系统的滤波时间常数T1变化曲线图；图7是说明本专利技术的一种混合储能系统的功率波动率变化曲线图；图8是说明本专利技术的一种混合储能系统的蓄电池和超级电容器的输出功率曲线图；图9是说明本专利技术的一种混合储能系统的超级电容和蓄电池间功率转移波形图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种用于风电功率波动平抑的混合储能系统，该用于风电功率波动平抑的混合储能系统包括：超级电容器、蓄电池、控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器；其中，所述超级电容器通过所述第一DC/DC变换器连接于所述控制器；所述蓄电池通过所述第二DC/DC变换器连接于所述控制器，所述控制器和风力发电机组连接于直流母线，所述直流母线的另一端连接有电网，以采用模糊控制算法得出超级电容器和蓄电池的充放电功率的参考值，并修正所述超级电容器和蓄电池的充放电功率。根据上述技术方案，本专利技术首先通过模糊自适应卡尔曼滤波器能够在系统运行中不断实时调节卡尔曼滤波器的参数值，及时应对风骤变情况，有效防止电池过载；然后提出基于模糊控制的方式实时改变滤波时间常数，进而可以实时动态的调节在混合储能功率指令，初步分配波动功率，使得蓄电池SOC维持在合理范围内；最后基于实时检测超级电容器的荷电状态(SOC)和蓄电池剩余电量的基础上，通过优化的功率协调转移，实现功率的最终分配。本专利技术是为满足平抑风电功率波动的要求，设计出的一种基于混合储能的平抑风电功率波动的系统结构，主要用于风力发电和新能源并网领域。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述超级电容器和蓄电池分配波动功率，并分别承担高频分量和低频分量。在本专利技术的一种具体实施方式中，所述电网和所述电网和所述直流母线之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风电功率波动平抑的混合储能系统，其特征在于，该用于风电功率波动平抑的混合储能系统包括：超级电容器、蓄电池、控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器；其中，所述超级电容器通过所述第一DC/DC变换器连接于所述控制器；所述蓄电池通过所述第二DC/DC变换器连接于所述控制器，所述控制器和风力发电机组连接于直流母线，所述直流母线的另一端连接有电网，以采用模糊控制算法得出超级电容器和蓄电池的充放电功率的参考值，并修正所述超级电容器和蓄电池的充放电功率。

【技术特征摘要】
1.一种用于风电功率波动平抑的混合储能系统，其特征在于，该用于风电功率波动平抑的混合储能系统包括：超级电容器、蓄电池、控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器；其中，所述超级电容器通过所述第一DC/DC变换器连接于所述控制器；所述蓄电池通过所述第二DC/DC变换器连接于所述控制器，所述控制器和风力发电机组连接于直流母线，所述直流母线的另一端连接有电网，以采用模糊控制算法得出超级电容器和蓄电池的充放电功率的参考值，并修正所述超级电容器和蓄电池的充放电功率。2.根据权利要求1所述的用于风电功率波动平抑的混合储能系统，其特征在于，所述超级电容器和蓄电池分配波动功率，并分别承担高频分量和低频分量。3.根据权利要求1所述的用于风电功率波动平抑的混合储能系统，其特征在于，所述电网和所述电网和所述直流母线之间还设置有直交流转换器。4.一种基于混合储能系统的风电功率波动平抑方法，其特征在于，该风电功率波动平抑方法包括：步骤1，基于模糊控制方法提出变滤波时间常数的低通滤波算法，进而实时动态调节混合储能功率分配指令，初步分配波动功率，使得蓄电池和超级电容器分别承担低频分量和高频分量；步骤2，在实时检测超级电容器的荷电状态和蓄...

【专利技术属性】
技术研发人员：张政，朱标，后明钢，赵振全，张青，徐业飞，李鹏飞，毛赫，马文林，
申请(专利权)人：中航华东光电有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34