一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，结合国家风电并网标准采用改进的滑动平均法提取风电功率波动分量，计及储能设备的荷电状态采用可变滤波时间常数的高通滤波法分配波动功率，可避免储能设备的过充过放，最后以储能设备全生命周期经济性最优为目标函数建立容量配置模型，相比于传统的仅考虑一次性初始投资的方法，更符合储能系统长期运行的实际情况，对实际工程建设具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法
本专利技术属于微电网储能
，涉及一种混合储能系统容量配置方法，具体涉及一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量优化配置方法。
技术介绍
具有绿色、清洁、可再生等特点的风力发电技术在全世界范围内得到广泛的应用和发展，装机容量逐年增大，是解决当今世界能源危机和环境污染问题的有效途径。然而风力发电系统的输出功率受到自然条件等外在因素的影响，具有间歇性和随机性，大规模风电并网将对大电网的稳定可靠运行和电能质量造成不利的影响，因此需要配置一定容量的储能系统用以平抑风电输出功率波动。传统的以蓄电池为代表的能量型储能系统具有较高的比容量，适合较长时间尺度的充放电，一般用来满足负荷供电需求。风电输出功率波动除了长时间尺度的波动分量以外，还存在大量的短时、高峰值的波动分量，需要具备快速响应性能并且充放电功率较大的储能系统来进行平抑，显然传统的蓄电池储能系统已经无法满足要求，需要以超级电容器为代表的功率型储能系统配合，共同构成混合储能系统来进行可再生能源输出功率波动的平抑。配置混合储能系统容量的三个技术难点在于：(1)风电输出功率波动分量的提取；(2)风电输出功率波动分量在不同类型储能设备之间的分配；(3)建立科学合理的容量配置模型。针对技术难点(1)，传统方法多以低通滤波方法为主，容易造成平抑分量过大从而使得储能系统容量配置过大，经济性较差且不能有效结合国家相关风电并网标准；针对技术难点(2)，传统方法不能计及储能设备的荷电状态，在分配过程中可能造成储能设备的过充过放；针对技术难点(3)，传统方法在优化目标的建立和约束条件的确定时存在一定的不足。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提出了一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量优化配置方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对风电场有功功率输出的实际数据进行处理，运用改进的滑动平均法并结合国家风电并网标准，提取风电输出功率中需要储能系统进行平抑的波动分量；步骤2：计及各储能设备的荷电状态，运用可变滤波时间常数的高通滤波法在不同类型储能设备之间进行波动分量的分配；步骤3：建立以混合储能系统全生命周期经济性最优为目的的混合储能选题容量优化配置模型，运用改进的粒子群算法，以储能设备的技术特性和风电并网要求为约束条件，进行混合储能系统容量优化配置。作为优选，步骤1中所述的改进的滑动平均法并结合国家风电并网标准，提取风电输出功率中需要储能系统进行平抑的波动分量，其具体实现过程包括以下子步骤：步骤1.1：运用改进的滑动平均法计算平滑的并网分量和需要储能系统进行功率吞吐的波动分量；假设滑动窗口数值为Nmin，并假设N为偶数以方便进行描述，由此得到t时刻风电的并网分量和min级波动量，如式(1.1)、(1.2)、(1.3)所示：Pft＝(Pt-(N/2-1)+Pt-(N/2-2)+...+Pt+...+Pt+N/2)/N(1.1)；Pmt＝Pt-Pft(1.2)；t＝N/2,N/2+1,...,M-N/2(1.3)；式中：Pt是第t分钟实测的风电功率；Pft是并网分量；Pmt是min级波动分量；M为测量点总数；步骤2：结合国家风电并网功率波动要求，在滑动平均法的基础上加以改进，对于不满足波动变化率的部分进行调整，最终得到混合储能系统的补偿功率PHESS；PHESS＝Pmt+△P(1.4)；式中：ΔP是根据风电最大功率波动变化率要求而进行调整的功率。作为优选，N＝15min。作为优选，所述的国家风电并网标准请见表1；表1国家风电并网标准作为优选，步骤2中所述的运用可变滤波时间常数的高通滤波法在不同类型储能设备之间进行波动分量的分配，其具体实现过程包括以下子步骤：步骤2.1：运用高频率滤波器分解混合储能系统的补偿功率PHESS如式(2.1)所示：其中，PUC和PBESS分别是超级电容器和蓄电池的平抑功率，TUC是高通滤波器的滤波时间常数。步骤2.2：调整滤波时间常数，采用模糊控制理论进行修正；所述的模糊控制理论的核心内容包括：模糊化：将论域范围内的输入变量进行模糊化处理，得到模糊子集和隶属函数；制定模糊规则：将人主观的控制决策表达为模糊控制语句，通过多条模糊控制语句形成不同条件下的控制集，此为模糊控制的核心；模糊推理：根据模糊规则处理模糊量；去模糊化；将模糊量转化成论域内的精确控制量；步骤2.3：基于上述模糊控制理论，在进行混合储能平抑功率波动时，考虑各储能设备的荷电状态，当荷电状态逼近上下限时，及时调整滤波时间常数，修正储能设备的充放电功率指令，从而保证储能设备的荷电状态始终处于合理范围之内。作为优选，步骤2中所述的模糊控制的实现过程是，当储能设备荷电状态接近上限时，若得到充电功率指令，则调节滤波时间常数适当减小充电功率，避免过充；当储能设备荷电状态接近下限时，若得到放电功率指令，则调节滤波时间常数减小放电功率，避免过放。作为优选，步骤2中所述的模糊控制的实现过程是，以蓄电池荷电状态SoCBESS和超级电容器荷电状态SoCUC作为输入，以滤波时间常数的修正系数k为输出；首先对SoCBESS和SoCUC进行归一化处理，得到其隶属度为：式中SoCmid为储能设备荷电状态的中间值；由SoCmin≤SoC≤SoCmax可知ξbat和ξuc的连续论域分别为[-a,a]和[-b,b]，a和b的具体大小跟储能设备技术特性有关，由于超级电容器的放电深度大于蓄电池，故b>a且0<b<1；当储能设备隶属度为a或b时，表示容量饱和，已完全充满电；当储能设备隶属度为-a或-b时，表示容量枯竭，已完全放电；ξbat和ξuc的模糊集为{NB(负大)，ZO(零)，PB(正大)}；模糊控制的输出变量是滤波时间常数的修正系数k，其离散论域是[-1，-0.5，0，0.5，1]，模糊集是{NB，NS(负小)，ZO，PS(正小)，PB}；在确立了输入量和输出量的模糊集及隶属度函数后，现制定模糊规则：当PHESS>0，即混合储能系统得到放电的指令时，模糊规则主要依据以下经验制定：(1)若蓄电池和超级电容器的荷电状态均为中间值，则滤波时间常数保持不变；(2)若蓄电池的荷电状态偏小而超级电容器荷电状态偏大时，适当调大滤波时间常数TUC，增大超级电容器的放电功率，减小蓄电池的放电功率；(3)若蓄电池的荷电状态偏大而超级电容器荷电状态偏小时，适当调小滤波时间常数TUC，减小超级电容器的放电功率，增大蓄电池的放电功率；当PHESS<0，即混合储能系统得到充电的指令时，模糊规则主要依据以下经验制定：(1)若蓄电池和超级电容器的荷电状态均为中间值，则滤波时间常数保持不变；(2)若蓄电池的荷电状态偏小而超级电容器荷电状态偏大时，适当调小滤波时间常数TUC，减小超级电容器的充电功率，增大蓄电池的充电功率；(3)若蓄电池的荷电状态偏大而超级电容器荷电状态偏小时，适当调大滤波时间常数TUC，增大超级电容器的充电功率，减小蓄电池的充电功率；在对蓄电池和超级电容器进行荷电状态判断之前，要对两种储能设备的荷电状态进行分级，共分为Smax、Shigh、Smid、Slow和Sm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对风电场有功功率输出的实际数据进行处理，运用改进的滑动平均法并结合国家风电并网标准，提取风电输出功率中需要储能系统进行平抑的波动分量；步骤2：计及各储能设备的荷电状态，运用可变滤波时间常数的高通滤波法在不同类型储能设备之间进行波动分量的分配；步骤3：建立以混合储能系统全生命周期经济性最优为目的的混合储能选题容量优化配置模型，运用改进的粒子群算法，以储能设备的技术特性和风电并网要求为约束条件，进行混合储能系统容量优化配置。

【技术特征摘要】
1.一种平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对风电场有功功率输出的实际数据进行处理，运用改进的滑动平均法并结合国家风电并网标准，提取风电输出功率中需要储能系统进行平抑的波动分量；所述的国家风电并网标准请见表1；表1国家风电并网标准所述的改进的滑动平均法并结合国家风电并网标准，提取风电输出功率中需要储能系统进行平抑的波动分量，其具体实现过程包括以下子步骤：步骤1.1：运用改进的滑动平均法计算平滑的并网分量和需要储能系统进行功率吞吐的波动分量；假设滑动窗口数值为Nmin，并假设N为偶数以方便进行描述，由此得到t时刻风电的并网分量和min级波动量，如式(1.1)、(1.2)、(1.3)所示：Pft＝(Pt-(N/2-1)+Pt-(N/2-2)+...+Pt+...+Pt+N/2)/N(1.1)；Pmt＝Pt-Pft(1.2)；t＝N/2,N/2+1,...,M-N/2(1.3)；式中：Pt是第t分钟实测的风电功率；Pft是并网分量；Pmt是min级波动分量；M为测量点总数；步骤2：结合国家风电并网功率波动要求，在滑动平均法的基础上加以改进，对于不满足波动变化率的部分进行调整，最终得到混合储能系统的补偿功率PHESS；PHESS＝Pmt+△P(1.4)；式中：ΔP是根据风电最大功率波动变化率要求而进行调整的功率；步骤2：计及各储能设备的荷电状态，运用可变滤波时间常数的高通滤波法在不同类型储能设备之间进行波动分量的分配；步骤3：建立以混合储能系统全生命周期经济性最优为目的的混合储能选题容量优化配置模型，运用改进的粒子群算法，以储能设备的技术特性和风电并网要求为约束条件，进行混合储能系统容量优化配置。2.根据权利要求1所述的平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：N＝15min。3.根据权利要求1所述的平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：步骤2中所述的运用可变滤波时间常数的高通滤波法在不同类型储能设备之间进行波动分量的分配，其具体实现过程包括以下子步骤：步骤2.1：运用高频率滤波器分解混合储能系统的补偿功率PHESS如式(2.1)所示：其中，PUC和PBESS分别是超级电容器和蓄电池的平抑功率，TUC是高通滤波器的滤波时间常数；步骤2.2：调整滤波时间常数，采用模糊控制理论进行修正；所述的模糊控制理论的核心内容包括：模糊化：将论域范围内的输入变量进行模糊化处理，得到模糊子集和隶属函数；制定模糊规则：将人主观的控制决策表达为模糊控制语句，通过多条模糊控制语句形成不同条件下的控制集，此为模糊控制的核心；模糊推理：根据模糊规则处理模糊量；去模糊化；将模糊量转化成论域内的精确控制量；步骤2.3：基于上述模糊控制理论，在进行混合储能平抑功率波动时，考虑各储能设备的荷电状态，当荷电状态逼近上下限时，及时调整滤波时间常数，修正储能设备的充放电功率指令，从而保证储能设备的荷电状态始终处于合理范围之内。4.根据权利要求3所述的平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：步骤2中所述的模糊控制的实现过程是，当储能设备荷电状态接近上限时，若得到充电功率指令，则调节滤波时间常数适当减小充电功率，避免过充；当储能设备荷电状态接近下限时，若得到放电功率指令，则调节滤波时间常数减小放电功率，避免过放。5.根据权利要求3所述的平抑风电输出功率波动的混合储能系统容量配置方法，其特征在于：步骤2中所述的模糊控制的实现过程是，以蓄电池荷电状态SoCBESS和超级电容器荷电状态SoCUC作为输入，以滤波时间常数的修正系数k为输出；首先对SoCBESS和SoCUC进行归一化处理，得到其隶属度为：式中SoCmid为储能设备荷电状态的中间值；由SoCmin≤SoC≤SoCmax可知ξbat和ξuc的连续论域分别为[-a,a]和[-b,b]，a和b的具体大小跟储能设备技术特性有关，由于超级电容器的放电深度大于蓄电池，故b>a且0<b<1；当储能设备隶属度为a或b时，表示容量饱和，已完全充满电；当储能设备隶属度为-a或-b时，表示容量枯竭，已完全放电；ξbat和ξuc的模糊集为{NB，ZO，PB}；模糊控制的输出变量是滤波时间常数的修正系数k，其离散论域是[-1，-0.5，0，0.5，1]，模糊集是{NB，NS，ZO，PS，PB}；其中NB表示负大，ZO表示零，PB表示正大，NS表示负小，PS表示正小；在确立了输入量和输出量的模糊集及隶属度函数后，现制定模糊规则：当PHESS>0，即混合储能系统得到放电的指令时，模糊规则主要依据以下经验制定：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓长虹，潘华，吴之奎，易琪钧，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42