一种孤立微网混合储能系统频率控制器技术方案

本实用新型专利技术涉及一种孤立微网混合储能系统频率控制器，设置测量单元连接的参考功率产生单元，参考功率产生单元连接的蓄电池/超级电容器功率控制单元，蓄电池/超级电容器功率控制单元连接的蓄电池及超级电容器脉冲产生单元；因此本实用新型专利技术通过微网频率实时采集以及储能单元功率分配等功能实现对孤立微网频率的控制，在传统的混合储能系统控制器的基础上，克服现有微网频率控制工作中对蓄电池过度使用导致寿命降低、微网频率调节的经济性及可靠性低的问题，充分利用了蓄电池与超级电容器储能特性，通过引入频率滞环来充分协调孤立微网频率控制精度与蓄电池充放电次数的关系，优化了蓄电池与超级电容器的充放电功率。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微网控制
，尤其涉及一种孤立微网混合储能系统频率控制器。
技术介绍
目前，基于可再生能源的分布式发电(DG)的大规模应用是未来电力工业实现低碳化的最有效解决方案之一。而微网可将各类DG、储能装置以及负荷进行有效集成，实现对局部区域灵活、可靠和经济供电，成为近年来新能源领域的研宄热点。微网可实现自我控制、保护和管理，既可与配电网并网运行，又可呈孤岛方式独立运行。孤岛运行模式主要适用于以下两种情况:(I)上游配电网发生故障时，微网与其解列，呈孤岛模式运行以保证对重要负荷的可靠供电；(2)为偏远、环境恶劣地区提供电能，在有效避免长距离、高投资输电线路建设的同时，实现能源的就地选取、高效利用。孤立微网可有效缓解我国东、南部大量海岛由于远离大陆、电源单一等原因所造成的供电可靠性差、能源开发利用水平低等问题，为海岛的深度开发、生态保护及居民生活水平的提高带来了机遇，具有重要的战略意义。微网特别是孤立微网在组成结构和运行机制上与传统电网有很大不同。微网系统惯性小、阻尼不足、抗干扰能力弱，同时微网中间歇性可再生能源(风能、太阳能、海洋能)所占比例较大，其运行时抵御外界环境扰动的能力较弱，维持微网频率稳定的难度较大。为此，微网中通常配备一定容量的微型发电单元(柴油发电机、微型燃气轮机或燃料电池)来提供系统频率调节。然而此类装置动态特性较慢，频率追踪调节能力较差，且在本质上仍无法摆脱对化石能源的依赖，存在利用效率低、成本高以及污染重等问题。为解决此问题，储能系统(Energy Storage System, ESS)的快速发展被看作是微网实现稳定运行的关键技术之一O就国内外研宄现状来看，ESS作为微网的重要环节，在提高微网运行稳定性、改善电能质量等方面的作用获得了广泛认同:研宄表明，ESS在合理控制下，可进行有功及无功的独立控制，达到有效平滑微网内部及微网与外网联络线功率波动的问题；研宄表明，ESS可以提高微网容量可信度，使其成为大电网的可控单元，具有可预测性和可调度性的特点。然而，基于单一蓄电池(BESS)或超级电容器(SC)储能介质的ESS很难满足微网动态变化过程中对功率密度及能量密度的双重要求，如对BESS的过分利用会导致其物理特性的变化，严重破坏其使用寿命；而对SC的过度使用极易触发其端电压的上下限而退出工作，为此混合储能系统(Hybrid Energy Storage System, HESS)应运而生。HESS与单一 ESS相比，控制方式及容量配置均更加灵活，具有更广阔的应用前景。
技术实现思路
本技术为解决微网频率控制工作中的对BESS的过度使用导致蓄电池使用寿命短，微网频率调节的经济性及可靠性低的问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的孤立微网混合储能系统频率控制器。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:本技术实施例的孤立微网混合储能系统频率控制器，该孤立微网混合储能系统频率控制器包括:测量单元、参考功率产生单元、蓄电池/超级电容器功率控制单元、蓄电池及超级电容器脉冲产生单元；测量单元连接参考功率产生单元，参考功率产生单元连接蓄电池/超级电容器功率控制单元，蓄电池/超级电容器功率控制单元连接蓄电池及超级电容器脉冲产生单元。本技术还可以采用如下技术措施:在本技术的实施例中，该孤立微网混合储能系统频率控制器设置用于实时测量微网频率以及蓄电池荷电状态的测量单元。进一步，该孤立微网混合储能系统频率控制器设置用于接收测量单元所测微网频率，蓄电池荷电状态，通过频率控制算法得到蓄电池及超级电容器功率参考值的参考功率产生单元，该频率控制算法采用改进的孤立微网频率滞环控制算法实现蓄电池(BESS)和超级电容器(SC)的功率参考值计算，通过引入频率滞环优化蓄电池的功率参考值，定向控制蓄电池的工作状态，以避免蓄电池小电流充放电。改进的孤立微网频率滞环控制算法通过将实时采集的微网频率4_和频率额定值入下垂控制器，输出功率参考信号P ref, PMf经低通滤波器分解得到低频分量Pref,/ ,Pref,/进一步输入频率滞环控制器，以定向控制蓄电池(BESS)的工作状态，然后经过蓄电池(BESS)越限保护环节输出蓄电池(BESS)功率参考值!\ef，bat。PrefP ref,b；的差值为高频功率分量Prets，经过超级电容器(SC)越限保护环节可输出超级电容器(SC)功率参考值PMf，s。。若蓄电池(BESS)的蓄电池荷电状态(state of charge, SOC)与超级电容器(SC)端电压Us。均无越限情况，则二者输出的功率参考值分别为P Mf，b和P ref,so而且，所述的频率滞环控制算法在保证微网频率控制精度维持在可接受范围内的前提下，进一步减少蓄电池(BESS)的充放电次数，提高其使用寿命；该频率滞环引入3个触发频率值(frate，fmin+Af，fmax-Af)来共同决定蓄电池(BESS)响应孤立微网频率控制信号的动作情况。频率触发信号将孤立微网允许频率波动范围划分为蓄电池(BESS)的工作区与非工作区。当f_s到达触发频率值f min+ Δ f或fmax- Λ f时，蓄电池(BESS)处于工作区，通过与微网交换功率参与频率调节，直到f_s到达下一个触发频率值f 当频率量测值f_s到达触发频率值时，蓄电池(BESS)停止工作，输出为0，直到f _s到达下一个触发频率值(fmin+Af或fmax-Af)，在此期间，蓄电池(BESS) —直处于非工作区，可避免较小的充放电电流对蓄电池(BESS)使用寿命的影响。基于此规律，蓄电池(BESS)随着孤立微网频率的不断变化而在工作区与非工作区之间进行动态切换，根据微网频率调节蓄电池(BESS)的工作状态。进一步，该孤立微网混合储能系统频率控制器设置用于接收参考功率产生单元的功率参考值，得到蓄电池和超级电容器逆变器控制信号的蓄电池/超级电容器功率控制单J L.ο进一步，该孤立微网混合储能系统频率控制器设置用于接收蓄电池/超级电容器功率控制单元的逆变器控制信号，得到控制蓄电池和超级电容器逆变器动作脉冲信号的蓄电池及超级电容器脉冲产生单元。进一步，所述的孤立微网混合储能系统频率控制器设置有根据各自功率参考值通过功率外环器和电流内环控制器得到逆变器控制信号的蓄电池/超级电容器功率控制单J L.ο进一步，所述的孤立微网混合储能系统频率控制器设置有根据各自的逆变器控制信号通过PWM调制电路得到逆变器脉冲控制信号的蓄电池/超级电容器脉冲生成单元。本技术具有的优点和积极效果是:由于本技术由测量单元、参考功率产生单元、蓄电池/超级电容器功率控制单元、蓄电池及超级电容器脉冲产生单元组成，通过微网频率实时采集以及储能单元功率分配等功能实现对孤立微网频率的控制，在传统的混合储能系统控制器的基础上，克服现有微网频率控制工作中的对蓄电池(BESS)过度使用导致寿命短，微网频率调节的经济性及可靠性低的问题，提出一种孤立微网混合储能系统频率控制器，充分利用了蓄电池(BESS)与超级电容器(SC)储能特性优点的同时，通过引入频率滞环来充分协调孤立微网频率控制精度与蓄电池(BESS)充放电次数的关系，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孤立微网混合储能系统频率控制器，其特征在于，该孤立微网混合储能系统频率控制器包括：测量单元、参考功率产生单元、蓄电池/超级电容器功率控制单元、蓄电池及超级电容器脉冲产生单元；测量单元连接参考功率产生单元，参考功率产生单元连接蓄电池/超级电容器功率控制单元，蓄电池/超级电容器功率控制单元连接蓄电池及超级电容器脉冲产生单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戚艳，时燕新，刘梦璇，袁世强，王旭东，姜宁，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网天津市电力公司，
类型：新型
国别省市：天津;12