本发明专利技术涉及交流微电网储能系统的控制方法，具体为交流微电网并网状态下复杂混合储能系统的协调控制方法。解决目前缺乏针对复杂混合储能系统的控制方法的问题。本发明专利技术所述的协调控制方法可以有效地抑制微电网分布式电源输出功率的波动，保证对负载输出功率的稳定；针对锂电池和超级电容器的自身特性，合理分配两者的输入/输出功率，延长锂电池的循环寿命，降低微电网的运行成本；同时为便于锂电池管理，该控制方法合理分配锂电池之间的功率，保证锂电池SOC值统一与同步；实现微电网与大电网的交换功率的可控，可以根据用户需要，实时设置PCC交换功率值，减小微电网对大电网功率预测与发电计划的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及交流微电网储能系统的控制方法，具体为交流微电网并网状态下复杂混合储能系统的协调控制方法。
技术介绍
近年来，随着国际能源供需关系日趋紧张，以风机和光伏等可再生能源为主的分布式发电技术和微电网技术得到了越来越多的重视。风机和光伏等可再生能源分布式并网时，通常以最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）方式运行来最大程度地利用可再生能源，可再生能源分布式并入微电网具有随机性和波动性的特点，大量接入分布式电源会对大电网造成冲击，影响大电网的功率预测，因此微电网需要储能设备解决分布式发电输出功率不稳定的问题，有效提高微电网系统的功率调节范围，提高资源的利用效率，保障负荷平稳连续供给。现有微电网储能系统一般采用单一储能设备平抑功率波动，而不同类型的储能设备具有不同的特点，在实际应用中的作用也不完全相同。锂电池能量密度大但功率密度小，对单独的锂电池储能设备频繁或者过度地充放电会严重影响其使用寿命及动态响应性能；超级电容器具有功率密度大但能量密度小，循环寿命长，但无法长时间大功率的连续运行。微电网的储能设备采用锂电池与超级电容器相结合的混合储能系统，恰好发挥两者的优势，可以互相弥补不足。现有微电网一般采用单一锂电池与单一超级电容器相结合的混合储能系统。单一锂电池和单一超级电容器组成的混合储能系统接入微电网时，其变换器具有两种连接方式：交流侧并联方式和直流侧并联方式。交流侧并联方式是将锂电池和超级电容器分别通过各自的双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器并联在微电网交流母线，这种连接方式对交流母线电压和频率的变化响应快，可以迅速调度储能设备的输出功率，根据不同储能设备采用相互独立的DC/AC变换器，使储能设备运行更加灵活，也使微电网的扩容更加便捷。直流侧并联方式是将锂电池和超级电容器各自的双向DC/DC变换器在出口并联后再经双向DC/AC变换器接入交流母线，该方式的两个双向DC/DC变换器使用不同的控制方式，分别控制锂电池与超级电容器的充放电过程，可以充分利用两者的优点，优化储能设备的运行。随着微电网的扩容，单一锂电池和单一超级电容器组成的混合储能系统已无法满足扩容后的微电网的需求，因而出现包含多个锂电池的复杂混合储能系统，但目前缺乏针对复杂混合储能系统的控制方法。
技术实现思路
本专利技术解决目前缺乏针对复杂混合储能系统的控制方法的问题，提供一种交流微电网并网状态下复杂混合储能系统的协调控制方法。该方法将多个锂电池与超级电容器进行统一管理，从结构上优化复杂混合储能系统的连接方式，合理分配锂电池与超级电容器之间和多个锂电池之间的功率，在平抑分布式电源功率波动的同时，延长储能设备的循环寿命，实现微电网系统的高效运行。本专利技术是采用如下技术方案实现的：交流微电网并网状态下复杂混合储能系统的协调控制方法，复杂混合储能系统包括多个锂电池和一个超级电容器，锂电池各自的双向DC/DC变换器在出口并联后再经其双向DC/AC变换器接入微电网交流母线，超级电容器经其双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器接入微电网交流母线；所述协调控制方法是由如下步骤实现的：一、复杂混合储能系统的锂电池与超级电容器的双向DC/AC变换器的控制；为了统一功率流动方向与正负值的关系，定义由微电网母线向外输出的功率为正值，向微电网母线注入的功率为负值，即微电网母线向大电网输出功率、复杂混合储能系统充电功率和负荷功率为正值，大电网向微电网母线供电功率、风机和光伏分布式电源的输出功率和复杂混合储能系统放电功率为负值；① 启动并初始化上位机，启动微电网设备；② 初始条件设置：设置微电网与大电网的交换功率 ：微电网与大电网之间存在交换功率，即在微电网内部分布式电源和复杂混合储能系统输出功率不足以提供负荷运行时，需要向大电网购电。为减少微电网对大电网的功率预测与计划发电的影响，可以在不同时段设置固定的交换功率。国家电网公司会根据微电网容量与气象条件，规定微电网与大电网不同时段的交换功率。或者采用以下方法确定交换功率：统计该微电网一段时间以来风机和光伏分布式电源的输出功率、负荷功率一天内不同时段的历史数据，将这些数据依次相加，得到总功率。将总功率依次累加，即可得到总功率累计值，这时t代表15－30天的一段时间，总功率累计值反映了总电能的流动情况，小于0表示分布式电源的输出功率大于负荷功率，微电网功率过剩；大于0表示分布式电源的输出功率小于负荷功率，微电网功率不足。总功率累计值分为多个时段，为消除用户负荷和气象条件的偶然变化等因素对统计数据影响，对每个时段线性化，然后将每个时段线性化所得到曲线求导可以得到不同时段的微电网与大电网的交换功率。设置锂电池SOC值的上限值SOCmax与下限值SOCmin；设置功率阈值和时间阈值；③ 上位机采集分布式电源功率、复杂混合储能系统和负荷的功率之和，以及各锂电池的的SOC值；④ 计算复杂混合储能系统需要补偿的功率；⑤ 将复杂混合储能系统需要补偿的功率进行分配；a. >0，且任一锂电池的>SOCmax，此时，控制锂电池与超级电容器的DC/AC，使锂电池与超级电容器的输入功率为零，由大电网来吸收功率差额；b. <0，且任一锂电池的<SOCmin，此时，控制超级电容器的DC/AC使其输出功率为零，由大电网来补偿功率差额，同时控制<SOCmin的锂电池进行预充电，充电至为SOCmin+SOCmin5%停止；c. >0，且<SOCmin或者SOCmin≤≤SOCmax；<0，且>SOCmax或者SOCmin≤≤SOCmax；此时，若丨丨大于功率阈值，且持续时间大于时间阈值，则控制锂电池和超级电容器的DC/AC，使锂电池的输入/输出功率为，超级电容器的输出/输入功率为0；否则使锂电池输入/输出功率不变，超级电容器输入/输出功率为与此时保持不变的锂电池输出/输入功率的差值；⑥. 返回第③步；二、复杂混合储能系统的各锂电池双向DC/DC变换器的控制按如下公式控制各锂电池的DC/DC双向变换器来实现功率在各锂电池之间的分配，其中，为第i个锂电池的功率，为第i个锂电池的功率分配系数，分配系数满足下列约束条件：放电时，充电时，其中为采集的第i个锂电池的当前SOC值。本专利技术所述的协调控制方法可以有效地抑制微电网分布式电源输出功率的波动，保证对负载输出功率的稳定；针对锂电池和超级电容器的自身特性，合理分配两者的输入/输出功率，延长锂电池的循环寿命，降低微电网的运行成本；同时为便于锂电池管理，该控制方法合理分配锂电池之间的功率，保证锂电池SOC值统一与同步；实现微电网与大电网的交换功率的可控，可以根据用户需要，实时设置PCC交换功率值，减小微电网对大电网功率预测与发电计划的影响。为充分证明本专利技术所述协调控制方法的技术效果，构建了一个微电网（如图2所示），光伏发电系统的额定功率为20kW，风力发电机的额定功率为12kW，两者的逆变器均采用MPPT模式输出。混合储能包括两台锂电池和一台超级电容器，两台锂电池容量均为25Ah，超级电容器容量为20F，最大充放电功率为10kW。锂电池1和2的SOC变化范围为25%本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种交流微电网并网状态下复杂混合储能系统的协调控制方法，其特征在于，复杂混合储能系统包括多个锂电池和一个超级电容器，锂电池各自的双向DC/DC变换器在出口并联后再经其双向DC/AC变换器接入微电网交流母线，超级电容器经其双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器接入微电网交流母线；所述协调控制方法是由如下步骤实现的：一、复杂混合储能系统的锂电池与超级电容器的双向DC/AC变换器的控制；为了统一功率流动方向与正负值的关系，定义由微电网母线向外输出的功率为正值，向微电网母线注入的功率为负值，即微电网母线向大电网输出功率、复杂混合储能系统充电功率和负荷功率为正值，大电网向微电网母线供电功率、风机和光伏分布式电源的输出功率和复杂混合储能系统放电功率为负值；① 启动并初始化上位机，启动微电网设备；② 初始条件设置：设置微电网与大电网的交换功率：国家电网公司会根据微电网容量与气象条件，规定微电网与大电网不同时段的交换功率；设置锂电池SOC值的上限值SOCmax与下限值SOCmin；设置功率阈值和时间阈值；③ 上位机采集分布式电源功率、复杂混合储能系统和负荷的功率之和，以及各锂电池的的SOC值；④ 计算复杂混合储能系统需要补偿的功率；⑤ 将复杂混合储能系统需要补偿的功率进行分配；a.>0，且任一锂电池的>SOCmax，此时，控制锂电池与超级电容器的DC/AC，使锂电池与超级电容器的输入功率为零，由大电网来吸收功率差额；b.<0，且任一锂电池的<SOCmin，此时，控制超级电容器的DC/AC使其输出功率为零，由大电网来补偿功率差额，同时控制<SOCmin的锂电池进行预充电，充电至为SOCmin+SOCmin5%停止；c.>0，且<SOCmin或者SOCmin≤≤SOCmax；<0，且>SOCmax或者SOCmin≤≤SOCmax；此时，若丨丨大于功率阈值，且持续时间大于时间阈值，则控制锂电池和超级电容器的DC/AC，使锂电池的输入/输出功率为，超级电容器的输出/输入功率为0；否则使锂电池输入/输出功率不变，超级电容器输入/输出功率为与此时保持不变的锂电池输出/输入功率的差值；⑥. 返回第③步；二、复杂混合储能系统的各锂电池双向DC/DC变换器的控制按如下公式控制各锂电池的DC/DC双向变换器来实现功率在各锂电池之间的分配，其中，为第i个锂电池的功率，为第i个锂电池的功率分配系数，分配系数满足下列约束条件：放电时，充电时，其中为采集的第i个锂电池的当前SOC值。...
【技术特征摘要】
1.一种交流微电网并网状态下复杂混合储能系统的协调控制方法，其特征在于，复杂混合储能系统包括多个锂电池和一个超级电容器，锂电池各自的双向DC/DC变换器在出口并联后再经其双向DC/AC变换器接入微电网交流母线，超级电容器经其双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器接入微电网交流母线；所述协调控制方法是由如下步骤实现的：一、复杂混合储能系统的锂电池与超级电容器的双向DC/AC变换器的控制；为了统一功率流动方向与正负值的关系，定义由微电网母线向外输出的功率为正值，向微电网母线注入的功率为负值，即微电网母线向大电网输出功率、复杂混合储能系统充电功率和负荷功率为正值，大电网向微电网母线供电功率、风机和光伏分布式电源的输出功率和复杂混合储能系统放电功率为负值；① 启动并初始化上位机，启动微电网设备；② 初始条件设置：设置微电网与大电网的交换功率 ：国家电网公司会根据微电网容量与气象条件，规定微电网与大电网不同时段的交换功率；设置锂电池SOC值的上限值SOCmax与下限值SOCmin；设置功率阈值和时间阈值；③ 上位机采集分布式电源功率、复杂混合储能系统和负荷的功率之和，以及各锂电池的的SOC值；④ 计算复杂混合储能系统需要补偿的功率；⑤ 将复杂混合储能系统需要补偿的功率进行分配；a. >0，且任一锂电池的>SOCmax，此时，控制锂电池与超级电容器的DC/AC，使锂电池与超级电容器的输入功率为零，由大电网来吸收功率差额；b. <0，且任一锂电池的<SOCm...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦文萍，李凯，韩肖清，王鹏，王英，贾燕冰，孟润泉，张海涛，郭晓龙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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