基于复合储能的能量管控优化方法技术

本发明专利技术所采用的复合储能系统由超级电容器和蓄电池组成，超级电容器和蓄电池组成的复合储能兼具功率型和能量型特点，其组合使用可以有效减少蓄电池充放电次数，并且能提高储能系统的利用率，配合复合储能的能量管控优化方法，通过低通滤波器分配复合储能的总功率，使超级电容器和蓄电池分别承担波动功率中的高频分量和低频分量，通过对蓄电池的双向DC/DC1变换器恒功率控制和超级电容器的双向DC/DC2变换器恒母线电压控制，以及双向DC/AC变换器的控制策略，降低配电网的网损，提高新能源的利用效率，有效平抑微电网并网时的功率波动，提高区域电网的电能质量；离网状态下，保证微电网系统的电压、频率稳定，快速补偿并/离网切换时产生的功率差额。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统新能源领域，是储能技术在电力系统新能源方面的应用，具体为一种基于复合储能的能量管控优化方法。
技术介绍
在环境污染和化石能源危机的双重压力下，风力、光伏等分布式发电技术得到快速发展，其在电力供应和低碳生活中的作用也越来越明显。然而风力发电、光伏发电受外界环境的影响，又具有随机性、间歇性的特点，如果直接并网会严重影响电网的电能质量和可靠性，所以需要储能作为能量缓冲来保障系统的安全稳定运行。以风力和光伏为代表的分布式电源往往是通过微电网形式并入主网的。微电网可以看成是一个区域自治系统，具有自我保护、自我管理、自我控制功能，既可以与大电网并网运行，也可以离网运行。微电网由于分布式电源的波动性、随机性，一般要与储能系统配合使用，大容量储能技术的应用不仅使电力供需实时平衡的限制得到解决，还可以通过对有功、无功的快速控制，为系统的电压频率提供支撑。因此，储能技术是微电网发展不可缺少的一部分，并将成为新一代智能微电网的关键技术。储能系统在微电网中扮演着能量缓冲角色，具有改善微电网电能质量，保证供电可靠性、连续性，提升微源性能的作用。但从储能技术当前的发展情况看，还没有一种单一储能兼具功率密度高、能量密度大、响应速度快、循环寿命长等特点，这样就急需要去探索一种功能上具有互补特性的复合储能。考虑到特性方面，电池类储能能量密度大，自损耗小，储能时间长，但其功率密度低，循环寿命短，响应速度慢；超级电容器、超导磁、飞轮储能功率密度大，响应速度快，循环寿命长，输出功率大，但其能量密度低，储能过程中自损耗较大，不适合长时间的储能。经济方面来考虑，电池类储能成本较低，而且技术发展成熟，适合实现大容量长时间储能；超级电容器等形式储能的成本较高，不适合大容量实现，适用于循环充放电和大功率充放电场合。因此，以超级电容器和蓄电池组成的复合储能在能量和功率方面具有很好的互补性，针对两者的特点，本专利技术提出了一种基于复合储能的能量管控方法及优化控制方法。
技术实现思路
本专利技术针对各种储能方式的优缺点，提出一种基于复合储能的能量管控方法及优化控制方法，从而使以超级电容器和蓄电池组成的复合储能更好的支撑微电网并网和离网的稳定运行。本专利技术是选择了一种有源式复合储能结构，是以超级电容器端电压为基础的复合储能能量管控方法和控制方法，在能量管控方面，通过低通滤波器来分配复合储能的总功率，使蓄电池和超级电容分别承担波动功率中的低频分量和高频分量；在控制方面，蓄电池的双向DC/DC1变换器采用的是恒功率控制，超级电容器的双向DC/DC2变换器采用恒母线电压控制，从而实现平抑风光并网波动功率和保证离网状态下微电网系统的电压、频率稳定的目的。本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种基于复合储能的能量管控优化方法，应用于含复合储能的微电网，所述含复合储能的微电网包括复合储能系统、并网变流器、LC滤波器、光伏发电系统、风力发电系统；所述复合储能系统为超级电容器和蓄电池通过功率变换器并联的复合储能，所述蓄电池通过双向DC/DC1变换器连接与直流母线；所述超级电容器通过双向DC/DC2变换器连接于直流母线；所述蓄电池与超级电容器为并联方式；所述双向DC/DC变换器为非隔离型双向Buck-Boost变换器；所述并网变流器为双向DC/AC变换器；所述LC滤波器为无源滤波器，由电感L、电容C组成；所述能量管控优化方法的原则是依据超级电容的剩余容量情况优先响应进行充放电，从而降低蓄电池的超倍率以及循环次数，减少蓄电池容量配置，在超级电容器遵循优先充放电的能量管理规则下，依据超级电容器端电压Usc大小选择其工作状态，设置超级电容器的工作电压下限Usc_down、上限Usc_up，[Usc_opt_down,Usc_opt_up]是超级电容器的最优工作区间，方法主要步骤：(1)根据所检测的风光实际输出总功率与系统设定的目标功率进行比较，当风光实际输出总功率大于目标功率时，储能系统需要存储多余的能量，当风光实际输出总功率小于目标功率时，储能系统需要释放能量补偿差额，复合储能的总存储功率或总释放功率均采用PHess表示；(2)若风光实际输出总功率大于目标功率时，储能系统需要存储多余的能量，即由超级电容器和蓄电池组成的储能系统进行充电，需要根据超级电容器的端电压选择不同的工作状态：1)若Usc≤Usc_opt_down，逻辑信号w2＝0、w4＝1，其中w2、w4是根据超级电容电容器端电压得出的，w2表示蓄电池的逻辑信号，w4表示超级电容器的逻辑信号，双向DC/DC1变换器切除蓄电池，即蓄电池参考功率Pbat_ref＝0，双向DC/DC2变换器控制超级电容器单独工作吸收PHess；2)若Usc_opt_down＜Usc＜Usc_opt_up，逻辑信号w2＝1、w4＝1，超级电容器端电压Usc处于最优工作范围，通过低通滤波在各储能元件间合理分配PHess，控制DC/DC1、DC/DC2使蓄电池和超级电容器共同承担功率波动，Pbat_ref＝Pbat_pre，Psc_ref＝PHess-Pbat_ref，其中Pbat_pre为低通滤波得到的蓄电池功率，Psc_ref为超级电容器的参考功率；3)若Usc_opt_up≤Usc＜Usc_up，逻辑信号w2＝1、w4＝1，双向DC/DC2变换器控制超级电容器少充电，双向DC/DC1变换器控制蓄电池多充电，此时减小低通滤波时间常数T，即T＝Tnomal-ΔT(ΔT为时间常数T内一个较小的数，一般取0.1s)；4)若Usc≥Usc_up，逻辑信号w2＝1、w4＝0，双向DC/DC2变换器切除超级电容器，只由蓄电池吸收能量，直到蓄电池达到极限，然后双向DC/DC1变换器切除蓄电池；(3)若风光实际输出总功率小于目标功率时，储能系统需要释放能量补偿差额，即由超级电容器和蓄电池组成的储能系统进行放电，需要根据超级电容器的端电压选择不同的工作状态：1)若Usc≥Usc_opt_up，逻辑信号w1＝0，w3＝1，其中w1、w3是根据超级电容电容器端电压得出的，w1表示蓄电池的逻辑信号，w3表示超级电容器的逻辑信号，双向DC/DC1变换器控制切除蓄电池，即蓄电池参考功率Pbat_ref＝0，双向DC/DC2变换器控制超级电容器独立承担放电功率PHess；2)若Usc_opt_down＜Usc＜Usc_opt_up，逻辑信号w1＝1，w3＝1，超级电容器端电压Usc处于最优工作范围，通过低通滤波在各储能元件间合理分配PHess，控制双向DC/DC1变换器、双向DC/DC2变换器使蓄电池和超级电容器共同承担功率波动，Pbat_ref＝Pbat_pre，Psc_ref＝PHess-Pbat_ref；3)若Usc_down＜Usc≤Usc_opt_down，逻辑信号w1＝1，w3＝1，双向DC/DC2变换器控制超级电容器少放电，双向DC/DC1变换器控制蓄电池多放电，此时减小低通滤波时间常数T，即T＝Tnomal-ΔT；4)若Usc≤Usc_down，逻辑信号w1＝1，w3＝0，双向DC/DC2变换器切除超级电容器，只能蓄电池释放能量，直到蓄电池达到极限，然后双向DC/DC1变换器切除蓄电池。在能量管控优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复合储能的能量管控优化方法，应用于含复合储能的微电网，所述含复合储能的微电网包括复合储能系统、并网变流器、LC滤波器、光伏发电系统、风力发电系统；所述复合储能系统采用超级电容器和蓄电池通过功率变换器并联的复合储能，所述蓄电池通过双向DC/DC1变换器连接于直流母线；所述超级电容器通过双向DC/DC2变换器连接于直流母线；所述蓄电池与超级电容器为并联方式；所述双向DC/DC变换器为非隔离型双向Buck‑Boost变换器；所述并网变流器为双向DC/AC变换器；所述LC滤波器为无源滤波器，由电感L、电容C组成；其特征在于：所述能量管控优化方法的原则是依据超级电容的剩余容量情况优先响应进行充放电，从而降低蓄电池的超倍率以及循环次数，减少蓄电池容量配置，在超级电容器遵循优先充放电的能量管理规则下，依据超级电容器端电压Usc大小选择其工作状态，设置超级电容器的工作电压下限Usc_down、上限Usc_up，[Usc_opt_down,Usc_opt_up]是超级电容器的最优工作区间，方法主要步骤：(1)根据所检测的风光实际输出总功率与系统设定的目标功率进行比较，当风光实际输出总功率大于目标功率时，储能系统需要存储多余的能量，当风光实际输出总功率小于目标功率时，储能系统需要释放能量补偿差额，复合储能的总存储功率或总释放功率均采用PHess表示；(2)若风光实际输出总功率大于目标功率时，储能系统需要存储多余的能量，即由超级电容器和蓄电池组成的储能系统进行充电，需要根据超级电容器的端电压选择不同的工作状态：1)若Usc≤Usc_opt_down，逻辑信号w2＝0、w4＝1，其中w2、w4是根据超级电容电容器端电压得出的，w2表示蓄电池的逻辑信号，w4表示超级电容器的逻辑信号，双向DC/DC1变换器切除蓄电池，即蓄电池参考功率Pbat_ref＝0，双向DC/DC2变换器控制超级电容器单独工作吸收PHess；2)若Usc_opt_down＜Usc＜Usc_opt_up，逻辑信号w2＝1、w4＝1，超级电容器端电压Usc处于最优工作范围，通过低通滤波在各储能元件间合理分配PHess，控制DC/DC1、DC/DC2使蓄电池和超级电容器共同承担功率波动，Pbat_ref＝Pbat_pre，Psc_ref＝PHess‑Pbat_ref，其中Pbat_pre为低通滤波得到的蓄电池功率，Psc_ref为超级电容器的参考功率；3)若Usc_opt_up≤Usc＜Usc_up，逻辑信号w2＝1、w4＝1，双向DC/DC2变换器控制超级电容器少充电，双向DC/DC1变换器控制蓄电池多充电，此时减小低通滤波时间常数T，即T＝Tnomal‑ΔT；4)若Usc≥Usc_up，逻辑信号w2＝1、w4＝0，双向DC/DC2变换器切除超级电容器，只由蓄电池吸收能量，直到蓄电池达到极限，然后双向DC/DC1变换器切除蓄电池；(3)若风光实际输出总功率小于目标功率时，储能系统需要释放能量补偿差额，即由超级电容器和蓄电池组成的储能系统进行放电，需要根据超级电容器的端电压选择不同的工作状态：1)若Usc≥Usc_opt_up，逻辑信号w1＝0，w3＝1，其中w1、w3是根据超级电容电容器端电压得出的，w1表示蓄电池的逻辑信号，w3表示超级电容器的逻辑信号，双向DC/DC1变换器控制切除蓄电池，即蓄电池参考功率Pbat_ref＝0，双向DC/DC2变换器控制超级电容器独立承担放电功率PHess；2)若Usc_opt_down＜Usc＜Usc_opt_up，逻辑信号w1＝1，w3＝1，超级电容器端电压Usc处于最优工作范围，通过低通滤波在各储能元件间合理分配PHess，控制双向DC/DC1变换器、双向DC/DC2变换器使蓄电池和超级电容器共同承担功率波动，Pbat_ref＝Pbat_pre，Psc_ref＝PHess‑Pbat_ref；3)若Usc_down＜Usc≤Usc_opt_down，逻辑信号w1＝1，w3＝1，双向DC/DC2变换器控制超级电容器少放电，双向DC/DC1变换器控制蓄电池多放电，此时减小低通滤波时间常数T，即T＝Tnomal‑ΔT；4)若Usc≤Usc_down，逻辑信号w1＝1，w3＝0，双向DC/DC2变换器切除超级电容器，只能蓄电池释放能量，直到蓄电池达到极限，然后双向DC/DC1变换器切除蓄电池。...

【技术特征摘要】
1.一种基于复合储能的能量管控优化方法，应用于含复合储能的微电网，所述含复合储能的微电网包括复合储能系统、并网变流器、LC滤波器、光伏发电系统、风力发电系统；所述复合储能系统采用超级电容器和蓄电池通过功率变换器并联的复合储能，所述蓄电池通过双向DC/DC1变换器连接于直流母线；所述超级电容器通过双向DC/DC2变换器连接于直流母线；所述蓄电池与超级电容器为并联方式；所述双向DC/DC变换器为非隔离型双向Buck-Boost变换器；所述并网变流器为双向DC/AC变换器；所述LC滤波器为无源滤波器，由电感L、电容C组成；其特征在于：所述能量管控优化方法的原则是依据超级电容的剩余容量情况优先响应进行充放电，从而降低蓄电池的超倍率以及循环次数，减少蓄电池容量配置，在超级电容器遵循优先充放电的能量管理规则下，依据超级电容器端电压Usc大小选择其工作状态，设置超级电容器的工作电压下限Usc_down、上限Usc_up，[Usc_opt_down,Usc_opt_up]是超级电容器的最优工作区间，方法主要步骤：(1)根据所检测的风光实际输出总功率与系统设定的目标功率进行比较，当风光实际输出总功率大于目标功率时，储能系统需要存储多余的能量，当风光实际输出总功率小于目标功率时，储能系统需要释放能量补偿差额，复合储能的总存储功率或总释放功率均采用PHess表示；(2)若风光实际输出总功率大于目标功率时，储能系统需要存储多余的能量，即由超级电容器和蓄电池组成的储能系统进行充电，需要根据超级电容器的端电压选择不同的工作状态：1)若Usc≤Usc_opt_down，逻辑信号w2＝0、w4＝1，其中w2、w4是根据超级电容电容器端电压得出的，w2表示蓄电池的逻辑信号，w4表示超级电容器的逻辑信号，双向DC/DC1变换器切除蓄电池，即蓄电池参考功率Pbat_ref＝0，双向DC/DC2变换器控制超级电容器单独工作吸收PHess；2)若Usc_opt_down＜Usc＜Usc_opt_up，逻辑信号w2＝1、w4＝1，超级电容器端电压Usc处于最优工作范围，通过低通滤波在各储能元件间合理分配PHess，控制DC/DC1、DC/DC2使蓄电池和超级电容器共同承担功率波动，Pbat_ref＝Pbat_pre，Psc_ref＝PHess-Pbat_ref，其中Pbat_pre为低通滤波得到的蓄电池功率，Psc_ref为超级电容器的参考功率；3)若Usc_opt_up≤Usc＜Usc_up，逻辑信号w2＝1、w4＝1，双向DC/DC2变换器控制超级电容器少充电，双向DC/DC1变换器控制蓄电池多充电，此时减小低通滤波时间常数T，即T＝Tnomal-ΔT；4)若Usc≥Usc_up，逻辑信号w2＝1、w4＝0，双向DC/DC2变换器切除超级电容器，只由蓄电池吸收能量，直到蓄电池达到极限，然后双向DC/DC1变换器切除蓄电池；(3)若风光实际输出总功率小于目标功率时，储能系统需要释放能量补偿差额，即由超级电容器和蓄电池组成的储能系统进行放电，需要根据超级电容器的端电压选择不同的工作状态：1)若Usc≥Usc_opt_up，逻辑信号w1＝0，w3＝1，其中w1、w3是根据超级电容电容器端电压得出的，w1表示蓄电池的逻辑信号，w3表示超级电容器的逻辑信号，双向DC/DC1变换器控制切除蓄电池，即蓄电池参考功率Pbat_ref＝0，双向DC/DC2变换器控制超级电容器独立承担放电功率PHess；2)若Usc_opt_down＜Usc＜Usc_opt_up，逻辑信号w1＝1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴勇，刘健，王帅，贺天云，吴新华，陈浩宇，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14