基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法，属于储能技术的配置领域。本方法首先采用傅立叶分解方法将风光并网发电不平衡功率分解成用一系列具有自适应性的傅立叶本征带通函数表达的分量，其次对其从低频到高频进行排序，并以最大能量差确定分频频率进而确定高频分量和低频分量；最后考虑到不同储能设备的特性，将低频分量分配给蓄电池储能进行平抑，高频分量分配给超级电容器储能进行消纳。本发明专利技术能够广泛适用于电网结构下的混合储能容量优化配置，可以为混合储能系统容量的深入研究做引导。

【技术实现步骤摘要】
基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法
本专利技术涉及一种基于FDM(傅立叶分解方法)的混合储能系统容量优化配置方法，属于储能技术的配置领域。技术背景近年来，风光等无污染的可再生能源发电在电网能源结构中所占比重日益增加，然而由于风光等可再生资源本身的特性，其发电具有稳定性较低、供电可靠性较差等缺点，储能技术的发展为平滑可再生能源波动、实现电力调度问题提供了有力的保障。以蓄电池和超级电容器相结合为代表的混合储能形式在可再生能源并网中的作用，主要体现在改善可再生能源并网出力的波动性、实现计划发电及提高系统供电可靠性等方面，关于混合储能系统的功率和容量配置往往从功率分配方法的角度出发。现有的已应用到HESS(混合储能系统)容量配置上的功率分配方法主要有：傅立叶变换、小波变换、希尔伯特-黄变换。传统的FT(傅里叶变换)的缺陷在于适用于分析线性平稳的数据，其逆变换难以重构随机数据，故FT并不适合分析像风光出力这样的非线性非平稳的数据，采用小波包分解需要通过主观设定分解层数，而采用HHT(希尔伯特-黄变换)可能会造成频率失真。
技术实现思路
针对国内现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法，该方法所得混合储能系统的容量配置结果具有一定的技术经济性，可以为电力系统混合储能配置提供一种新的方法。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种基于FDM的混合储能系统容量配置方法，包括以下步骤：步骤1、计算典型日风光并网发电系统不平衡功率；步骤2、采用FDM将并网系统不平衡功率分解成用不同频段的傅立叶本征带通函数FIBFs表达的功率分量；步骤3、将步骤2中经FDM分解后得到的功率分量，采用最大能量差原则确定低频功率分量和高频功率分量；步骤4、进行功率分配，将高频功率分量分配给超级电容器进行平抑，将低频功率分量分配给蓄电池进行平抑；步骤5、计算所配置超级电容器储能和蓄电池储能的额定功率和容量。步骤2中所述采用FDM将并网系统不平衡功率分解的具体过程如下：步骤201：设x[n]是长度为N的离散信号，采用离散傅立叶变换，x[n]改写成：式中：是信号x[n]离散傅立叶变换形式，k＝0,1,…N-1，n＝0,1,…N-1，N为离散信号长度；步骤202：以N是偶数为例，X[0]和X[N/2]表示傅立叶变换的实部，则x[n]写为：式中：是的共轭复数，x[n]是实数，故上式改写成：式中：Re{z1[n]}表示z1[n]的实部；解析信号z1[n]写成：其中：ai[n]和φi[n]为相量和的幅值和相角，Ni为分段间隔，其中：N0＝0且NM＝(N/2-1)；在搜索低频到高频的解析FIBFs过程中，得到：其中：a1[n]为的幅值，a2[n]为的幅值，aM[n]为的幅值，φ1[n]为的相角，φ2[n]为的相角，φM[n]为的相角，N1为离散信号第一分段，N2为离散信号第二分段，NM为离散信号第M分段；通式为：步骤203、令则为了获得最小数目的FIBFs,对每一个i，我们在数N0＝0到NM＝(N/2-1)中寻找最大的Ni使得(Ni-1+1)≤Ni≤(N/2-1)且相位φi[n]是单调递增函数，即满足以下离散瞬时频率表达式：或：并且对于振幅ai[n]≥0(i＝1,···,M)，其中ωi[n]为n时的离散的瞬时速率，φi[n-1]为n-1时的相位，φi[n+1]为n+1时的相位；步骤204、确定FIBFs分量，由上式所确定的AFIBFs结果，第i个FIBFs分量yi需要满足下面的表达式：式中：yi(t)为第i个FIBFs分量，为yi(t)的希尔伯特-黄变换形式，τ为积分中的变量；ai(t)为yi(t)的瞬时幅值，φi(t)为yi(t)的瞬时相位，瞬时频率步骤3中所述采用最大能量差原则确定低频功率分量和高频功率分量的具体过程如下：步骤301、若分频频率fs在第i和i+1个FIBF之间，则fi(t)与fi+1(t)的能量差为：式中：Pi+1(tj)为第j个Δt时刻fi+1(t)大于fs的功率；Pi(tk)为第k个Δt时刻fi(t)小于fs的功率；m表示Pi+1(t)所对应的瞬时频率fi+1(t)大于fs的功率点的总数目；g表示Pi(t)所对应的瞬时频率fi(t)小于fs的功率点的总数目；步骤302、若分频频率fs在第s和s+1个FIBF之间，则将P1(t),P1(t),…,Ps+1(t)划分为低频FIBFs分量，Ps+2(t),Ps+3(t),…,PM(t)划分为高频FIBFs分量，序号s即为临界点；步骤303、根据以上的分频频率确定原则，则该风光并网发电系统不平衡功率经FDM分解后的低频功率分量和高频功率分量分别为：其中：Plow(t)为低频功率分量，Phigh(t)为高频功率分量，P0为不平衡功率的均值功率。步骤4中所述功率分配方法具体如下：将低频功率分量由能量型储能蓄电池平抑，高频功率分量由功率型储能超级电容器平抑；故超级电容器和蓄电池需要消纳的功率分别为：其中：PBU(t)为蓄电池消纳功率，PCU(t)为超级电容器消纳功率。步骤5所述超级电容器储能和蓄电池储能的额定功率和容量计算方法：任意时刻储能系统需求功率为：式中：P(t)为储能系统需要平抑的不平衡功率；ηch、ηdis分别为储能系统的充电效率和放电效率；在样本周期内储能系统的充放电电量为零，即：式中：ΔE为样本周期内储能系统的充放电电量，P*(t)为样本周期内储能系统的输出功率，T为样本周期，Tg为采样周期，单位为秒；Tg/3600表示将时间单位“秒”折算到时间单位“小时”；通过适当上下平移PTarget(t)方式得到储能系统的输入功率，PTarget(t)平移后的功率记为Pa(t)，则：ΔP＝PTarget(t)-Pa(t)式中：ΔP为PTarget(t)平移的功率；则储能系统的实际需要平抑的功率为：P(t)＝PU(t)-ΔP其中：PU(t)为风光并网系统产生的不平衡功率；储能系统的额定功率PES(t)规定为充放电功率绝对值的最大值：PES＝max{|P*(t)|}一段时间t内的累积容量eE(t)计算公式为：储能系统的额定容量EES计算公式为：式中：SOCu为储能SOC上限，SOCl为储能SOC下限。本专利技术的有益效果如下：1)FDM克服了传统的FT在处理离散功率数据的缺陷。2)所提分频方法能够有效发挥超级电容器和蓄电池储能在储能上的优势互补。3)可以为区域的混合储能系统的容量配置提供合理、客观的依据。4)为电力系统的储能技术研究做引导。附图说明图1基于FDM的混合储能系统容量配置的步骤流程图。图2为典型日净功率及目标输出功率图。图3为不平衡功率经FDM分解结果图。图4为最大能量差预临界点的关系图。图5为蓄电池和超级电容的输出功率图。图6为蓄电池和超级电容的荷电状态图。具体实施方式以下结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。图1所示为基于FDM的混合储能系统容量配置的步骤流程图，选取某地的风光并网发电系统作为样本，通过风光数据导入HOMER软件模拟生成光伏发电系统预风力全年的输出功率，从该风光并网发电的年出力数据中选取典型日数据来验证本文所提混合储能系统容量配置方法的有效性，典型日具体风光出力净功率和目标输送功率曲线如图2所示，其中Pnet为并网净功率；P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算典型日风光并网发电系统不平衡功率；步骤2、采用FDM将并网系统不平衡功率分解成用不同频段的傅立叶本征带通函数FIBFs表达的功率分量；步骤3、将步骤2中经FDM分解后得到的功率分量，采用最大能量差原则确定低频功率分量和高频功率分量；步骤4、进行功率分配，将高频功率分量分配给超级电容器进行平抑，将低频功率分量分配给蓄电池进行平抑；步骤5、计算所配置超级电容器储能和蓄电池储能的额定功率和容量。

【技术特征摘要】
1.一种基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算典型日风光并网发电系统不平衡功率；步骤2、采用FDM将并网系统不平衡功率分解成用不同频段的傅立叶本征带通函数FIBFs表达的功率分量；步骤3、将步骤2中经FDM分解后得到的功率分量，采用最大能量差原则确定低频功率分量和高频功率分量；步骤4、进行功率分配，将高频功率分量分配给超级电容器进行平抑，将低频功率分量分配给蓄电池进行平抑；步骤5、计算所配置超级电容器储能和蓄电池储能的额定功率和容量。2.根据权利要求1所述的基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法，其特征在于，步骤2中所述采用FDM将并网系统不平衡功率分解的具体过程如下：步骤201：设x[n]是长度为N的离散信号，采用离散傅立叶变换，x[n]改写成：式中：是信号x[n]离散傅立叶变换形式，k＝0,1,…N-1，n＝0,1,…N-1，N为离散信号长度；步骤202：以N是偶数为例，X[0]和X[N/2]表示傅立叶变换的实部，则x[n]写为：式中：是的共轭复数，x[n]是实数，故上式改写成：式中：Re{z1[n]}表示z1[n]的实部；解析信号z1[n]写成：其中：ai[n]和φi[n]为相量和的幅值和相角，Ni为分段间隔，其中：N0＝0且NM＝(N/2-1)；在搜索低频到高频的解析FIBFs过程中，得到：其中：a1[n]为的幅值，a2[n]为的幅值，aM[n]为的幅值，φ1[n]为的相角，φ2[n]为的相角，φM[n]为的相角，N1为离散信号第一分段，N2为离散信号第二分段，NM为离散信号第M分段；通式为：步骤203、令则为了获得最小数目的FIBFs,对每一个i，我们在数N0＝0到NM＝(N/2-1)中寻找最大的Ni使得(Ni-1+1)≤Ni≤(N/2-1)且相位φi[n]是单调递增函数，即满足以下离散瞬时频率表达式：或：并且对于振幅ai[n]≥0，i＝1,···,M，其中ωi[n]为n时的离散的瞬时速率，φi[n-1]为n-1时的相位，φi[n+1]为n+1时的相位；步骤204、确定FIBFs分量，由上式所确定的AFIBFs结果，第i个FIBFs分量yi需要满足下面的表达式：式中：yi(t)为第i个FIBFs分量，为yi(t)的希尔伯特-黄变换形式，τ为积分中的变量；ai(t)为yi(t)的瞬时幅值，φi(t)为yi(t)的瞬时相位，瞬时频率3.根据权利要求1所述的基于FDM的混合储能系统容量优化配置方法，其特征在于，步骤3中所述采用最大能量差原则确定低频功率分量和高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧海祥，钱则玉，任佳琦，王苗苗，卫志农，孙国强，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32