一种混合储能系统能量协调分配控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种混合储能系统能量协调分配控制方法，属于电工理论与新技术领域。该方法为：四个输入，即锂电池储能单元的充放电状态、荷电状态，超级电容器的荷电状态，以及功率指令即当前的功率需求；两个输出，分别为锂电池和超级电容器储能单元的充放电参考功率；首先对输入变量进行模糊化，确定隶属度函数，将四个输入转化为语言变量，再对四个输入的各种荷电状态组合进行分析，在不同状态下确定能量分配优先级，再以此制定对应的模糊规则，利用语言变量表示所需要的输出，即充放电参考功率值，最后再对输出变量进行解模糊，得到实际参考功率。本发明专利技术降低了充放电深度，从而降低了寿命损耗成本，提高混合储能系统的性能。

A Control Method of Energy Coordination Distribution for Hybrid Energy Storage System

The invention relates to a coordinated energy distribution control method for a hybrid energy storage system, which belongs to the field of electrical theory and new technology. The method is as follows: four inputs, i.e., charging and discharging state of lithium battery energy storage unit, charging state of supercapacitor, and current power requirement of power instruction; two outputs, respectively, are reference power of charging and discharging of lithium battery and supercapacitor energy storage unit; first, the input variables are fuzzified to determine membership function, and the four inputs are converted into words. Speech variables, then analyze the combination of four input states, determine the priority of energy allocation in different states, and then formulate corresponding fuzzy rules, using language variables to express the required output, that is, the reference power value of charge and discharge. Finally, the output variables are deblurred to obtain the actual reference power. The invention reduces the charge and discharge depth, reduces the life loss cost and improves the performance of the hybrid energy storage system.

【技术实现步骤摘要】
一种混合储能系统能量协调分配控制方法
本专利技术属于电工理论与新
，涉及一种混合储能系统能量协调分配控制方法。
技术介绍
微电网中可再生能源发电渗透率逐渐增大会带来弃风、弃光以及电能质量下降等问题。将混合储能系统接入微电网是解决该问题的有效措施。已有研究通过低通滤波分配策略解决了能量分配的基本问题，但未考虑系统在不同的荷电状态组合下能量分配的优先级，对能量进行合理分配。目前针对混合储能系统内部功率能量协调分配问题的研究尚处于理论分析阶段，在实际工程中应用较少，存在的问题是没有对充放电优先级在不同工作状态下做出明确的分析。通过对混合储能系统的能量协调分配问题进行研究，提出计及混合储能系统不同荷电状态的能量优先分配准则，以此来制定混合储能系统能量模糊协调分配方法，实现对功率指令的合理分配，最终提高混合储能系统的整体性能，进一步降低微电网的运行成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种混合储能系统能量协调分配控制方法，结合模糊控制理论，通过模糊控制器实现该能量协调分配方法；利用模糊控制器编程实现对功率指令的调整，实现能量的协调分配，提高系统整体性能，降低蓄电池充放电次数，节约系统运行成本。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种混合储能系统能量协调分配控制方法，该方法为：四个输入，即锂电池储能单元的充放电状态、荷电状态，超级电容器的荷电状态，以及功率指令即当前的功率需求；两个输出，分别为锂电池和超级电容器储能单元的充放电参考功率；首先对输入变量进行模糊化，确定隶属度函数，将四个输入转化为语言变量，再对四个输入的各种荷电状态组合进行分析，在不同状态下确定能量分配优先级，再以此制定对应的模糊规则，利用语言变量表示所需要的输出，即充放电参考功率值，最后再对输出变量进行解模糊，得到实际参考功率。进一步，该方法具体为：采用三角函数对输入、输出进行模糊化；锂电池的荷电状态(SOCbat)论域为[0，1]，采样值量化为三个等级{L，M，H}，各级三角函数隶属度函数中值为{0.2，0.5，0.8}；超级电容器的荷电状态(SOCuc)论域为[0，1]，采样值量化为三个等级{L，M，H}，各级三角函数隶属度函数中值为{0.1，0.5，0.9}；功率需求(Pdemand)的论域为[-1，1]，采样值量化为五个等级{NB，NS，ZO，PS，PB}，各级三角函数隶属度函数中值为{-1，-0.5，0，0.5，1}；超级电容器、锂电池的参考输出功率指令(Pout1,Pout2)论域为[-1，1]，采样值量化为五个等级{NB，NS，ZO，PS，PB}，各级三角函数隶属度函数中值为{-1，-0.5，0，0.5，1}；其中NB、NS、ZO、PS、PB分别表示负大，负中、零、正中、正大，L、M、H分别表示荷电状态处于较低、中间、较高水平。进一步，所述在不同状态下确定能量分配优先级的原则确定如下：①协调状态；这种状态下，系统的协调裕量最大，其他状态尽量通过修正功率指令的方式转换到此状态；②中间状态；此状态下超级电容器、锂电池的荷电状态都处于中间值，超级电容器的响应能力强，将超级电容器的能量分配优先级设置为高；③次协调状态；满足两种功率需求，这种状态通过正确设置能量分配优先级向协调状态过渡；根据荷电状态的不同分为充电有利状态与放电有利状态；④过充过放保护状态；这种状态下，锂电池或者超级电容器均达到上限或者下限，不能再进行充电、放电，不能满足功率指令的需求，需要把锂电池和超级电容器的充放电功率强制置零；⑤锂电池充电、放电需转换的状态；这种状态下，超级电容器的荷电状态到了上限或者下限，不能再进行充电或者放电，需要对锂电池充、放电状态进行转换；这样的状态分为两类，一类是由于超级电容器的荷电状态达到上限或者下限，不能进行放电或者充电时，而功率需求又是放电或者充电，此时不得不转换锂电池的充放电状态，这时锂电池的能量分配优先级设置为高；另一类是超级电容器荷电状态适中或者较高，能够进行放电或者充电，若改变锂电池的充放电状态，系统的裕量会增加；这种情况下就根据功率需求的大小来设置超级电容器和锂电池的能量分配优先级：功率需求较大时优先使用超级电容器，功率需求较小时优先使用锂电池。进一步，所述对输出变量进行解模糊具体为：基于每一语言变量j的最大值Yj的解模糊化公式为其中，Yi为输出变量，μRESULT,TEMj为输出结果每一量化等级对应的隶属度，Yj为量化等级对应的隶属度中值；对语言变量的权重进行加权平均求和后，即得到输出的实际值；利用Simulink中的模糊控制设计工具完成输入、输出变量隶属度函数的编辑后，录入模糊规则，再编程对模糊控制器进行调用，结合混合储能系统稳态分析模型对功率指令进行修正。本专利技术的有益效果在于：在已有研究的基础上，进行混合储能系统能量、功率分配策略的讨论，基于混合储能系统各部分的荷电状态对能量优先分配问题进行了详细分析，确定了各工作状态下的能量分配优先级，制定能量协调分配方法。结合模糊控制理论，将能量协调分配方法包含于模糊规则中制定模糊控制器，从模糊规则输出-输入曲面的平缓、光滑度来看，该模糊控制器满足设计要求。基于混合储能系统稳态分析模型，结合过冲、过放保护条件与包含能量协调分配方法的模糊控制器编程实现可对混合储能系统功率指令的修正，可使混合储能系统能根据各工作状态的不同，采用合理的能量分配优先级实现功率、能量协调分配。由MATLAB/Simulink的仿真实验结果可知，该能量协调分配方法实现了混合储能系统内部能量与功率协调分配的目的，降低了充放电深度，从而降低了寿命损耗成本，最终实现延长锂电池运行寿命，提高混合储能系统的性能。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为混合储能系统协调分配方法实现框图；图2为各输入输出变量的隶属度函数；图3为工作状态分析示意图；(a)为次协调状态；(b)为协调状态；(c)为中间状态；(d)为过充过放保护状态；(e)为锂电池充电、放电需转换的状态；图4为输出-输入曲面；图5为能量协调分配流程图；图6为混合储能系统SOC配合；(a)为使用低通滤波策略得到的计算结果，图6(b)为使用能量协调分配方法得到的计算结果；图7为功率指令方案对比；图7(a)为锂电池的功率指令，图7(b)为超级电容器的功率指令；图8为荷电状态方案对比；(a)为方案一的荷电状态对比，(b)为方案二的荷电状态对比。图9为SOC分布图；(a)为锂电池的荷电状态分布密度，(b)为超级电容器的荷电状态分布密度。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1是混合储能系统能量协调分配方法框图，有四个输入，即锂电池储能单元的充放电状态、荷电状态，超级电容器的荷电状态，以及功率指令即当前的功率需求。输出有两个，分别为锂电池和超级电容器储能单元的充放电参考功率。首先对输入变量进行模糊化，确定隶属度函数，将四个输入转化为语言变量，再对四个输入的各种荷电状态组合进行分析，在不同状态下确定能量分配优先级，再以此制定对应的模糊规则，利用语言变量表示所需要的输出，即充放电参考功率值，最后再对输出变量进行解模糊，得到实际参考功率。采用三角函数对输入、输出进行模糊化，锂电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合储能系统能量协调分配控制方法，其特征在于：该方法为：四个输入，即锂电池储能单元的充放电状态、荷电状态，超级电容器的荷电状态，以及功率指令即当前的功率需求；两个输出，分别为锂电池和超级电容器储能单元的充放电参考功率；首先对输入变量进行模糊化，确定隶属度函数，将四个输入转化为语言变量，再对四个输入的各种荷电状态组合进行分析，在不同状态下确定能量分配优先级，再以此制定对应的模糊规则，利用语言变量表示所需要的输出，即充放电参考功率值，最后再对输出变量进行解模糊，得到实际参考功率。

【技术特征摘要】
1.一种混合储能系统能量协调分配控制方法，其特征在于：该方法为：四个输入，即锂电池储能单元的充放电状态、荷电状态，超级电容器的荷电状态，以及功率指令即当前的功率需求；两个输出，分别为锂电池和超级电容器储能单元的充放电参考功率；首先对输入变量进行模糊化，确定隶属度函数，将四个输入转化为语言变量，再对四个输入的各种荷电状态组合进行分析，在不同状态下确定能量分配优先级，再以此制定对应的模糊规则，利用语言变量表示所需要的输出，即充放电参考功率值，最后再对输出变量进行解模糊，得到实际参考功率。2.根据权利要求1所述的一种混合储能系统能量协调分配控制方法，其特征在于：该方法具体为：采用三角函数对输入、输出进行模糊化；锂电池的荷电状态(SOCbat)论域为[0，1]，采样值量化为三个等级{L，M，H}，各级三角函数隶属度函数中值为{0.2，0.5，0.8}；超级电容器的荷电状态(SOCuc)论域为[0，1]，采样值量化为三个等级{L，M，H}，各级三角函数隶属度函数中值为{0.1，0.5，0.9}；功率需求(Pdemand)的论域为[-1，1]，采样值量化为五个等级{NB，NS，ZO，PS，PB}，各级三角函数隶属度函数中值为{-1，-0.5，0，0.5，1}；超级电容器、锂电池的参考输出功率指令(Pout1,Pout2)论域为[-1，1]，采样值量化为五个等级{NB，NS，ZO，PS，PB}，各级三角函数隶属度函数中值为{-1，-0.5，0，0.5，1}；其中NB、NS、ZO、PS、PB分别表示负大，负中、零、正中、正大，L、M、H分别表示荷电状态处于较低、中间、较高水平。3.根据权利要求1所述的一种混合储能系统能量协调分配控制方法，其特征在于：所述在不同状态下确定能量分配优先级的原则确定如下：①协调状态；这种状态下，系统的协...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春燕，余长青，赵溶生，陈骁，蔡文悦，张谦，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50