一种混合储能系统及其控制方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了一种新型混合储能系统及其控制方法，所述系统包括光伏部件、电池、超级电容器、第一电感、第二电感、第三电感、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、直流侧滤波电容和直流侧负载电阻，光伏部件通过控制第一开关的通断控制光伏输出功率的大小，功率单向传输；电池通过第二开关和第三开关来调节功率的输出和输入，开关管上的反并联二极管起续流作用，功率双向传输；超级电容器通过第四开关Sw

【技术实现步骤摘要】
一种混合储能系统及其控制方法、系统
本专利技术涉及一种混合储能系统(HESS)及其控制方法、系统，属于电力系统控制领域。
技术介绍
由于可再生能源的自然属性和系统负荷需求的不确定性，可再生能源发电系统具有负荷需求不确定性和可再生能源发电随机性等问题，需要储能系统配合解决。但由于储能类型的不同，其特性也各不相同，铅酸电池的使用寿命长，但是由于能量密度高而功率密度低，其充电/放电速率较低。超级电容器(SC)通过静电荷存储能量，与电池相比，具有较高的功率密度，较低的能量密度，充电/放电率较高，但电池的使用寿命短。因此，利用混合储能，将多种形式的储能集成为一个整体，可以提高储能装置的性能。现有的混合储能控制方式主要是集中式控制和分散式控制两种控制。但多数是考虑储能的单一效益，无法同时兼顾混合储能的多方特性优势，因此，需要设计一种混合储能系统的控制方法，在兼顾储能经济效益的同时考虑储能的运行寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混合储能系统及其控制方法、系统。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种新型混合储能系统，包括光伏部件、电池、超级电容器、第一电感、第二电感、第三电感、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、直流侧滤波电容和直流侧负载电阻，其中第二开关、第三开关、第四开关、第五开关均反向并联一个二极管，第一开关的集电极通过第一电感连接到光伏部件的正极，通过二极管连接直流电容的负极，第一开关的发射极连接到光伏部件的负极，以及直流电容的正极，第二开关的发射极连接第三开关的集电极，第二开关的发射极和第三开关的集电极的连接点接第二电感，通过第二电感连接电池的正极，第三开关的发射极连接到电池的负极，第四开关的发射极连接第五开关的集电极，第四开关的发射极和第五开关的集电极的连接点接第三电感，通过第三电感连接到超级电容的正极，第五开关发射极连接到超级电容的负极，第二开关和第四开关的集电极的连接点接直流电容的正极，第三开关和第五开关的发射极的连接点接直流电容的负极，直流侧负载电阻的正极连接直流电容的正极，直流侧负载电阻的负极连接直流电容的负极。进一步的，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关采用IGBT开关管。一种新型混合储能系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1，将直流电网电压与参考电压进行比较，并对误差进行PI控制，生成总电流参考值；步骤2，对总电流参考值的低频分量进行速率限制，生成电池的参考电流，将电池的参考电流与实际电池电流进行比较，并对误差进行PI控制，生成电池开关控制信号的占空比，通过脉冲宽度调制发生器生成控制第二、三开关通断的脉冲信号；步骤3，根据总电流的参考值的高频分量、电池的参考电流与实际电池电流的误差，计算未补偿的电池功率，进而确定超级电容器的参考电流；步骤4，将超级电容器的参考电流与实际SC电流进行比较，并对误差进行PI控制，生成超级电容器控制信号的占空比，通过脉冲宽度调制发生器生成控制第四、五开关通断的脉冲信号。进一步的，总电流参考值Itot-ref的低频分量ILFC-ref为：ILFC-ref＝fLPF(Itot_ref)(1)其中fLPF(.)是低通滤波器的函数。低频分量经过速率限制，生成电池的参考电流IB-ref为：IB-ref＝fRL(ILFC_ref)(2)其中，fRL是速率函数。进一步的，步骤3中，总电流的参考值Itot-ref的高频分量IHFC-ref为：IHFC-ref＝Itot-ref-IB-ref(3)其中IB-ref是电池的参考电流；未补偿的电池功率为：PB-uncomp＝(IHFC-ref+IB-err)*VB(4)其中VB是电池电压，IB-err为电池的参考电流IB-ref与实际电池电流IB的误差；超级电容器的参考电流IS_ref为：其中VS是SC电压。一种新型混合储能系统的控制系统，包括：总电流参考值生成模块，用于将直流电网电压与参考电压进行比较，并对误差进行PI控制，生成总电流参考值；电池控制模块，用于对总电流参考值的低频分量进行速率限制，生成电池的参考电流，将电池的参考电流与实际电池电流进行比较，并对误差进行PI控制，生成电池开关控制信号的占空比，通过脉冲宽度调制发生器生成控制第二、三开关通断的脉冲信号；超级电容器参考电流生成模块，用于根据总电流的参考值的高频分量、电池的参考电流与实际电池电流的误差，计算未补偿的电池功率，进而确定超级电容器的参考电流；超级电容器控制模块，用于将超级电容器的参考电流与实际SC电流进行比较，并对误差进行PI控制，生成超级电容器控制信号的占空比，通过脉冲宽度调制发生器生成控制第四、五开关通断的脉冲信号。进一步的，所述电池控制模块中，总电流参考值Itot-ref的低频分量ILFC-ref为：ILFC-ref＝fLPF(Itot_ref)(1)其中fLPF(.)是低通滤波器的函数。低频分量经过速率限制，生成电池的参考电流IB-ref为：IB-ref＝fRL(ILFC_ref)(2)其中，fRL是速率函数。进一步的，所述超级电容器参考电流生成模块中，总电流的参考值Itot-ref的高频分量IHFC-ref为：IHFC-ref＝Itot-ref-IB-ref(3)其中IB-ref是电池的参考电流；未补偿的电池功率为：PB-uncomp＝(IHFC-ref+IB-err)*VB(4)其中VB是电池电压，IB-err为电池的参考电流IB-ref与实际电池电流IB的误差；超级电容器的参考电流IS_ref为：其中VS是SC电压。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：步骤1，将直流电网电压与参考电压进行比较，并对误差进行PI控制，生成总电流参考值；步骤2，对总电流参考值的低频分量进行速率限制，生成电池的参考电流，将电池的参考电流与实际电池电流进行比较，并对误差进行PI控制，生成电池开关控制信号的占空比，通过脉冲宽度调制发生器生成控制第二、三开关通断的脉冲信号；步骤3，根据总电流的参考值的高频分量、电池的参考电流与实际电池电流的误差，计算未补偿的电池功率，进而确定超级电容器的参考电流；步骤4，将超级电容器的参考电流与实际SC电流进行比较，并对误差进行PI控制，生成超级电容器控制信号的占空比，通过脉冲宽度调制发生器生成控制第四、五开关通断的脉冲信号。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：步骤1，将直流电网电压与参考电压进行比较，并对误差进行PI控制，生成总电流参考值；步骤2，对总电流参考值的低频分量进行速率限制，生成电池的参考电流，将电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型混合储能系统，其特征在于，包括光伏部件、电池、超级电容器、第一电感(L

【技术特征摘要】
1.一种新型混合储能系统，其特征在于，包括光伏部件、电池、超级电容器、第一电感(Lpv)、第二电感(LB)、第三电感(LS)、第一开关(Sw1)、第二开关(Sw2)、第三开关(Sw3)、第四开关(Sw4)、第五开关(Sw5)、直流侧滤波电容(C)和直流侧负载电阻(R)，其中第二开关(Sw2)、第三开关(Sw3)、第四开关(Sw4)、第五开关(Sw5)均反向并联一个二极管，第一开关(Sw1)的集电极通过第一电感(Lpv)连接到光伏部件的正极，通过二极管连接直流电容(C)的负极，第一开关(Sw1)的发射极连接到光伏部件的负极，以及直流电容(C)的正极，第二开关(Sw2)的发射极连接第三开关(Sw3)的集电极，第二开关(Sw2)的发射极和第三开关(Sw3)的集电极的连接点接第二电感(LB)，通过第二电感(LB)连接电池的正极，第三开关(Sw3)的发射极连接到电池的负极，第四开关(Sw4)的发射极连接第五开关(Sw5)的集电极，第四开关(Sw4)的发射极和第五开关(Sw5)的集电极的连接点接第三电感(LS)，通过第三电感(LS)连接到超级电容的正极，第五开关(Sw5)发射极连接到超级电容的负极，第二开关(Sw2)和第四开关(Sw4)的集电极的连接点接直流电容(C)的正极，第三开关(Sw3)和第五开关(Sw5)的发射极的连接点接直流电容(C)的负极，直流侧负载电阻(R)的正极连接直流电容(C)的正极，直流侧负载电阻(R)的负极连接直流电容(C)的负极。


2.根据权利要求1所述的新型混合储能系统，其特征在于，所述第一开关(Sw1)、第二开关(Sw2)、第三开关(Sw3)、第四开关(Sw4)、第五开关(Sw5)采用IGBT开关管。


3.一种新型混合储能系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将直流电网电压(Vo)与参考电压(Vref)进行比较，并对误差进行PI控制，生成总电流参考值(Itot-ref)；
步骤2，对总电流参考值(Itot-ref)的低频分量进行速率限制，生成电池的参考电流，将电池的参考电流(IB-ref)与实际电池电流(IB)进行比较，并对误差进行PI控制，生成电池开关控制信号的占空比(DB)，通过脉冲宽度调制(PWM)发生器生成控制第二、三开关(Sw2和Sw3)通断的脉冲信号；
步骤3，根据总电流的参考值(Itot-ref)的高频分量、电池的参考电流(IB-ref)与实际电池电流(IB)的误差，计算未补偿的电池功率，进而确定超级电容器的参考电流；
步骤4，将超级电容器的参考电流(IS_ref)与实际SC电流(IS)进行比较，并对误差进行PI控制，生成超级电容器控制信号的占空比(DS)，通过脉冲宽度调制(PWM)发生器生成控制第四、五开关(Sw4和Sw5)通断的脉冲信号。


4.根据权利要求3所述的新型混合储能系统的控制方法，其特征在于，步骤2中，总电流参考值Itot-ref的低频分量ILFC-ref为：
ILFC-ref＝fLPF(Itot_ref)(1)
其中fLPF(.)是低通滤波器的函数。
低频分量经过速率限制，生成电池的参考电流IB-ref为：
IB-ref＝fRL(ILFC_ref)(2)
其中，fRL(.)是速率函数。


5.根据权利要求3所述的新型混合储能系统的控制方法，其特征在于，步骤3中，总电流的参考值Itot-ref的高频分量IHFC-ref为：
IHFC-ref＝Itot-ref-IB-ref(3)
其中IB-ref是电池的参考电流；
未补偿的电池功率为：
PB-uncomp＝(IHFC-ref+IB-err)*VB(4)
其中VB是电池电压，IB-err为电池的参考电流IB-ref与实际电池电流IB的误差；
超级电容器的参考电流IS_ref为：



其中VS是SC电压。


6.一种新型混合储能系统的控制系统，其特征在于，包括：
总电流参考值生成模块，用于将直流电网电压(Vo)与参考电压(Vref)进行比较，并对误差进行PI控制，生成总电流参考值(Itot-ref)；
电池控制模块，用于对总电流参考值(Itot-ref)的低频分量进行速...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁正纲，程真何，伏祥运，袁晓冬，朱立位，杜云虎，崔景侠，岳付昌，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32