一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法及系统。该方法包括确定直流微电网能量流动结构模型各个模块的功率与直流母线的功率的平衡关系；根据平衡关系确定混合储能模块的平衡功率；对平衡功率进行HHT分解，确定功率分配结果；对超级电容与蓄电池进行SOC估算，确定估算结果；根据估算结果和过充过放保护规则调整功率分配结果，确定调整后的功率分配结果；将调整后的功率分配结果输入双向Buck/Boost变换器实现对蓄电池和超级电容输出功率的平衡控制。本发明专利技术能够充分发挥混合储能设备优势，降低混合储能设备使用成本，防止混合储能设备过充过放，在安全、高效的前提下实现直流微网能量平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法及系统
本专利技术涉及电力系统直流输电领域，特别是涉及一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法及系统。
技术介绍
目前，随着可再生能源利用的逐步发展，如何挖掘分布式能源的价值与效益并加以运用成为了研究热点方向。微电网的概念被提出，其优势在于既可以并网运行也可以离网独立运行。其中，直流微电网因为电能变换环节少、电能质量高、能量控制方便在低压配电网中运用广泛。由于风能、太阳能等新能源具有较强的波动性与间歇性，在直流微电网与大电网脱离运行时，微电网自身难以维持稳定的母线电压，因此会加入储能装置以实现微电网的能量平衡从而维持母线电压稳定。其中，混合储能设备包含超级电容与蓄电池两种储能装置，超级电容响应频率高、功率密度大、蓄电池响应频率低、能量密度高，二者结合能较为全面的满足微电网对储能装置的需求。储能设备通过该释放或吸收功率以实现微电网能量平衡。目前为了实现混合储能设备高效运行，主要通过将需要平衡的功率分解为高频与低频两种功率信号，其中，高频功率由超级电容承担，低频由蓄电池承担。并由各自的功率变换器以实现功率控制方法。这种控制方法能充分发挥蓄电池和超级电容各自优势，目前已应用一些示范项目。目前的控制方法中一阶滤波器采用常时间系数进行功率信号分解，只考虑到微电网与储能设备的特性，没有考虑到蓄电池或超级电容的SOC(荷电状态)。这是衡量其工作状态的重要参数，在一定范围外储能设备将无法正常工作。所以这种控制方法将导致混合储能设备处于非正常SOC工作区工作，储能设备使用寿命大大降低。进一步可能会使储能设备处于过充过放工作状态，降低储能设备使用安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法及系统，以解决在进行微电网能量平衡控制时，因未考虑混合储能SOC而导致储能设备过充过放，使用寿命大大降低，使用安全性无法保障等问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法，包括：建立直流微电网能量流动结构模型；所述直流微电网能量流动结构模型包括流负载模块、混合储能模块和新能源发电设备模块；所述流负载模块、所述混合储能模块和所述新能源发电设备模块的输出端均并联于直流母线上，直流母线的终端通过网侧交换器与公共电网连接；所述混合储能模块包括蓄电池和超级电容；根据所述直流微电网能量流动结构模型确定所述直流微电网能量流动结构模型各个模块的功率与所述直流母线的功率的平衡关系；根据所述平衡关系确定所述混合储能模块的平衡功率；对所述混合储能模块的平衡功率进行希尔伯特—黄HHT分解，确定功率分配结果；所述功率分配结果包括所述蓄电池的分配的参考功率和所述超级电容分配的参考功率；对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果；根据所述估算结果和过充过放保护规则调整所述功率分配结果，确定调整后的功率分配结果；将所述调整后的功率分配结果输入双向Buck/Boost变换器，并返回所述根据所述平衡关系确定所述混合储能模块平衡的功率的步骤，直至实现对所述蓄电池和所述超级电容输出功率的平衡控制；所述双向Buck/Boost变换器用于所述蓄电池和所述超级电容充放电的功率双向流动控制。可选的，所述对所述混合储能模块的平衡功率进行希尔伯特—黄HHT分解，确定功率分配结果，具体包括：将所述混合储能模块的平衡功率作为时域量进行经验模式分解，得到经验模式分解后的平衡功率；对所述经验模式分解后的平衡功率进行希尔伯特变换Hilbert变换，得到Hilbert变换后的平衡功率；根据所述经验模式分解后的平衡功率和所述Hilbert变换后的平衡功率确定复频域解析信号；根据所述复频域解析信号确定瞬时频率；对所述瞬时频率进行最小二乘拟合确定一阶滤波器滤波时间常数初值；根据所述一阶滤波器滤波时间常数初值确定一阶滤波器；利用所述一阶滤波器确定所述功率分配结果。可选的，所述对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果，具体包括：采用扩展卡尔曼滤波EKF的方式对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果。可选的，所述根据所述估算结果和过充过放保护规则调整所述功率分配结果，确定调整后的功率分配结果，具体包括：对所述超级电容与蓄电池进行SOC分区，得到分区示意图；将所述估算结果与所述分区示意图进行对比，得到对比结果；根据所述对比结果进行所述功率分配结果的第一次调整；根据所述过充过放保护规则对所述第一次调整后的功率分配结果进行第二次调整，得到调整后的功率分配结果。一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制系统，包括：直流微电网能量流动结构模型建立模块，用于建立直流微电网能量流动结构模型；所述直流微电网能量流动结构模型包括流负载模块、混合储能模块和新能源发电设备模块；所述流负载模块、所述混合储能模块和所述新能源发电设备模块的输出端均并联于直流母线上，直流母线的终端通过网侧交换器与公共电网连接；所述混合储能模块包括蓄电池和超级电容；平衡关系确定模块，用于根据所述直流微电网能量流动结构模型确定所述直流微电网能量流动结构模型各个模块的功率与所述直流母线的功率的平衡关系；平衡功率确定模块，用于根据所述平衡关系确定所述混合储能模块的平衡功率；功率分配结果确定模块，用于对所述混合储能模块的平衡功率进行希尔伯特—黄HHT分解，确定功率分配结果；所述功率分配结果包括所述蓄电池的分配的参考功率和所述超级电容分配的参考功率；估算结果确定模块，用于对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果；调整后的功率分配结果确定模块，用于根据所述估算结果和过充过放保护规则调整所述功率分配结果，确定调整后的功率分配结果；平衡控制模块，用于将所述调整后的功率分配结果输入双向Buck/Boost变换器，并返回所述根据所述平衡关系确定所述混合储能模块平衡的功率的步骤，直至实现对所述蓄电池和所述超级电容输出功率的平衡控制；所述双向Buck/Boost变换器用于所述蓄电池和所述超级电容充放电的功率双向流动控制。可选的，所述功率分配结果确定模块具体包括：经验模式分解后的平衡功率确定单元，用于将所述混合储能模块的平衡功率作为时域量进行经验模式分解，得到经验模式分解后的平衡功率；Hilbert变换后的平衡功率确定单元，用于对所述经验模式分解后的平衡功率进行希尔伯特变换Hilbert变换，得到Hilbert变换后的平衡功率；复频域解析信号确定单元，用于根据所述经验模式分解后的平衡功率和所述Hilbert变换后的平衡功率确定复频域解析信号；瞬时频率确定单元，用于根据所述复频域解析信号确定瞬时频率；一阶滤波器滤波时间常数初值确定单元，用于对所述瞬时频率进行最小二乘拟合确定一阶滤波器滤波时间常数初值；一阶滤波器确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法，其特征在于，包括：/n建立直流微电网能量流动结构模型；所述直流微电网能量流动结构模型包括流负载模块、混合储能模块和新能源发电设备模块；所述流负载模块、所述混合储能模块和所述新能源发电设备模块的输出端均并联于直流母线上，直流母线的终端通过网侧交换器与公共电网连接；所述混合储能模块包括蓄电池和超级电容；/n根据所述直流微电网能量流动结构模型确定所述直流微电网能量流动结构模型各个模块的功率与所述直流母线的功率的平衡关系；/n根据所述平衡关系确定所述混合储能模块的平衡功率；/n对所述混合储能模块的平衡功率进行希尔伯特—黄HHT分解，确定功率分配结果；所述功率分配结果包括所述蓄电池的分配的参考功率和所述超级电容分配的参考功率；/n对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果；/n根据所述估算结果和过充过放保护规则调整所述功率分配结果，确定调整后的功率分配结果；/n将所述调整后的功率分配结果输入双向Buck/Boost变换器，并返回所述根据所述平衡关系确定所述混合储能模块平衡的功率的步骤，直至实现对所述蓄电池和所述超级电容输出功率的平衡控制；所述双向Buck/Boost变换器用于所述蓄电池和所述超级电容充放电的功率双向流动控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法，其特征在于，包括：
建立直流微电网能量流动结构模型；所述直流微电网能量流动结构模型包括流负载模块、混合储能模块和新能源发电设备模块；所述流负载模块、所述混合储能模块和所述新能源发电设备模块的输出端均并联于直流母线上，直流母线的终端通过网侧交换器与公共电网连接；所述混合储能模块包括蓄电池和超级电容；
根据所述直流微电网能量流动结构模型确定所述直流微电网能量流动结构模型各个模块的功率与所述直流母线的功率的平衡关系；
根据所述平衡关系确定所述混合储能模块的平衡功率；
对所述混合储能模块的平衡功率进行希尔伯特—黄HHT分解，确定功率分配结果；所述功率分配结果包括所述蓄电池的分配的参考功率和所述超级电容分配的参考功率；
对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果；
根据所述估算结果和过充过放保护规则调整所述功率分配结果，确定调整后的功率分配结果；
将所述调整后的功率分配结果输入双向Buck/Boost变换器，并返回所述根据所述平衡关系确定所述混合储能模块平衡的功率的步骤，直至实现对所述蓄电池和所述超级电容输出功率的平衡控制；所述双向Buck/Boost变换器用于所述蓄电池和所述超级电容充放电的功率双向流动控制。


2.根据权利要求1所述的一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法，其特征在于，所述对所述混合储能模块的平衡功率进行希尔伯特—黄HHT分解，确定功率分配结果，具体包括：
将所述混合储能模块的平衡功率作为时域量进行经验模式分解，得到经验模式分解后的平衡功率；
对所述经验模式分解后的平衡功率进行希尔伯特变换Hilbert变换，得到Hilbert变换后的平衡功率；
根据所述经验模式分解后的平衡功率和所述Hilbert变换后的平衡功率确定复频域解析信号；
根据所述复频域解析信号确定瞬时频率；
对所述瞬时频率进行最小二乘拟合确定一阶滤波器滤波时间常数初值；
根据所述一阶滤波器滤波时间常数初值确定一阶滤波器；
利用所述一阶滤波器确定所述功率分配结果。


3.根据权利要求1所述的一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法，其特征在于，所述对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果，具体包括：
采用扩展卡尔曼滤波EKF的方式对所述超级电容与蓄电池进行荷电状态SOC估算，确定估算结果。


4.根据权利要求1所述的一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制方法，其特征在于，所述根据所述估算结果和过充过放保护规则调整所述功率分配结果，确定调整后的功率分配结果，具体包括：
对所述超级电容与蓄电池进行SOC分区，得到分区示意图；
将所述估算结果与所述分区示意图进行对比，得到对比结果；
根据所述对比结果进行所述功率分配结果的第一次调整；
根据所述过充过放保护规则对所述第一次调整后的功率分配结果进行第二次调整，得到调整后的功率分配结果。


5.一种基于混合储能的直流微网能量平衡控制系统，其特征在于，包括：
直流微电网能量流动结构模型建立模块，用于建立直流微电网能量流动结构模型；所述直流微电网能量流动结构模型包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君瑞，王闯，周静超，向上，高峰，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64