一种基于双目标协同控制的混合储能系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及混合储能系统功率控制技术，尤其涉及一种基于双目标协同控制的混合储能系统及控制方法。功率响应模块采用电池容量和

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目标协同控制的混合储能系统及控制方法
本专利技术属于混合储能系统功率控制
，尤其涉及一种基于双目标协同控制的混合储能系统及控制方法。
技术介绍
随着综合能源系统的发展，储能系统在电力辅助服务市场中的优化配置具有重要价值。传统的单一电池储能系统灵活性有限，且频繁的充放电加剧了电池的衰减，导致系统收益下降。近年来，混合储能系统得到了广泛应用，其同时包含大容量、低寿命的能量型储能和具有快速响应特性、高寿命的功率型储能，为储能灵活参与电力辅助服务提供了可能。目前国内外已有混合储能系统用于为电网提供服务的相关研究。控制直流母线电压及优化储能设备荷电状态(StateofCharge,SOC)的分层协调控制策略能够实现储能系统功率平衡，优化混合储能系统性能，有效平抑直流母线电压波动。完整的混合储能系统应用框架能够根据其提供调频服务的经济性完成对系统的优化设计。虽然通过对混合储能系统输出功率进行控制能够实现系统优化，但是控制输出功率的过程中会降低系统对服务信号的响应准确性，降低了系统的收益能力。因此，如何在保证系统响应特性的基础上开展系统优化仍有待研究。此外，现阶段在考虑混合储能系统提供服务带来的寿命损失时，未能综合考虑其对功率的响应能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于双目标协同控制的混合储能系统及其功率控制策略。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于双目标协同控制的混合储能系统，包括功率响应模块、功率分配模块与服务收益计算模块；功率分配模块通过功率变换器对超级电容与电池进行独立控制，功率响应模块用于确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力，服务收益计算模块用于评估T时刻提供服务的经济收益与电池寿命衰减损失成本之间的关系。基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、功率响应模块采用电池容量和T时刻电池SOC来确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力；在控制电池输出功率的PI控制中引入两个比例系数C1和C2用于平衡寿命衰减与服务评分的效果；步骤2、功率分配模块通过功率变换器对超级电容与电池进行独立控制；功率响应模块接收服务信号s通过功率分配模块分配给电池和超级电容；步骤3、服务收益计算模块评估T时刻提供服务带来的经济收益Q与电池寿命衰减损失成本Closs之间的关系k。在上述的基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法中，步骤1的实现包括：每一固定间隔的时间段，混合储能系统根据发电量与负荷的供需关系向混合储能系统给出服务信号s∈[-1,1]，s通过功率分配模块分配给电池和超级电容；采用电池容量和T时刻电池SOC来确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力R；其中，Pd和Pc分别是系统该时刻的最大放电与充电功率，E为该时刻电池内储存的能量，由电池SOC计算得到，C为电池标称容量，a，b分别是放电与充电效率因数；控制电池输出功率的PI控制引入两个比例系数C1和C2用于平衡寿命衰减与服务评分的效果。在上述的基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法中，步骤2的实现包括：系统根据发电量与负荷的供需关系向混合储能系统给出的服务信号s∈[-1,1]，通过功率分配模块分配给电池和超级电容。在上述的基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法中，步骤3的实现包括：服务收益计算模块用于评估其在T时刻提供服务所带来的经济收益Q与电池寿命衰减损失成本Closs之间的关系k；其中，N是服务价格，R是系统最大功率，PS是系统功率响应分数，M是系统单位投资成本，L为系统寿命衰减量。本专利技术的有益效果：通过对混合储能系统输出功率进行控制以实现系统优化，同时针对控制输出功率的过程中会降低系统对服务信号响应的准确性，从而降低系统收益能力的问题，使用基于双目标协同控制的混合储能系统性能优化策略，在控制电池输出功率的PI控制中引入两个比例系数C1和C2，以优化储能寿命与优化系统响应特性为目标，完成混合储能系统提供服务时的优化配置，实现了在保证系统响应特性的基础上开展系统优化，为混合储能系统的设计与运行提供了更好的指导。在保证混合储能系统SOC处于合理范围以获取低寿命损耗的基础上，获得更高的功率服务打分，实现混合储能系统提供服务时的优化配置，提升混合储能系统的综合经济性。附图说明图1为本专利技术一个实施例的混合储能系统运行框架；图2为本专利技术一个实施例的双目标协调控制策略流程图；图3为本专利技术一个实施例的混合储能系统功率分配模块被动型拓扑；图4为本专利技术一个实施例的电池SOC控制对比效果；图5为本专利技术一个实施例的输出功率对比效果；图6为本专利技术一个实施例的功率响应评分对比效果；图7为本专利技术一个实施例的不同控制方式下混合储能系统5天内收益与寿命损失对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例通过以下技术方案来实现，一种基于双目标协同控制的混合储能系统，其运行框架包括功率响应模块、功率分配模块与服务收益计算模块。一种基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法，包括功率响应模块采用电池容量和T时刻电池SOC来确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力。功率分配模块为主动型混合储能系统，通过功率变换器对超级电容与电池进行独立控制。服务收益计算模块评估T时刻提供服务带来的经济收益Q与电池寿命衰减损失成本Closs之间的关系。通过设置合理的比例系数使得混合储能系统减小寿命损耗，在保证系统SOC处于合理范围以获取低寿命损耗的基础上，获得更高的功率服务打分，提升系统的综合经济性。并且，功率响应模块，控制电池输出功率的PI控制引入了两个比例系数C1和C2用于平衡寿命衰减与服务评分的效果。并且，功率分配模块，将系统根据发电量与负荷的供需关系向混合储能系统给出的服务信号s∈[-1,1]，通过功率分配模块分配给电池和超级电容。并且，服务收益计算模块，评估其在T时刻提供服务带来的经济收益Q由服务价格N、系统最大功率R、系统功率响应分数PS决定；电池寿命衰减损失成本Closs由系统单位投资成本M和系统寿命衰减量L决定，如式(1)所示。具体实施时，如图1所示，一种基于双目标协同控制的混合储能系统，混合储能系统运行框架包括功率响应模块、功率分配模块与服务收益计算模块。功率响应模块中，在每一固定间隔的时间段，系统将根据发电量与负荷的供需关系向混合储能系统给出服务信号s∈[-1,1]，s通过功率分配模块分配给电池和超级电容。该信号代表了T时刻混合储能系统出力占其最大功率响应能力的比例。由于在混合储能系统中，超级电容占比较低，因此决定系统最大功率响应能力的主要是电池，且超级电容主要用于平抑瞬变的功率分量，因此采用电池容量和T时刻电池SOC来确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力R，如式(2′)所示。其中，Pd和Pc分别是系统该时刻的最大放电与充电功率，E为该时刻电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目标协同控制的混合储能系统，其特征是，包括功率响应模块、功率分配模块与服务收益计算模块；功率分配模块通过功率变换器对超级电容与电池进行独立控制，功率响应模块用于确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力，服务收益计算模块用于评估T时刻提供服务的经济收益与电池寿命衰减损失成本之间的关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双目标协同控制的混合储能系统，其特征是，包括功率响应模块、功率分配模块与服务收益计算模块；功率分配模块通过功率变换器对超级电容与电池进行独立控制，功率响应模块用于确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力，服务收益计算模块用于评估T时刻提供服务的经济收益与电池寿命衰减损失成本之间的关系。


2.如权利要求1所述的基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、功率响应模块采用电池容量和T时刻电池SOC来确定混合储能系统T时刻的最大功率响应能力；在控制电池输出功率的PI控制中引入两个比例系数C1和C2用于平衡寿命衰减与服务评分的效果；
步骤2、功率分配模块通过功率变换器对超级电容与电池进行独立控制；功率响应模块接收服务信号s通过功率分配模块分配给电池和超级电容；
步骤3、服务收益计算模块评估T时刻提供服务带来的经济收益Q与电池寿命衰减损失成本Closs之间的关系k。


3.如权利要求2所述的基于双目标协同控制的混合储能系统的控制方法，其特征是，步骤1的实现包括：每一固定间隔的时间段，混合储能系统根据发电量与负荷的供需...

【专利技术属性】
技术研发人员：金仁云，邱海锋，范华，翁利国，余彬，陈杰，
申请(专利权)人：浙江中新电力工程建设有限公司自动化分公司，国网浙江杭州市萧山区供电有限公司，浙江中新电力工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33