区间Type-2型模糊推理与二阶巴特沃斯滤波协同控制的复合储能系统技术方案

本发明专利技术公开了区间type

【技术实现步骤摘要】
区间Type
‑
2型模糊推理与二阶巴特沃斯滤波协同控制的复合储能系统


[0001]本专利技术涉及储能领域，特别是Type
‑
2型模糊推理与二阶巴特沃斯滤波协同控制的复合储能系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着新一轮能源革命的蓬勃兴起，以太阳能和风能为代表的可再生能源占有率逐年提高。可再生能源的高渗透率使得电网的稳定性受到挑战，出力不稳定、难以预测的特点使得储能装置的需求日益增大。通过储能装置可以很好地平滑可再生能源发电的波动性，保持系统的功率平衡，提高电网稳定性。储能装置可以分为能量型与功率型，能量型储能装置主要包括铅酸电池、钠离子电池、锂离子电池、液流电池等，功率型储能装置主要包括飞轮储能、超级电容器、锂离子电容器等。其中，能量型储能装置具有能量密度大、储能时间长的优点，但其功率密度小、循环寿命短；功率型储能装置具有能量密度大、响应速度快、循环周期寿命长的优点，但其能量密度小、自放电率高。因此，单一的储能技术目前难以做到同时满足上述所有的优点以适应不同应用模式的需求。一种可行的方法是将两种储能装置进行技术互补，形成混合储能系统以充分发挥两种单一储能方法的优势。在众多复合储能技术中，锂电池和超级电容器的杂交技术在过去的几十年里被广泛研究，成为一种经典的混合储能系统组成模式，同时也是本专利技术中的研究对象。
[0003]针对混合储能系统的研究主要包括两方面：一方面是容量优化配置问题，复合储能系统的容量优化配置问题的目的由目标函数体现，往往围绕经济性、可靠性、波动性进行展开。另一方面是功率分配策略问题，功率指令的实时分配是混合储能系统控制中的首要问题。常用的功率分配策略包括小波分解、经验模态、滑动平均和低通滤波等。其中基于低通滤波的功率分配方法是目前研究最多、使用最广泛的方法，该方法原理简单、计算可靠，但在交接频率处的低频分量易导致超级电容储能的充放电积累。除此之外，基于功率波动性质的分配方法还包括滑动平均滤波、小波分解等，此类方法均对于滤波参数十分敏感，合适的滤波参数是决定这种功率分配方法性能的关键。此外，储能系统的运行参数会随着运行状态发生改变，这种动态过程与固定的滤波参数之间存在固有差距，使得功率分配策略不能很好地发挥混合储能系统的作用。同时，混合储能系统一般用于高可再生能源比例的电网，其出力高不确定性的特性对储能系统的功率分配策略提出了进一步的挑战。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种区间Type
‑
2型模糊动态调节与改进二阶巴特沃斯滤波协同控制的复合储能系统的控制方法。
[0005]一种区间Type
‑
2型模糊动态调节与改进二阶巴特沃斯滤波协同控制的复合储能系统的控制方法，所述复合储能系统包括锂电池模组、超级电容模组和光伏发电系统，所述锂电池模组和超级电容模组分别通过两个双向DC/AC变换器与交流母线相连，所述光伏发
电系统通过光伏逆变器与所述交流母线相连，包括以下步骤：S100：对当前控制周期内的实时功率信号，通过改进二阶巴特沃斯滤波器将低频功率信号和中高频功率信号分离并分别分配给锂电池储能模组和超级电容储能模组作为参考功率；S200：通过各自的保护、功率限制以及下层控制策略后输出实际功率并记录；S300：基于锂电池模组的荷电状态变化率以及超级电容模组的荷电状态来计算模糊处理器的输入，并通过区间type
‑
2型模糊推理更新所述改进二阶巴特沃斯滤波器的滤波参数；S400：进入下一个控制周期并不断循环直至终止，完成对复合储能系统实时功率信号的分频控制，将低频功率信号和中高频功率信号分离并分别分配给锂电池储能模组和超级电容储能模组。
[0006]可选的，所述系统的功率平衡关系为：
[0007]P
Load
‑
P
Grid
＝P
PV
+P
LB
+P
SC
[0008]其中，P
Grid
是母线上的电网出力，P
Load
是负荷功率，P
PV
是光伏发电的功率，P
LB
和P
SC
分别是分配到锂电池模组和超级电容模组的放电功率；所述复合储能系统的参考功率为P
HESS
：
[0009]P
HESS
＝P
Load
‑
P
Grid
‑
P
PV
[0010]将P
HESS
分配给锂电池储能模组和超级电容储能模组；所述改进二阶巴特沃斯滤波器的传递函数H(s)为：
[0011][0012]其中，ω
b
是截止频率，s是微分算子；通过所述改进二阶巴特沃斯滤波器对P
HESS
进行滤波得到其低频波动分量作为锂电池储能模组的功率指令P
LB_ref
，中高频波动分量作为超级电容储能模组的功率指令P
SC_ref
。
[0013]进一步的，所述模糊动态调节采用区间Type
‑
2型模糊推理动态调节系统；模糊推理类型采用Mamdani型，Type
‑
2型模糊集合的交、并、补等操作采用“Zadeh扩展原则”定义的运算过程，采用Karnik
‑
Mendel(K
‑
M)降型方法对Type
‑
2型模糊输出进行降阶，区域重心法(COA)用于去模糊化过程，并基于此计算获得清晰的输出；系统的荷电状态为：
[0014][0015]其中，SOC(t)和SOC(0)分别表示t时刻和初始状态下储能模组的荷电状态，P
out
表示储能模组的输出功率，E
max
和E
min
分别表示储能模组的最大储能电量和最小储能电量；所述超级电容储能模组具有固定的极性，其存储的能量与端电压关系如下：
[0016][0017]其中，E
SC
是超级电容模组存储的能量，C是超级电容模组的等效电容，U
SC
是其两端的端电压；所述超级电容模组的荷电状态为：
[0018][0019]其中，SOC
SC
(t)和U
SC
(t)分别表示超级电容模组在t时刻的荷电状态和端电压，
和分别表示超级电容模组的最大端电压和最小端电压；将SOC
SC
(t)作为模糊推理器的一个输入。
[0020]结合锂电池储能模组的荷电状态的变化率以及超级电容模块的荷电状态来实时分配功率信号。
[0021]所述锂电池储能模组的荷电状态的变化率通过下式计算：
[0022][0023]其中，SOC
′
LB
(t)和SOC
LB
(t)分别表示锂电池储能模组的荷电状态变化率和荷电状态，表示锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区间type
‑
2型模糊动态调节与改进二阶巴特沃斯滤波协同控制的复合储能系统的控制方法，所述复合储能系统包括锂电池模组、超级电容模组和光伏发电系统，所述锂电池模组和超级电容模组分别通过两个双向DC/AC变换器与交流母线相连，所述光伏发电系统通过光伏逆变器与所述交流母线相连，其特征在于，包括以下步骤：S100：对当前控制周期内的实时功率信号，通过改进二阶巴特沃斯滤波器将低频功率信号和中高频功率信号分离并分别分配给锂电池储能模组和超级电容储能模组作为参考功率；S200：通过各自的保护、功率限制以及下层控制策略后输出实际功率并记录；S300：基于锂电池模组的荷电状态变化率以及超级电容模组的荷电状态来计算模糊处理器的输入，并通过区间type
‑
2型模糊推理更新所述改进二阶巴特沃斯滤波器的滤波参数；S400：进入下一个控制周期并不断循环直至终止，完成对复合储能系统实时功率信号的分频控制，将低频功率信号和中高频功率信号分离并分别分配给锂电池储能模组和超级电容储能模组。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述系统的功率平衡关系为：P
Load
‑
P
Grid
＝P
PV
+P
LB
+P
SC
其中，P
Grid
是母线上的电网出力，P
Load
是负荷功率，P
PV
是光伏发电的功率，P
LB
和P
SC
分别是分配到锂电池模组和超级电容模组的放电功率。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述复合储能系统的参考功率为P
HESS
：P
HESS
＝P
Load
‑
P
Grid
‑
P
PV
将P
HESS
分配给锂电池储能模组和超级电容储能模组。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述改进二阶巴特沃斯滤波器的传递函数H(s)为：其中，ω
b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪觉恒，刘光华，戴秋华，封焯文，李志海，李凡，熊宇峰，孙志云，谷昕，陈嘉玲，
申请(专利权)人：中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：