一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法及系统，应用于混合储能系统HESS，混合储能系统是由光伏发电和风力发电组成的风光混合储能微电网模型，通过将超级电容与蓄电池耦合进模型中形成的，通过三段式功率分配策略进行充放电控制，包括基于混合储能系统，依据超级电容的荷电状态与蓄电池的最大保有功率，划分波动功率，获取超级电容和蓄电池的出力规律；基于出力规律，通过经Siso反馈控制技术整定后的PI控制器，对混合储能系统HESS进行充放电控制；本发明专利技术略能够合理分配各储能元件之间的功率关系以延长其使用寿命，在保证网内功率平衡的同时降低运行成本，为微电网储能系统的经济性运行提供了新的技术启示。网储能系统的经济性运行提供了新的技术启示。网储能系统的经济性运行提供了新的技术启示。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法及系统


[0001]本专利技术涉及混合储能系统控制
，尤其涉及一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法及系统。

技术介绍

[0002]新型电力系统背景下，高比例新能源发电上网势在必行，其出力规律具有一定的局限性，难以满足复杂大电网的稳定性要求，需建立大规模混合储能系统用以调节其出力的波动值。现有技术中针对混合储能系统功率分配策略，针对混合储能系统内各储能元件的物理特性，通过提出以超级电容荷电状态为自变量计算蓄电池出力功率的功率分配策略，可有效平抑网内功率波动，降低蓄电池瞬时输出功率；通过采用变分模态分解和小波包分解对网内波动功率进行分配，在保证功率合理分配的同时降低了网内功率的波动，但其算法最优化参数求解较为复杂；针对的电
‑
氢混合储能(HybridEnergyStorageSystem,HESS)提出采用基于功率跟随控制的反下垂控制方法，在提高功率分配的准确性时，减低了母线电压的波动。
[0003]针对超级电容与蓄电池构成的混合储能系统，虽然进行了大量研究，但现有技术中提出的部分控制策略仍然存在参数选取复杂，需权衡相关参数才能达到控制效果的缺陷，以及部分控制策略中PI、PD控制器仍然存在参数局部最优化以及在Matlab中大量的计算等缺陷，因此，为了更好的促进混合储能系统的技术发展，急需研发一种基于混合储能荷电状态的功率协调分配控制策略，在保证网内功率平衡的同时降低运行成本，为微电网储能系统的经济性运行研究提供参考。

技术实现思路

[0004]为了针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提出一种基于混合储能荷电状态的功率协调分配控制策略，考虑超级电容的荷电状态与蓄电池最大保有功率划分波动功率。在分别获得超级电容、蓄电池出力规律的基础上采用经Siso反馈控制技术整定后的PI控制器控制HESS充放电控制。通过MATLAB/Simulink建立的微电网模型验证了其在气象条件或负荷正常波动下控制策略的可行性。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法，应用于混合储能系统HESS，其中，基于风光混合储能微电网模型，通过将超级电容与蓄电池耦合到风光混合储能微电网模型中，构建混合储能系统HESS，风光混合储能微电网模型表示具有光伏发电和风力发电组成的微电网系统的系统模型；
[0006]三段式功率分配方法，包括以下步骤：
[0007]基于混合储能系统HESS，依据超级电容的荷电状态与蓄电池的最大保有功率，划分波动功率，获取超级电容和蓄电池的出力规律；
[0008]基于出力规律，通过经Siso反馈控制技术整定后的PI控制器，对混合储能系统HESS进行充放电控制。
[0009]优选地，在构建混合储能系统HESS的过程中，混合储能系统HESS的约束条件：
[0010][0011]式中，P
w
、P
v
分别表示风电模块/光伏阵列输出功率、P
ba
、P
sc
分别表示蓄电池/超级电容输入输出功率，P
gird
表示网内出力波动功率，P
ba
‑
gird
、P
sc
‑
gird
分别表示蓄电池/超级电容参考承担功率，P
L
表示负荷需求；SOC
sc
‑
act
表示超级电容实际荷电状态；SOC
sc
‑
max
表示超级电容最大允许荷电状态为；SOC
sc
‑
min
表示超级电容最低允许荷电状态，其中，P
gird
为负时，储能系统充电，P
gird
为正时，储能系统放电。
[0012]优选地，在获取出力规律的过程中，将超级电容SOC作为自变量，在蓄电池充放电交界处，建立蓄电池零出力区间，分别以超级电容优先放电调节上下限SOC
sc
‑
d
、SOC
sc
‑
u
作为蓄电池充放电切换模式的缓冲区间，生成出力规律。
[0013]优选地，在生成出力规律的过程中，出力规律的函数关系式为：
[0014][0015]其中，SOC
sc
‑
min
表示超级电容最小功率，SOC
sc
‑
max
表示超级电容最大功率，SOC
sc
表示蓄电池功率。
[0016]优选地，在获取出力规律的过程中，依据出力规律，生成三段式功率分配策略，根据三段式功率分配策略，对混合储能系统HESS进行充放电控制
[0017]三段式功率分配策略，包括以下过程：
[0018]第一段：在超级电容为SOC
sc
‑
min
时
，
将蓄电池的输出设定为100％出力平抑网络波动功率，控制蓄电池的输出呈现高变化率；在超级电容为SOC
sc
‑
d
时，控制蓄电池的输出为超级电容100％出力平抑网络波动功率，控制蓄电池的输出变化率呈现低变化率，最终变为0；
[0019]第二段：在蓄电池的充放电切换交界处，由超级电容100％出力；
[0020]第三段：在SOC
sc
‑
u
右侧，蓄电池的输出开始逐渐由0到1，控制蓄电池的输出变化率呈现由低到高的变化走势；在SOC
sc
‑
max
左侧，蓄电池的输出逐渐达到
‑
P
max
，控制蓄电池的输出呈现高变化率。
[0021]优选地，在获取三段式功率分配策略的过程中，三段式功率分配策略表示为：
[0022][0023]优选地，在对混合储能系统HESS进行充放电控制的过程中，通过PI控制调节偏差，进行储能系统充放电控制，控制过程包括：
[0024]蓄电池充放电控制：基于三段式功率分配策略，获取P
ba
‑
gird
，根据蓄电池端电压获得蓄电池充放电参考电流i
baref
，采用单电流环控制参考电流i
baref
，控制蓄电池出力规律保持母线电压恒定；
[0025]超级电容储能控制：通过获取输出P
sc
‑
gird
，依据超级电容的充放电参考电流i
scref
追踪给定P
sc
‑
gird
进行电流内环控制，同时以保证直流母线电压稳定为目标，进行电压外环控制。
[0026]本专利技术公开了一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配系统，应用于混合储能系统HESS，其中，基于风光混合储能微电网模型，通过将超级电容与蓄电池耦合到风光混合储能微电网模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法，其特征在于，应用于混合储能系统HESS，其中，基于风光混合储能微电网模型，通过将超级电容与蓄电池耦合到所述风光混合储能微电网模型中，构建所述混合储能系统HESS，所述风光混合储能微电网模型表示具有光伏发电和风力发电组成的微电网系统的系统模型；所述三段式功率分配方法，包括以下步骤：基于所述混合储能系统HESS，依据所述超级电容的荷电状态与所述蓄电池的最大保有功率，划分波动功率，获取超级电容和蓄电池的出力规律；基于所述出力规律，通过经Siso反馈控制技术整定后的PI控制器，对所述混合储能系统HESS进行充放电控制。2.根据权利要求1所述一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法，其特征在于：在构建混合储能系统HESS的过程中，所述混合储能系统HESS的约束条件：式中，P
w
、P
v
分别表示风电模块/光伏阵列输出功率、P
ba
、P
sc
分别表示蓄电池/超级电容输入输出功率，P
gird
表示网内出力波动功率，P
ba
‑
gird
、P
sc
‑
gird
分别表示蓄电池/超级电容参考承担功率，P
L
表示负荷需求；SOC
sc
‑
act
表示超级电容实际荷电状态；SOC
sc
‑
max
表示超级电容最大允许荷电状态为；SOC
sc
‑
min
表示超级电容最低允许荷电状态，其中，P
gird
为负时，储能系统充电，P
gird
为正时，储能系统放电。3.根据权利要求2所述一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法，其特征在于：在获取出力规律的过程中，将超级电容SOC作为自变量，在蓄电池充放电交界处，建立蓄电池零出力区间，分别以超级电容优先放电调节上下限SOC
sc
‑
d
、SOC
sc
‑
u
作为蓄电池充放电切换模式的缓冲区间，生成所述出力规律。4.根据权利要求3所述一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法，其特征在于：在生成出力规律的过程中，所述出力规律的函数关系式为：其中，SOC
sc
‑
min
表示超级电容最小功率，SOC
sc
‑
max
表示超级电容最大功率，SOC
sc
表示蓄电
池功率。5.根据权利要求4所述一种考虑储能元件荷电状态的三段式功率分配方法，其特征在于：在获取出力规律的过程中，依据所述出力规律...

【专利技术属性】
技术研发人员：任鹏，王静，樊小朝，史瑞静，任甜甜，王玉巍，竟静静，胡衡，
申请(专利权)人：史瑞静，
类型：发明
国别省市：