一种基于频率分离能量管理的混合储能系统容量配置方法技术方案

针对负荷的随机波动会对电网带来不利影响，本发明专利技术提出一种基于频率分离能量管理的混合储能系统容量配置方法，混合储能系统用来平抑负荷随机波动性较大时的峰值功率

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率分离能量管理的混合储能系统容量配置方法
(一)

：
[0001]本专利技术涉及混合储能系统容量配置方法领域，具体是一种基于频率分离能量管理的混合储能系统容量配置方法
。
(二)
技术介绍

：
[0002]在直流微网中，随机冲击性负荷具有非周期或周期性突变特征
。
仅仅靠电网来支撑负荷，则会严重威胁到公共电网安全
、
稳定
、
经济运行
。
同时对直流母线电压的稳定性造成非常大的冲击，故需要采取一些有效措施来减小随机冲击性负荷并网后的功率波动
。
[0003]针对以上问题，考虑从“源”侧解决随机冲击性负荷对电网电压波动的影响
。
通过加入储能元件的方法，如果只是使用单一的锂电池或超级电容作为储能系统进行平抑，则会面临容量配置过大，成本较高等缺点
。
通过采用锂电池
、
超级电容协调配合的方法进行能量补偿，能够有效的将功率型储能器件和能量型储能器件的优势互补
。<br/>目前大多数文本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于频率分离能量管理的混合储能系统容量配置方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)
采集负荷信号，得到负荷功率
P
Load
(t)
的数据：基于频率分离的能量管理方法，使用两个具有不同截止频率的低通滤波器，其中，第一次滤波的截止频率为
f
c1
，第二次滤波的截止频率为
f
c2
，将采集的负荷功率
P
Load
(t)
分解为三个频率段的功率信号，具体实现过程如下：
(1
‑
1)
将负荷功率
P
Load
(t)
经过第一次低通滤波器进行滤波后，产生一个低频信号功率，即电网需要响应的功率
P
qrid
(t)
，如公式
(1)
所示：其中，
P
qrid
(t)
为电网需要响应的功率，
f
c1
为第一次滤波的截止频率；
(1
‑
2)
用负荷功率
P
Load
(t)
减去电网需要响应的功率
P
qrid
(t)
，即可得到混合储能系统需要平抑的功率
P
Hess
(t)
，如公式
(2)
所示：
P
Hess
(t)
＝
P
Load
(t)
‑
P
qrid
(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)(1
‑
3)
将混合储能系统需要平抑的功率
P
Hess
(t)
经过第二次低通滤波器进行滤波后，即可得到中频信号为锂电池的输出功率
P
bat
(t)
和高频信号为超级电容的输出功率
P
sc
(t)
，如公式
(3)
和公式
(4)
所示：所示：式中，
P
bat
(t)
代表锂电池的输出功率，
P
sc
(t)
代表超级电容的输出功率，
f
c2
为第二次滤波的截止频率，该截止频率同为锂电池的截止频率，且该频率为超级电容的输出功率和锂电池的输出功率的“频率分界点”；
(2)
求解混合储能系统元件即锂电池和超级电容的能量分配情况：由步骤
(1
‑
3)
得到锂电池的输出功率
P
bat
(t)
和超级电容的输出功率
P
sc
(t)
，当
P
bat
(t)
＞0时，表示锂电池在放电，
P
bat
(t)
＜0时，表示锂电池在充电；当
P
sc
(t)
＞0时，表示超级电容在放电，
P
sc
(t)
＜0时，表示超级电容在充电；对锂电池的输出功率
P
bat
(t)
和超级电容的输出功率
P
sc
(t)
进行积分求和，即可得到锂电池的输出能量
W
bat
(t)
和超级电容的输出能量
W
sc
(t)
，如公式
(6)
和公式
(7)
所示：所示：由于锂电池的输出功率
P
bat
(t)
和超级电容的输出功率
P
sc
(t)
为离散信号，因此，需要设定采样间隔时间，对功率进行累加求和，锂电池的输出能量
W
bat
(t)
和超级电容的输出能量
W
sc
(t)
分别更新为如公式
(8)
和公式
(9)
所示：
W
bat
(t)
＝
∑
t
＝
Δ
t
，2Δ
t
，3Δ
t
，
...(P
bat
(t)
‑
P
bat
(t
‑
Δ
t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)W
sc
(t)
＝
∑
t
＝
Δ
t
，2Δ
t
，3Δ
t
，
...(P
sc
(t)
‑
P
sc
(t
‑
Δ
t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
式中，
Δ
t
为采样间隔时间；
(3)
计算混合储能系统的所需最大分配功率和最大分配能量：
(3
‑
1)
在步骤
(1)
中已经得到锂电池的输出功率
P
bat
(t)
和超级电容的输出功率
P
sc
(t)
，考虑充放电效率后的锂电池的输出功率
P
bat_r
(t)
和考虑充放电效率后的超级电容的输出功率
P
sc_r
(t)
如公式
(10)
和公式
(11)
所示：所示：式中，
η
bat_charge
，
η
sc_charge
和
η
bat_discharge
，
η
sc_discharge
分别为锂电池和超级电容的充放电效率；
(3
‑
2)
锂电池的所需最大分配功率
P
max_bat_req
和超级电容的所需最大分配功率
P
max_sc_req
如公式
(12)
和公式
(13)
所示：
P
max_bat_req
＝
max{|P
bat_r
(t)|}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)P
max_sc_req
＝
max{|P
sc_r
(t)|}
ꢀꢀꢀ
(13)(3
‑
3)
锂电池和超级电容的容量约束如公式
(14)
和公式
(15)
所示：
SOC
bat
，
min
≤SOC
bat
(t)≤SOC
bat
，
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)SOC
sc
，
min
≤SOC
sc
(t)≤SOC
sc
，
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
式中，
SOC
bat
(t)
为锂电池的容量，
SOC
sc
(t)
为超级电容的容量，
SOC
bat
，
min
和
SOC
bat
，
max
分别为锂电池的最小和最大容量限幅，
SOC
sc
，
min
和
SOC
sc
，
max
分别为超级电容的最小和最大容量限幅；
(3
‑
4)
锂电池的所需最大分配能量
W
max_bat_req
和超级电容的所需最大分配能量
W
max_sc_req
分别为公式
(16)
和公式
(17)
所示：所示：
(4)
确定混合储能系统在不同第二次滤波的截止频率
f
c2
下分配的元件个数：根据步骤
(3)
得到的锂电池和超级电容的所需最大分配功率和所需最大分配能量，以及所选取的锂电池和超级电容元器件的具体参数，即：单元器件的最大输出功率
、
最大容量；锂电池的配置个数
N
bat
和超级电容的配置个数
N
sc
分别为公式
(18)
和公式
(19)
所示：所示：其中，
P
max_bat_cell
为单个锂电池的最大输出功率，
W
max_bat_cell
为单个锂电池的最大容量，
P
max_sc_cell
为单个超级电容的最大输出功率，
W
max_sc_cell
为单个超级电容的最大容量；
(5)
建立混合储能系统质量最小质量目标函数
f1和混合储能系统成本最小成本目标函
数
f2，如公式
(20)
和公式
(21)
所示：
f1＝
min{M
Hess
}
＝
m
bat_cell
·
N
bat
+m
sc_cell
·
N
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
式
(20)
中，
min{M
Hess
}
为混合储能系统配置的最小质量，
m
bat_cell
为单个锂电池的质量，
m
sc_cell
为单个超级电容的质量；式
(21)
中，
min{C
Hess
}
为混合储能系统的最小投入成本，
C
invs_bat
为锂电池的年度投资运维成本；
C
invs_sc

【专利技术属性】
技术研发人员：李微，晋瑞鑫，周雪松，问虎龙，赵浛宇，徐晓宁，赵家欣，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：