【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力，涉及一种基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法。
技术介绍
1、随着化石能源的急剧消耗，能源危机与环境污染成为制约经济高质量发展的瓶颈。分布式电源的利用有助于解决能源与环境问题。直流微网作为光伏发电技术应用的重要形态与渠道得到了迅速发展。但光伏发电系统的输出功率具有间歇性与不确定性，需要储能设备实现能量缓冲与调节确保微网能量转化的平衡。
2、电氢混储直流微网是一种基于电储与氢储混合储能技术的微网系统，可用于解决上述问题。对于电氢混储直流微网中的储能单元控制，现有的技术手段通常依据母线电压信号区分储能单元的运行范围，设计p-v下垂曲线以达到储能设备间功率自适应分配。在控制器的设计中，储能单元的功率极限与能量状态是重要参考依据。下垂控制器的设计基本包括两类方法。第一类方法将储能单元功率极限作为系统模式界限进行功率分配。该类方法充分考虑了储能单元的容量对微网功率平衡的制约，但不能反映储能单元能量状态对充放电功率的影响，导致储能单元随外界环境变化频繁启停，影响设备的使用寿命。第二类方法将储能单元的能量状态作为设备启停运行界限。该类方法能够在一定程度上降低储能单元的启停频次，但不能实时鉴别储能单元的能量变化率，无法保证储能单元间的状态均衡，影响微网系统的经济运行。以上两类方法均具有下垂控制的负特性属性，致使公共直流母线电压在一定范围内频繁波动，影响负荷用电质量。
3、综上，目前的电氢混储直流微网系统在储能单元功率控制方面仅考虑单元自身的功率极限或能量状态极限，无法反应储能单元的实时能量状
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，从理论上定量计算出储能单元最佳输出功率值，以解决储能设备状态不均衡所导致的系统运行经济性及电压稳定性问题。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，所述的直流微网由多个功率单元、直流负荷及一个公共直流母线组成，功率单元包扩光伏发电单元、蓄电池单元及储氢单元；所述光伏发电单元经单向变流器连接到公共直流母线；所述蓄电池单元经双向变流器连接到公共直流母线；所述储氢单元由电解槽、储氢罐及燃料电池组成，电解槽及燃料电池分别经单向变流器连接到公共直流母线；负荷为恒阻型以并联方式接入公共直流母线。所述的电氢混储直流微网功率控制方法，将蓄电池单元与储氢单元作为联合储能系统参与直流微网实时能量转换，通过两类储能单元的协调运行实现微网系统的实时功率平衡并维持公共直流母线电压恒定，具体通过如下步骤实现：
4、s1、测量直流微网中光伏单元输出功率及负荷功率，计算直流微网净功率。直流微网净功率为当前气象条件下光伏发电单元的最大输出功率与负荷功率之差。当直流微网净功率为正时进行步骤s2，否则退出电储单元与氢储单元的联合运行模式。
5、直流微网净功率计算依据为：
6、
7、其中，pmg为直流微网净功率；upv,mp为当前气象条件下光伏阵列最大功率点的工作电压；ig为光生电流；io为二极管反向饱和电流；tc为光伏电池工作温度；q为电子电量；η为曲线拟合常数；k为波尔兹曼常数；rsh为光伏电池等效并联电阻；rload为公共直流母线负荷的等值电阻；udc为公共直流母线电压实际值。amg为光伏阵列在最大功率运行时的功阻系数，其计算式为：
8、amg＝upv,mp+rsripv,mp
9、上式中，rsr为光伏电池等效串联电阻；ipv,mp为当前气象条件下光伏阵列最大功率点对应的工作电流。
10、s2、计算蓄电池荷电量与储氢罐的储氢量。当蓄电池荷电量与储氢罐储氢量均小于各自的上限或有一项小于上限时，进行步骤s3，否则转步骤s4。
11、蓄电池荷电量计算依据为：
12、
13、式中，q为蓄电池容量，ibat为蓄电池电流，sc,0为蓄电池荷电量初始值，sc为t时刻的蓄电池荷电量；t0为初始时刻。
14、储氢罐的储氢量计算依据为：
15、
16、式中，sh为t时刻储氢罐的储氢量，λs表示储氢速率，ms,0表示初始状态下氢罐中的氢气摩尔数，ri为里德帕气体常数，ts为氢气储存温度，vs表示氢罐体积，ps,max为储氢罐最大压力。
17、s3、蓄电池与电解槽进行联合运行平衡直流微网净功率。当蓄电池荷电量与储氢罐储氢量均小于各自的上限时，电解槽以恒定功率模式进行电解制氢，蓄电池以恒定电压模式进行充电；当其中一个储能单元的能量状态小于上限、另一个储能单元的能量状态大于等于上限时，退出运行，由另一个储能单元消纳直流微网净功率。
18、s3-1：电解槽功率参考值按以下方式进行整定：
19、
20、上式中，为电解槽制氢功率参考值；sh,max、sh,min分别为储氢罐储氢量的上限与下限；sc,max、sc,min分别为蓄电池荷电量的上限与下限。
21、s3-2：蓄电池稳定公共直流母线电压，生成换流器占空比驱动信号；同时吸收微网净功率与电解槽制氢功率的不平衡部分。蓄电池单元换流器占空比按以下方式整定：
22、
23、蓄电池实际输出功率为
24、
25、以上两式中，dbat为蓄电池换流器的占空比；m为脉冲生成器的锯齿波峰值；udc,r为公共直流母线电压参考值；udc为公共直流母线电压实际值；kp,u为蓄电池电压环控制器的比例系数；ki,u为蓄电池电压环控制器积分系数；pbat为蓄电池实际输出功率。
26、s4、蓄电池荷电量与储氢罐储氢量均大于各自上限，储能单元全部退出运行；光伏发电单元转入弃光运行模式，保持微网功率平衡及母线电压稳定。所述的光伏单元弃光控制由当前气象条件与负荷等值电阻、公共直流母线电压参考值确定，光伏单元在弃光模式下的输出功率为：
27、
28、式中，aqg为弃光运行时的功阻系数，其计算依据为：
29、
30、上式中，dpv为弃光条件下光伏阵列换流器的占空比。
31、所述的电氢混储直流微网功率平衡控制通过微网中央管理器与功率单元控制器共同完成。中央管理器进行直流微网净功率计算、蓄电池荷电量与储氢罐氢气量计算、电解槽制氢功率参考值整定以及直流母线电压参考值整定，并向各功率单元控制器发送整定的参考值；各单元控制器根据接收的参考值指令及各自约束条件进行输出功率调节，维持直流微网系统的实时功率平衡及直流母线电压恒定。
32、本专利技术具有以下有益效果：
33、本专利技术提供的电氢混储直流微网功率控制方法，能够根据储能单元的实时能量状态自适应调节储能单元的功率输出，并将公共直流母线电压精准控制在所需的数值。本专利技术从理论上分析了储能单元的适宜运行功率以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，步骤S1所述直流微网净功率为当前气象条件下光伏发电单元的最大输出功率与负荷功率之差；当直流微网净功率为正时进行步骤S2，否则退出电储单元与氢储单元的联合运行模式；
3.根据权利要求2所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，步骤S2所述蓄电池荷电量计算依据为：
4.根据权利要求3所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，在步骤S3中，当蓄电池荷电量与储氢罐储氢量均小于各自的上限时，电解槽以恒定功率模式进行电解制氢，蓄电池以恒定电压模式进行充电；当其中一个储能单元的能量状态小于上限、另一个储能单元的能量状态大于等于上限时，退出运行，由另一个储能单元消纳直流微网净功率；
5.根据权利要求4所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，在步骤S4中所述光伏单元弃光控制由当前气象条件与负荷等值电阻、公共直流母
6.根据权利要求1至5任一所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，所述的电氢混储直流微网功率平衡控制通过微网中央管理器与功率单元控制器共同完成，中央管理器进行直流微网净功率计算、蓄电池荷电量与储氢罐氢气量计算、电解槽制氢功率参考值整定以及直流母线电压参考值整定，并向各功率单元控制器发送整定的参考值；各单元控制器根据接收的参考值指令及各自约束条件进行输出功率调节，维持直流微网系统的实时功率平衡及直流母线电压恒定。
...【技术特征摘要】
1.一种基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，步骤s1所述直流微网净功率为当前气象条件下光伏发电单元的最大输出功率与负荷功率之差；当直流微网净功率为正时进行步骤s2，否则退出电储单元与氢储单元的联合运行模式；
3.根据权利要求2所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，步骤s2所述蓄电池荷电量计算依据为：
4.根据权利要求3所述的基于实时能量状态的电氢混储直流微网功率控制方法，其特征在于，在步骤s3中，当蓄电池荷电量与储氢罐储氢量均小于各自的上限时，电解槽以恒定功率模式进行电解制氢，蓄电池以恒定电压模式进行充电；当其中一个储能单元的能量状态小于上限、另一个储能单...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖宏飞，周栋，董丽丽，陈雅菲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学信息工程学院，
类型：发明
国别省市：
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