【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力，具体涉及一种具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法。
技术介绍
1、微电网由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置等组合而成，是具有自我控制、自我保护和管理能力的自治发配电系统。微电网既可以并网运行，也可以离网运行。但在离网运行时，由于风力发电与光伏发电具有间歇性、随机性等特点，严重影响电网运行，与储能装置配合构成微电网是解决上述问题的有效手段之一。与传统储能装置相比，氢能作为一种清洁能源，具有能量密度高、储量丰富、寿命长、便于储存和传输等特点，通过制氢不仅可以实现电力与燃气的互补转化，还可以直接高效利用，目前通过制氢以平抑风电光伏出力波动功率，保证微网整体电能品质，是未来全球能源利用的重要发展方向之一。
2、传统的光氢混合系统或风氢混合系统，多采用直接控制单元变换器的输出功率，以此实现系统的协调稳定运行。但随着风光耦合制氢系统规模的扩大，“源-荷-储”之间的协调控制问题也更加复杂，针对大型风光耦合制氢系统，通过控制总线电压是解决可再生能源与负载功率匹配、实现系统稳定运行的有效方法。
3、电氢混合储能的微电网中，蓄电池、燃料电池和电解槽组合成电氢混合储能系统，实现微源间的优势互补，并通过下垂控制，有效分配微源间的功率，维持系统发电与负载消耗之间的功率平衡，实现直流母线电压的稳定控制。在现有技术中，对燃料电池和电解槽多采用电流单环pi控制，对蓄电池采用下垂控制，即现有技术中以单源下垂控制为主，并且传统的下垂控制的下垂系数是固定的，当燃料电池的荷电状态soc
技术实现思路
1、本专利技术公开一种具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，采用多源下垂控制，蓄电池、燃料电池和电解槽将依据直流母线电压分段下垂控制曲线改变自身工作点，协调源荷间的不平衡功率，平抑直流母线电压波动；并且，以蓄电池作为功率协调控制策略的核心，避免其因为soc达到边界而退出运行，采用考虑储能荷电状态(soc)的自适应下垂控制器，动态调节各源的下垂系数，使氢能系统主动响应储能soc的变化，避免蓄电池过度充电或深度放电，能够调节蓄电池、电解槽和燃料电池间的瞬态功率分配，实现soc的动态平衡和负载均流，降低变换器控制策略的切换次数，提高锂电池使用寿命。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，直流微电网中的分布式电源、蓄电池、燃料电池和电解槽均通过变流器接入公共直流母线，分布式电源包括风机发电单元和光伏发电单元，将直流母线电压的上限值umax与下限值umin之间划分为多个电压区间段，每个电压区间段对应一种控制模式，根据直流母线电压实测值确定所在的电压区间段，按该区间段对应的模式分别对蓄电池、燃料电池和电解槽进行下垂控制；下垂控制时，采用多源自适应下垂控制器动态调整蓄电池、燃料电池及电解槽的下垂系数，多源自适应下垂控制器是基于下垂控制框架构建soc快速收敛函数以修改下垂系数。
4、进一步，所述直流母线电压的上限值umax与下限值umin之间从大到小依次设定电压值uh、un、u1，uh为直流母线功率盈余电压边界值，u1为直流母线功率缺损电压边界值，un为直流母线电压额定值，ubus为直流母线电压实测值；
5、若umax＞ubus＞uh，则执行模式一，该模式下，分布式电源工作于有功备用运行模式，电解槽按最大功率制氢，蓄电池工作于下垂控制模式，燃料电池处于待机模式；
6、若uh＞ubus＞un，则执行模式二，该模式下，分布式电源工作在mppt运行模式，蓄电池和电解槽工作于下垂控制模式，燃料电池处于待机模式；
7、若un＞ubus＞u1，则执行模式三，该模式下，分布式电源工作在mppt运行模式，蓄电池和燃料电池工作于下垂控制模式，电解槽处于待机模式；
8、若u1＞ubus＞umin，则执行模式四，该模式下，分布式电源工作在mppt运行模式，燃料电池达到最大输出功率，蓄电池工作于下垂控制模式，电解槽处于待机模式；
9、若ubus≤umin，采用负载管理算法，按照设定的优先级对负载进行逐级减载。
10、进一步，所述风机发电单元采用直驱永磁同步电机、全功率变流器及三相交错并联双向变换器并网结构；所述光伏发电单元采用光伏阵列与三相交错并联双向变换器并网结构；所述蓄电池和三相交错并联双向变换器组成储能单元；所述燃料电池采用质子交换膜燃料电池；所述电解槽采用碱性水电解槽。
11、进一步，所述燃料电池和电解槽的电堆分别设有预加热装置。
12、进一步，所述分布式电源、蓄电池、燃料电池及电解槽的控制中，开关信号均采用滞环比较器进行控制。
13、进一步，所述燃料电池的参考功率生成环节添加斜率抑制器。
14、进一步，所述蓄电池的下垂控制表达式如下：
15、
16、上式中：urefi为蓄电池的变流器输出直流电压参考值；un为直流母线电压额定值；γbes为蓄电池的初始下垂系数；pbesi为蓄电池的输出功率；
17、蓄电池的下垂系数动态调整按下式进行：
18、
19、上式中：rbesi为蓄电池的修正下垂系数；δsoci＝soci-socn，δsoci是蓄电池实际soc与设定socn的偏差量；εi是收敛调整因子；
20、δubus＝(ubus-un)÷un，ubus为直流母线电压实测值，δubus≥0表示直流母线电压高于额定值，δubus＜0表示直流母线电压低于额定值；
21、所述电解槽的下垂控制表达式如下：
22、pelref＝pelmin-rel(un-ubus) (3)
23、上式中：pelref为电解槽的变流器输出功率参考值；pelmin为电解槽的最小制氢功率；γel是电解槽的初始下垂系数；
24、电解槽的下垂系数动态调整按下式进行：
25、
26、上式中：rel是电解槽的修正下垂系数；δsocavg＝socavg-socn,δsocavg是蓄电池的平均soc与设定soc的偏差量，socavg可由下式计算获得：
27、
28、所述燃料电池的下垂控制表达式如下：
29、pfcref＝pfcmin-rfc(ubus-un) (6)
30、上式中：pfcref为燃料电池的变流器输出功率参考值；pfcmin为燃料电池的最小安全运行功率；γfc是燃料电池的初始下垂系数；
31、燃料电池的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：直流微电网中的分布式电源、蓄电池、燃料电池和电解槽均通过变流器接入公共直流母线，分布式电源包括风机发电单元和光伏发电单元，将直流母线电压的上限值Umax与下限值Umin之间划分为多个电压区间段，每个电压区间段对应一种控制模式，根据直流母线电压实测值确定所在的电压区间段，按该区间段对应的模式分别对蓄电池、燃料电池和电解槽进行下垂控制；下垂控制时，采用多源自适应下垂控制器动态调整蓄电池、燃料电池及电解槽的下垂系数，多源自适应下垂控制器是基于下垂控制框架构建SOC快速收敛函数以修改下垂系数。
2.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述直流母线电压的上限值Umax与下限值Umin之间从大到小依次设定电压值Uh、UN、U1，Uh为直流母线功率盈余电压边界值，U1为直流母线功率缺损电压边界值，UN为直流母线电压额定值，Ubus为直流母线电压实测值；
3.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述风机发电单元采用直
4.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述燃料电池和电解槽的电堆分别设有预加热装置。
5.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述分布式电源、蓄电池、燃料电池及电解槽的控制中，开关信号均采用滞环比较器进行控制。
6.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述燃料电池的参考功率生成环节添加斜率抑制器。
7.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述蓄电池的下垂控制表达式如下：
8.根据权利要求7所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述εi的表达式如下：
...【技术特征摘要】
1.具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：直流微电网中的分布式电源、蓄电池、燃料电池和电解槽均通过变流器接入公共直流母线，分布式电源包括风机发电单元和光伏发电单元，将直流母线电压的上限值umax与下限值umin之间划分为多个电压区间段，每个电压区间段对应一种控制模式，根据直流母线电压实测值确定所在的电压区间段，按该区间段对应的模式分别对蓄电池、燃料电池和电解槽进行下垂控制；下垂控制时，采用多源自适应下垂控制器动态调整蓄电池、燃料电池及电解槽的下垂系数，多源自适应下垂控制器是基于下垂控制框架构建soc快速收敛函数以修改下垂系数。
2.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述直流母线电压的上限值umax与下限值umin之间从大到小依次设定电压值uh、un、u1，uh为直流母线功率盈余电压边界值，u1为直流母线功率缺损电压边界值，un为直流母线电压额定值，ubus为直流母线电压实测值；
3.根据权利要求1所述的具有电氢混合储能的孤岛直流微电网多源协调控制方法，其特征在于：所述风机...
【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，赵艺徽，赵天宇，贾利民，靳永浩，
申请(专利权)人：北京能高自动化技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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