CN104578121B - 一种混合储能系统功率分配的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种混合储能系统功率分配的方法，该方法包括：对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配；利用一阶惯性滤波系统进行功率平滑，得到充放电参考功率；根据频谱分析确定所述滤波时间参数；实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，荷电状态反馈给控制系统；将所述荷电状态划分成五个区间；根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数；对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量；根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。能够有效的进行微电网中混合储能系统的功率分配，提高储能系统的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及功率分配领域，特别涉及一种混合储能系统功率分配的方法及系统。
背景技术
随着技术的发展，人们对微电网中混合储能系统功率分配的要求越来越高。
现有的对微电网的混合储能系统进行功率分配的方法中，未考虑荷电状态SOC对储能充放电性能的影响，未从长远的角度考虑储能系统的运行，可靠性较低，不能充分有效的利用蓄电池和超级电容等储能元件，也即不能有效的进行储能系统的功率分配。
因此，如何有效的进行微电网中混合储能系统的功率分配，提高储能系统的可靠性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种混合储能系统功率分配的方法及系统，解决了现有技术中未考虑荷电状态SOC对储能充放电性能的影响，未从长远的角度考虑储能系统的运行，可靠性较低，不能充分有效的利用蓄电池和超级电容等储能元件，也即不能有效的进行储能系统的功率分配的问题。
其具体方案如下：
一种混合储能系统功率分配的方法，
该方法包括：
对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；
利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；
根据频谱分析确定所述滤波时间参数；
实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；
根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；
根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数；
对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量；
根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。
上述的方法，优选的，所述根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数包括：
建立所述荷电状态和所述滤波时间参数之间的函数关系，得到充放电的关系曲线Tc和Td；
比较平滑前的功率和上一时刻平滑后的功率，若所述平滑前的功率大于所述上一时刻平滑后的功率，储能应充电，所述滤波时间参数调用关系曲线Tc，若所述平滑前的功率小于所述上一时刻平滑后的功率，储能应放电，所述滤波时间参数调用关系曲线Td。
上述的方法，优选的，所述对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量包括：
定义隶属度函数；
确定所述模糊控制输入变量和输出变量的隶属度和模糊集；
确定所述模糊控制的模糊规则；
采用面积平分法作为反模糊化方法，将模糊指令转化为清晰指令，得到所述滤波时间参数的修正量。
上述的方法，优选的，所述确定模糊控制的模糊规则包括：
当所述荷电状态处于中间值时，所述滤波时间参数不进行修正；
当所述荷电状态较低时，若充电参考功率为负，则适当调小所述滤波时间参数，避免过放电；
当所述荷电状态较高时，若充电参考功率为正，则适当调大所述滤波时间参数，避免过充电。
上述的方法，优选的，所述荷电荷电状态的隶属度为：其中SOC为储能设备当前的荷电状态值，SOCmid为储能设备荷电状态的中间值。根据荷电状态最大值SOCmax与最小值SOCmin，εSOC的论域为[-ξ,ξ]，εSOC随当前荷电状态的变化而变化，ξ的取值在0到1之间；
所述滤波时间参数的隶属度为：其中T的变化范围为0≤T≤Tmax，Tmax＝2T0，εT的论域为[-1,1]；
所述荷电状态和所述滤波时间参数的模糊集均为{NB(负大)，ZO(零)，PB(正大)}；
所述模糊控制输出变量的模糊集为{NB，NS(负小)，ZO，PS(正小)，PB}。
一种混合储能系统功率分配的系统，该系统包括：
分配单元，用于对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；
平滑单元，用于利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；
第一确定单元，用于根据频谱分析确定所述滤波时间参数；
监测反馈单元，用于实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；
划分单元，用于根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；
第二确定单元，用于根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数；
模糊控制单元，用于对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量；
调整单元，用于根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。
上述的系统，优选的，包括：
建立单元，用于建立所述荷电状态和所述滤波时间参数之间的函数关系，得到充放电的关系曲线Tc和Td；
比较单元，用于比较平滑前的功率和上一时刻平滑后的功率，若所述平滑前的功率大于所述上一时刻平滑后的功率，储能应充电，所述滤波时间参数调用关系曲线Tc，若所述平滑前的功率小于所述上一时刻平滑后的功率，储能应放电，所述滤波时间参数调用关系曲线Td。
上述的系统，优选的，包括：
定义单元，用于定义隶属度函数；
第三确定单元，用于确定所述模糊控制输入变量和输出变量的隶属度和模糊集；
第四确定单元，用于确定所述模糊控制的模糊规则；
转化单元，用于采用面积平分法作为反模糊化方法，将模糊指令转化为清晰指令，得到所述滤波时间参数的修正量。
本申请提供的一种混合储能系统功率分配的方法中，包括：对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；根据频谱分析确定所述滤波时间参数；实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数；对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量；根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。考虑了混合储能系统的荷电状态对系统功率分配的影响，通过荷电状态实时的调整滤波时间参数，然后对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量，通过所述滤波时间参数的修正量实时调整超级电容和蓄电池之间功率的动态分配，能够有效的进行微电网中混合储能系统的功率分配，提高储能系统的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的一种混合储能系统功率分配的方法实施例的流程图；
图2是本申请一阶惯性滤波系统的储能控制方法图；
图3是本申请功率频谱示意图；
图4是本申请SOC反馈控制策略图；
图5是本申请滤波时间常数与蓄电池SOC的函数关系图；
图6是本申请滤波时间常数与超级电容SOC的函数关系图；
图7是本申请的一种混合储能系统功率分配的系统实施例的结构示意图；
图8是本申请仿真拓扑图；
图9(a)为本发明的方案一中分布式电源发电功率频谱分析结果图；
图9(b)为本发明的方案一中混合储能系统平滑功率波动结果图；
图9(c)为本发明的方案一中超级电容与蓄电池的放电功率曲线图；
图9(d)为本发明的方案一中蓄电池和超级电容荷电状态SOC曲线图；
图10(a)为本发明的基于SOC状态反馈储能系统控制策略的功率平滑结果图；
图10(b)为本发明的方案二中蓄电池与超级电容的充电功率曲线图；
图10(c)为本发明的方案二中滤波参数变化曲线图；
图10(d)为本发明的方案二中蓄电池与超级电容SOC变化曲线图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种混合储能系统功率分配的方法及系统，解决了现有技术中未考虑荷电状态SOC对储能充放电性能的影响，未从长远的角度考虑储能系统的运行，可靠性较低，不能充分有效的利用蓄电池和超级电容等储能元件，也即不能有效的进行储能系统的功率分配的问题。
微电网是一种将分布式电源、分布式储能、控制装置和负载等构成一个整体并为当地负荷提供电能的低压电网。微电网中分布式发电有多种形式，常见的有以新能源为主要系统的光伏发电、风力发电，还有微型燃气轮机和燃料电池等。然而，分布式电源受到自然条件的影响，不能稳定地、持续地输出电能，对电力系统的稳定性产生了危害，因此需要在微电网系统中配置一定容量的储能系统。储能系统能够在用电的峰谷时段做出合理的调整，进行充放电工作，起到削峰填谷的作用。
目前，微电网发电系统一般以蓄电池作为储能装置，但蓄电池的循环利用率低、功率密度小、维护量大，降低了整个系统的稳定性，不适于作为唯一的储能元件。根据目前的储能装置发展水平，还没有一种元件可以完全克服蓄电池的缺点，特别是在能量密度和功率密度的平衡问题上。所以，混合储能系统成为研究热点，它可以进一步提高微电网系统的稳定性和可靠性。其中，以2级混合储能的研究居多，采用超级电容-蓄电池混合储能。
对于混合储能系统，功率在蓄电池和超级电容之间的分配是混合储能系统控制的基础，实现在不同储能设备之间合理分配功率偏差的目的，避免出现储能介质荷电状态越限的现象。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参考图1，示出了本申请一种混合储能系统功率分配的方法实施例1的流程图，可以包括以下步骤：
步骤S101：对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量。
步骤S102：利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率。
图2为本申请中的一阶惯性滤波系统，输入Pl和输出Pl'分别为用此一阶惯性滤波系统进行功率平滑前后的功率，超级电容的参考功率为ΔPUC'，所述超级电容的充放电参考功率ΔPUC'为所述平滑前的功率Pl减去低通滤波器1的低频分量后得到的高频分量，ΔPUC为所述超级电容的实际充放电功率。
蓄电池的参考功率为ΔPBESS'，所述蓄电池的充放电参考功率ΔPBESS'为所述平滑前的功率Pl减去所述超级电容的实际充放电功率ΔPUC再减去低通滤波器2分量后得到的低频分量，ΔPBESS为蓄电池实际充放电功率。
所述平滑后的功率Pl'为所述平滑前的功率Pl减去所述超级电容的实际充放电功率ΔPUC再减去蓄电池实际充放电功率ΔPBESS。
利用所述一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述充放电参考功率。
步骤S103：根据频谱分析确定所述滤波时间参数。
为确定储能系统所需补偿的功率变化的滤波时间参数，也即功率变化的时间尺度，引入快速傅里叶变换(FFT)对可再生能源输出功率的样本数据进行频谱分析，FFT算法是离散傅里叶变换的快速算法。
根据频谱分析结果，可确定可再生能源系统功率输出的主要波动分量，即频谱分析结果中幅值较大的分量，所对应的频率，即可间接确定储能系统所需补偿的功率变化时间尺度。
图3为本申请中功率频谱示意图，从频谱图中可以看出，可再生能源的能量振幅随频率的增大呈减小的趋势。可知，补偿高频功率波动所需容量较小，而补偿低频功率波动所需容量较大。
因此，可以发挥超级电容器响应速度快的特性补偿风电波动中的高频部分，而发挥储能电池容量密度高的特性补偿低频分量。
步骤S104：实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统。
为了避免储能过充过放，引入储能SOC反馈控制，图4为本申请的荷电状态反馈控制策略，根据SOC状态来控制储能系统的充放电功率，将储能的荷电状态SOC控制在一定的安全范围内。
步骤S105：根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电。
SOC区间划分与充放电控制策略如表1所示，当SOC处于区间3时，储能系统处于正常工作状态，储能正常运行；当SOC处于区间1时，储能接近满充状态，因此允许储能系统最大程度放电，并且禁止储能系统充电；当SOC处于区间2时，为避免进入区间1，并且储能尽快回到正常工作状态，因此，储能优先放电，限制充电；当SOC进入区间5时，储能系统接近过放状态，因此允许储能系统最大程度充电，并且禁止储能系统放电；当SOC处于区间4时，为避免进入区间5，并且尽快回到正常工作状态，因此储能优先充电，并且限制放电。
表1 SOC区间划分与充放电控制
步骤S106：根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数。
所述根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数包括：
建立所述荷电状态和所述滤波时间参数之间的函数关系，得到充放电的关系曲线Tc和Td；
比较平滑前的功率和上一时刻平滑后的功率，若所述平滑前的功率大于所述上一时刻平滑后的功率，储能应充电，所述滤波时间参数调用关系曲线Tc，若所述平滑前的功率小于所述上一时刻平滑后的功率，储能应放电，所述滤波时间参数调用关系曲线Td。
本申请中，获取超级电容充放电参考功率的滤波时间参数为T1，蓄电池充放电参考功率的滤波时间参数为T2。制定滤波时间常数T与蓄电池SOC之间函数关系。图5为蓄电池滤波时间常数T与蓄电池SOC的函数关系。
图6为超级电容的滤波时间常数T与超级电容SOC的函数关系图。其中，a、b、Slow和Shigh是SOC分段转折点，其取值依赖于储能自身特性，根据不同储能电池的充放电深度及变化特性等参数进行选择；Tb0是蓄电池SOC处于正常工作状态时的滤波常数，将平滑前功率Pn与上一时刻平滑后的目标功率Pref_n-1进行比较，若Pn>Pref_n-1，储能应充电，因此，T调用Tc函数，反之，储能应放电，调用Td函数。
本发明采用的是一阶惯性滤波系统，滤波效果由滤波时间参数T决定，根据荷电状态SOC调整滤波时间参数，可实现对储能充放电功率的调节。
步骤S107：对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量。
步骤a：定义隶属度函数。
对同一个模糊概念，不同的人可能用不同的隶属度函数去表示，只要能反映同一模糊概念，其形式并不影响实际问题的解决和处理。本发明的隶属度函数确定方法采用经验法，并且选择典型的三角函数。
步骤b：确定所述模糊控制输入变量和输出变量的隶属度和模糊集。
所述荷电荷电状态的隶属度为：
其中SOC为储能设备当前的荷电状态值，SOCmid为储能设备荷电状态的中间值。
根据荷电状态最大值SOCmax与最小值SOCmin，可求出储能设备荷电状态中间值SOCmid，即：
储能设备在运行过程中，为避免过充过放，荷电状态应在最大值和最小值之间：SOCmin≤SOC≤SOCmax，根据荷电状态最大值SOCmax与最小值SOCmin，εSOC的论域为[-ξ,ξ]，εSOC随当前荷电状态的变化而变化，ξ的取值在0到1之间。
所述滤波时间参数的隶属度为：
其中T的变化范围为0≤T≤Tmax，Tmax＝2T0，εT的论域为[-1,1]；
储能设备SOC和滤波时间参数T的论域分别为[-ξ,ξ]、[-1,1]，所述荷电状态和所述滤波时间参数的模糊集均为{NB(负大)，ZO(零)，PB(正大)}。
模糊控制的输出为滤波参数修正系数k1、k2，其离散论域都为[-1,-0.5,0,0.5,1]，所述模糊控制输出变量的模糊集为{NB，NS(负小)，ZO，PS(正小)，PB}。
步骤c：确定所述模糊控制的模糊规则。
本发明的模糊规则如表2所示：
表2 模糊规则表
确立了模糊控制输入输出变量的隶属度和模糊集之后，接着要确定模糊规则，这是模糊控制的关键，所述确定模糊控制的模糊规则包括：
当所述荷电状态处于中间值时，所述滤波时间参数不进行修正；
当所述荷电状态较低时，若充电参考功率为负，则适当调小所述滤波时间参数，避免过放电；
当所述荷电状态较高时，若充电参考功率为正，则适当调大所述滤波时间参数，避免过充电。
步骤d：采用面积平分法作为反模糊化方法，将模糊指令转化为清晰指令，得到所述滤波时间参数的修正量。
模糊规则确定后，需将模糊指令转换为清晰指令，将模糊指令转换为清晰指令，即把模糊集合映射成经典集合或清晰集合，称作“清晰化”或“反模糊化”。
本发明采用面积平分法作为反模糊化方法，得到滤波时间参数修正系数k1、k2，滤波时间参数修正值为Tc’＝Tc+k1·T0，Td,＝Td+k1·T0。
由于微电网的分布式电源稳定性受到诸多方面的影响，不能保证电能输出的可靠性，所以需要引入混合储能装置保证电能的质量，传统的混合储能功率分配未考虑SOC对储能充放电性能的影响，未从长远的角度考虑储能的运行。本发明提出的功率分配方法有效利用储能设备，充分考虑到系统自身的功率特性，结合荷电状态对滤波系数进行控制，减少由于过冲或过放对于系统性能和使用寿命的影响。
本发明采用模糊控制，将储能设备的荷电状态值和滤波时间参数作为模糊变量输入，输出滤波时间参数的修正量，实现荷电状态的实时变化。再利用变化的荷电状态反馈控制滤波系数的变化，形成闭环控制系统，有效地反映储能系统工作状态，实时有效地控制系统。
本发明提出的模糊控制其内涵是模糊控制的隶属度、模糊集和模糊规则的确立，先对充电功率参考值和储能荷电状态进行归一化处理，再依据储能设备荷电状态SOC的值对滤波系数进行修正，避免储能系统充放电过度。
步骤S108：根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。
与上述本申请一种混合储能系统功率分配的方法实施例所提供的方法相对应，参见图7，本申请还提供了一种混合储能系统功率分配的系统实施例，在本实施例中，该系统包括：
分配单元201，用于对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；
平滑单元202，用于利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；
第一确定单元203，用于根据频谱分析确定所述滤波时间参数；
监测反馈单元204，用于实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；
划分单元205，用于根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；
第二确定单元206，用于根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数；
本申请中，所述第二确定单元206还包括：
建立单元，用于建立所述荷电状态和所述滤波时间参数之间的函数关系，得到充放电的关系曲线Tc和Td；
比较单元，用于比较平滑前的功率和上一时刻平滑后的功率，若所述平滑前的功率大于所述上一时刻平滑后的功率，储能应充电，所述滤波时间参数调用关系曲线Tc，若所述平滑前的功率小于所述上一时刻平滑后的功率，储能应放电，所述滤波时间参数调用关系曲线Td。
模糊控制单元207，用于对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量；
本申请中，所述模糊控制单元207还包括：
定义单元301，用于定义隶属度函数；
第三确定单元302，用于确定所述模糊控制输入变量和输出变量的隶属度和模糊集；
第四确定单元303，用于确定所述模糊控制的模糊规则；
转化单元304，用于采用面积平分法作为反模糊化方法，将模糊指令转化为清晰指令，得到所述滤波时间参数的修正量。
调整单元208，用于根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。
本申请提供的一种混合储能系统功率分配的方法中，包括：对所述目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；根据频谱分析确定所述滤波时间参数；实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的所述滤波时间参数；对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量；根据所述滤波时间参数的修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配。考虑了混合储能系统的荷电状态对系统功率分配的影响，通过荷电状态实时的调整滤波时间参数，然后对所述荷电状态和所述滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量，通过所述滤波时间参数的修正量实时调整超级电容和蓄电池之间功率的动态分配，能够有效的进行微电网中混合储能系统的功率分配，提高储能系统的可靠性。
综上所述，本发明通过实时监测储能设备的荷电状态，将其反馈至一阶惯性滤波系统，根据储能设备的荷电状态SOC的值实时调整系统的滤波时间参数，同时，采用模糊控制，将储能设备的荷电状态值和滤波时间参数作为模糊变量输入，输出滤波时间参数的修正量，实现荷电状态的实时变化。从而实现储能系统的长期有效运行。
为了验证混合储能系统在微电网中平滑功率波动的有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建微电网仿真模型。仿真拓扑如图8所示，该仿真系统由包含风力发电系统、光伏发电系统、超级电容-蓄电池混合储能系统的微电网并网组成。
由于本仿真系统较为复杂，且分布式电源、储能设备及电力电子器件都运用了精确的模型，因此设置仿真步长为100us。储能系统平滑功率波动时，蓄电池平滑的功率波动时间尺度为几分钟到几十分钟，为了较好的观察储能系统平滑功率波动的效果，需将仿真时长设置为1h以上，而这在PSCAD中是无法实现的。因此，为解决这一矛盾，将仿真时间设置为1min，以1min代表实际系统中的1h，其本质是将实际系统的过程在仿真中加快60倍，这样，对1h的仿真可以缩减到对1min的仿真。时间单位改变后，电能的计算也应作相应的变化，设仿真中的时间为t，则实际时间应为tr＝60t，实际情况下的电能计算应为：
E＝∫Pdtr＝∫Pd(60t)＝60∫Pdt
根据上式，仿真模型中电能计算应放大为原来的60倍。由于仿真步长设置成了100us，在实际系统中相当于6ms，对与1h的仿真具有足够的精确性，所以这样的设置并不影响仿真的精确性和正确性。仿真参数设置如下：为减小仿真系统的复杂性，本仿真系统中微电源仅采用光伏发电和风力发电，蓄电池额定容量为500Ah，额定电压为520V，荷电状态初始值设置为0.5；超级电容容量为6.4F，额定电压250V，荷电状态初始值设置为0.5；为了获取60s内的仿真数据，将仿真时长设为80s，对系统稳定后的60s仿真结果进行分析。
为验证本发明，设计了两种微电网混合储能系统仿真方案。
方案一：基于FFT算法的混合储能系统功率优化分配策略验证
利用PSCAD/EMTDC中的FFT模块对风力发电系统和光伏发电系统的并联出口处的功率进行频谱分析。根据频谱分析结果并结合蓄电池和超级电容的特性，确定蓄电池和超级电容各自平滑的功率频段。
根据蓄电池和超级电容平滑的功率频段设置一阶惯性系统的滤波时间参数T1和T2，运行仿真系统。观察比较分布式发电系统的功率输出波形以及PCC处的功率波形；观察对比蓄电池和超级电容各自的充放电功率以及各自的荷电状态SOC在仿真过程中的变化情况。
仿真结果与分析：首先对系统中风力发电系统和光伏发电系统的联合发电功率进行FFT频谱分析，其结果如图9(a)所示，根据蓄电池和超级电容各自的特性，0.0014Hz～0.011Hz频段的功率由蓄电池来平滑，0.011Hz～1Hz频段的功率波动由超级电容器来平滑。因此，滤波器截止频率分别为0.011Hz和0.0014Hz，滤波时间参数T＝1/f，因此，T1和T2的值分别为91s和720s。
根据FFT频谱分析确定滤波时间参数后，在仿真系统中对一阶惯性滤波系统进行相应的参数设置，即T1＝91s，T2＝720s，进行仿真实验，仿真过程中T1和T2保持不变，仿真结果如图9(b)所示，从图中可以看出，风力发电系统和光伏发电系统并网出口处的功率波动较大，且波动频率较大，而PCC点处的功率较为平滑，波动很小，由此可以得出，混合储能系统可以有效的平滑功率波动，使输出功率变化较为平缓，对功率波动改善较为显著。蓄电池和超级电容的放电功率如图9(c)所示，Pb为蓄电池放电功率曲线，Psc是超级电容放电功率曲线，从图中可以看出，超级电容平滑了功率波动中的高频部分，其充放电较为频繁，充放电状态变化次数多；而蓄电池平滑了功率波动中的低频部分，其充放电状态变化次数较少，一小时内仅变化两次，有效的避免了蓄电池频繁充放电，从而延长了蓄电池的寿命。因此图9(c)的仿真结果说明：1)超级电容与蓄电池配合使用，可以有效的发挥各自的优势；2)根据FFT算法进行频谱分析可以较为准确的确定滤波时间参数。图9(d)给出了蓄电池和超级电容的荷电状态变化曲线，图中蓄电池荷电状态SOC的值在3min时超出了其最大限制SOCmax，且之后蓄电池的荷电状态SOC值一直大于1，这意味着在实际情况中蓄电池一直处于过充状态，同时，图中仅为1h的仿真结果，若延长运行时间，蓄电池也可能出现过放现象。由此可推理出蓄电池在运行过程中功率调节能力可能会降低，或者失去功率调节能力，并且对蓄电池的寿命也会有极大的影响。要解决该问题可从两方面着手，一是增加储能容量配置，但这也会相应的增加投资成本；二是优化控制策略，将蓄电池和超级电容的荷电状态SOC稳定在安全工作范围之内。
方案二：基于SOC状态反馈的混合储能系统功率优化分配策略验证
在方案一的基础上，在系统中新建控制滤波时间参数的模块，在模块中编写程序，根据蓄电池和超级电容的荷电状态SOC值对一阶惯性系统的滤波参数进行控制。观察比较分布式发电系统的功率输出曲线以及PCC处的功率曲线；观察比较蓄电池和超级电容各自的充放电功率以及各自的荷电状态SOC在仿真过程中的变化情况。
仿真结果与分析：蓄电池和超级电容参数设置：蓄电池SOC范围设为[0.2，1]，超级电容SOC范围为[0.1，1]，参考方案一中FFT频谱分析的结果，滤波时间参数基准值取T0_UC＝91s，T0_BESS＝720s，则TBESS_max＝1440s。因此，根据对模糊控制的分析，蓄电池荷电状态SOC的论域为[-0.67,0.67]，超级电容荷电状态SOC的论域为[-0.82,0.82]。
应用模糊控制分别对蓄电池和超级电容的滤波参数(包括充放电时间参数)进行控制。图10(a)给出了应用基于SOC状态反馈的储能系统功率分配策略平滑功率波动的结果，图10(b)为蓄电池和超级电容的放电功率曲线，从这两幅图可以看出该功率分配策略同样可以有效的平滑微电网功率波动，并且实现了波动功率在蓄电池和超级电容间的合理分配，充分发挥了混合储能的优势，弥补了单一储能形式的不足。图10(c)为仿真过程中滤波时间参数的变化曲线，从图中可以看出，滤波时间参数在仿真过程中是不断变化的。图10(d)是蓄电池和超级电容的荷电状态SOC变化曲线。在10min至40min时间区间内，蓄电池和超级电容的SOC值较高，为将SOC调整到安全充放电区间，滤波时间参数作出了相应的变化，最终使得蓄电池和超级电容的SOC回到最佳状态，此时滤波时间参数也均稳定在设定值附近。
图10(d)显示了蓄电池和超级电容的荷电状态SOC变化曲线，蓄电池的荷电状态达到0.8后保持在该值附近，不会出现过充现象；整个运行过程中，蓄电池与超级电容的荷电状态SOC都维持在安全运行范围内，有效地避免了过充过放现象的发生。与未采用SOC反馈的固定滤波时间常数混合储能控制策略相比，该控制策略将蓄电池和超级电容的荷电状态SOC保持在相对安全的范围内，使蓄电池和超级电容保持较强的功率调节能力，更加有利于储能的长期有效运行。
对比方案一与方案二的仿真结果，分析两种不同混合储能系统功率优化分配策略的特点。
仿真结果对比：对比方案一与方案二的仿真结果可知，两种方案下的混合储能系统功率优化分配策略均可有效的平滑微电网中的功率波动，使PCC点处的功率较为平滑，提高入网功率电能质量；在储能充放电控制方面，方案二的混合储能系统功率优化分配策略较方案一有明显的效果，方案二可以将储能的荷电状态控制在安全运行范围内，避免了过充过放现象的发生，有效地实现了储能系统的长期有效运行。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本申请所提供的一种混合储能系统功率分配的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (6)
1.一种混合储能系统功率分配的方法，其特征在于，该方法包括：
对目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；
利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；
根据频谱分析确定滤波时间参数；
实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；
根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；
根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的滤波时间参数；
对所述荷电状态和与所述荷电状态相对应的滤波时间参数进行模糊控制，得到该滤波时间参数的修正量；
根据所述修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配；
其中，所述根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的滤波时间参数包括：建立所述荷电状态和滤波时间参数之间的函数关系，得到充放电的关系曲线Tc和Td；比较平滑前的功率和上一时刻平滑后的功率，若所述平滑前的功率大于所述上一时刻平滑后的功率，储能应充电，滤波时间参数调用关系曲线Tc，若所述平滑前的功率小于所述上一时刻平滑后的功率，储能应放电，滤波时间参数调用关系曲线Td。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述荷电状态和与所述荷电状态相对应的滤波时间参数进行模糊控制，得到所述滤波时间参数的修正量包括：
定义隶属度函数；
确定所述模糊控制输入变量和输出变量的隶属度和模糊集；
确定所述模糊控制的模糊规则；
采用面积平分法作为反模糊化方法，将模糊指令转化为清晰指令，得到与所述荷电状态相对应的滤波时间参数的修正量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定模糊控制的模糊规则包括：
当所述荷电状态处于中间值时，与所述荷电状态相对应的滤波时间参数不进行修正；
当所述荷电状态较低时，若充电参考功率为负，则适当调小与所述荷电状态相对应的滤波时间参数，避免过放电；
当所述荷电状态较高时，若充电参考功率为正，则适当调大与所述荷电状态相对应的滤波时间参数，避免过充电。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述荷电状态的隶属度为：其中SOC为储能设备当前的荷电状态值，SOCmid为储能设备荷电状态的中间值；根据荷电状态最大值SOCmax与最小值SOCmin，εSOC的论域为[-ξ,ξ]，εSOC随当前荷电状态的变化而变化，ξ的取值在0到1之间；
与所述荷电状态相对应的滤波时间参数的隶属度为：其中T的变化范围为0≤T≤Tmax，Tmax＝2T0，εT的论域为[-1,1]；
所述荷电状态和与所述荷电状态相对应的滤波时间参数的模糊集均为{NB(负大)，ZO(零)，PB(正大)}；
所述模糊控制输出变量的模糊集为{NB，NS(负小)，ZO，PS(正小)，PB}。
5.一种混合储能系统功率分配的系统，其特征在于，该系统包括：
分配单元，用于对目标混合储能系统进行简单的功率分配，将波动分量中的高频部分分配给超级电容，蓄电池平滑波动频率较低的分量；
平滑单元，用于利用一阶惯性滤波系统对功率进行平滑，得到所述目标混合储能系统的充放电参考功率；
第一确定单元，用于根据频谱分析确定滤波时间参数；
监测反馈单元，用于实时监测所述目标混合储能系统的荷电状态，根据预设的荷电状态反馈控制策略，将所述监测到的荷电状态反馈给控制系统；
划分单元，用于根据充放电控制策略，将所述荷电状态划分成五个区间，第一区间禁止充电，第二区间减少充电，第三区间正常充放电，第四区间减少放电，第五区间禁止放电；
第二确定单元，用于根据所述荷电状态确定与所述荷电状态相对应的滤波时间参数；
模糊控制单元，用于对所述荷电状态和与所述荷电状态相对应的滤波时间参数进行模糊控制，得到该滤波时间参数的修正量；
调整单元，用于根据所述修正量调整所述目标混合储能系统的功率分配；
其中，所述第二确定单元，包括建立单元和比较单元；其中，
所述建立单元，用于建立所述荷电状态和滤波时间参数之间的函数关系，得到充放电的关系曲线Tc和Td；
所述比较单元，用于比较平滑前的功率和上一时刻平滑后的功率，若所述平滑前的功率大于所述上一时刻平滑后的功率，储能应充电，滤波时间参数调用关系曲线Tc，若所述平滑前的功率小于所述上一时刻平滑后的功率，储能应放电，滤波时间参数调用关系曲线Td。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，包括：
定义单元，用于定义隶属度函数；
第三确定单元，用于确定所述模糊控制输入变量和输出变量的隶属度和模糊集；
第四确定单元，用于确定所述模糊控制的模糊规则；
转化单元，用于采用面积平分法作为反模糊化方法，将模糊指令转化为清晰指令，得到与所述荷电状态相对应的滤波时间参数的修正量。
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