CN104767259A - 电力系统自适应超级电容-蓄电池混合储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有广泛适应性的电力系统自适应超级电容-蓄电池混合储能系统，包括一用于检测所处电力系统外部环境同时根据内部状态动态管理所述超级电容和蓄电池进行均衡性充电以及对外放电，并分别与所述超级电容单元、蓄电池单元进行电连接的概率指数主控单元和一套用以实现系统自适应调节和低通信依赖主动管理的概率指数算法。本发明可对所处电力系统的日波动特征对超级电容和蓄电池的充放电机制进行自适应调整，能够在达到最佳工作性能的同时延长超级电容、蓄电池的工作寿命，系统具有高度可扩展性和可靠性，能够在所处电网环境发生变化后进行自我调节，无需人为干预。

Description

电力系统自适应超级电容-蓄电池混合储能系统

技术领域

本发明涉及一种适用于各种电力系统结构的自适应型超级电容-蓄电池混合储能系统。

背景技术

随着分布式发电的兴起，大规模分布式电源并入电力系统已经成为一个必然的趋势。由于分布式能源出力的强波动性和反调峰等特性，大规模分布式能源的接入对系统有功平衡造成了较大的影响。受制于经济性和技术条件，依靠可调度电源如火力/水力发电厂进行功率平衡不具有可操作性，此时储能装置在维持系统有功平衡方面优势明显。无论是应用于局部中小型系统如微网、独立光伏系统、区域性风光互补网络等，还是应用于大型电力系统调峰，其均有成熟的应用实例。

目前，储能系统一般以蓄电池(包括铅酸蓄电池、锂电池等)作为主能源储蓄元件，其造价约占整体系统成本的40％——70％，由于储能系统工作的环境和工况的特殊性，更易导致蓄电池过早失效或容量损失，从而加大系统整体成本。

超级电容器因其功率密度高、循环寿命长、充放电效率高和无需维护等特点，正受到越来越多的关注。但其能量密度较小，目前还很难实现大规模储能。若其与蓄电池互补构成混合储能系统，将大大提高混合储能系统的性能。

现有的混合储能系统设计往往采用超级电容和蓄电池并联，使用电压钳位的工作方式。即在超级电容和蓄电池之间有电压钳位，当外部电网电压升高时，超级电容开始充电，同时超级电容和蓄电池之间的电压差随着超级电容电量的充盈而加大，在升高至充电电压钳位阈时，开关打开，蓄电池开始充电。当外部电网电压降低时，超级电容优先放电，超级电容与蓄电池之间的电压差随着超级电容电量的降低而逐渐加大，在降低至放电电压钳位阈时，开关打开，蓄电池开始放电。这种工作方式降低了由于电网波动对蓄电池的直接冲击，改善了蓄电池的使用环境，可以有效的提高其寿命。

但上述传统系统控制方式较为机械，并且因为需要针对工作的环境提前设定电容和蓄电池的容量、工作方式等，一旦配置完成难以修改，因而常适配于固定的小型独立光伏系统或小型风光储系统，作为储能单元使用，难以作为有功调节单元应用于微网等普通小型电力系统乃至中型电力系统。此外传统系统控制方式的重点在于通过超级电容来降低蓄电池的工作负荷，对于超级电容和蓄电池之间的工作负荷配比优化并未考虑，并不能保证在不同外电网环境下的经济性。随着分布式能源的发展，将会有越来越多的间歇性快速波动能源并入电网，这就需要一种能适应大多数电网工作环境，可最大程度保证运行经济性，系统容量规模易于调整的新型储能系统。

发明内容

有鉴于此，确有必要为现有的电力系统尤其是微网系统提供一种满足实际运行需求，能够自适应电网变化保证经济运行的混合储能系统。该混合储能系统不仅需要在性能上保证对所在电力系统的有功进行有效的平衡调节，以保证系统的稳定运行，并且能针对所处外部工作环境自动调整混合储能单元的工作负荷比率，保证每个储能单元的健康运行，延长其寿命，提高运行经济性，同时该系统应具有良好的可扩展性，系统容量易于调整，以应对有功平衡调节负荷的改变，确保系统正常、稳定、高效地运行。

本发明为了实现上述目的采用以下技术方案：

一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于包括：整合系统A和管理系统B，所述整合系统A包括：

概率指数主控单元：用于检测系统所处电力系统波动情况并，计算系统动作倾向参数，然后对系统动作倾向参数进行伯努利概型或同等概率模型判定，决定超级电容储能单元或蓄电池储能单元是否通过受控大功率双向AC/DC变换器介入电网，若判定为介入电网则根据判断结果向蓄电池单元组主接口或超级电容系统单元接口发送工作状态随机数指令码；

超级电容储能单元：包括至少一组超级电容,每组超级电容通过超级电容储能单元接口接入超级电容供电母线，并由超级电容供电母线接入超级电容系统单元接口；

大功率双向AC/DC变换器:为系统提供电能交换通路，工作受概率指数主控单元控制，将实现直流到交流电，交流到直流电的转换；

管理系统B包括：蓄电池单元组主接口和蓄电池储能单元，蓄电池储能单元包括蓄电池单元，每组蓄电池单元通过蓄电池储能单元接口接入蓄电池单元供电母线，并由蓄电池单元供电母线接入蓄电池单元主接口。

上述技术方案中，系统动作倾向参数计算方式采用运算形如式1的公式：

P_a＝a+b_bia,其中  式1

其中P_a为系统动作倾向参数，a为预设的基本系统动作倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，V_m为被监测电压值，V_s为标准电压值，V_r为可接受电压偏离幅度阈的宽度。

上述技术方案中，超级电容系统单元接口：包括用于接收处理工作状态随机数指令码的模块和受模块控制的开关。

上述技术方案中，所述概率指数主控单元包括主控概率指数发生器单元、随机数指令码输出接口、蓄电池储能单元组监控单元、超级电容储能单元组监控单元；

主控概率指数发生器单元通过与系统工作主接口相连的电网状态检测接入口对所处电力系统的运行情况进行周期性实时感知，并与所设定的正常运行阈值进行比对，根据运行状态偏离幅度计算系统的系统动作倾向参数，以此来对系统介入动作进行判定；

若不介入则忽略，进行下一轮侦测，判定为介入，则读取蓄电池直接介入概率参数进行蓄电池直接介入判定，蓄电池直接介入概率参数由式2给出：

D_d＝b_sta+b_bia+r  式2

其中，D_d为蓄电池直接介入倾向参数，b_sta为预设的蓄电池基础直接介入倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，r为蓄电池直接介入倾向参数的修正参数，在每次能量交换结束后与经济阈进行对比并自行按设定步长修正；

并根据判定结果通过随机数指令码输出接口分别向对应的蓄电池主接口40和超级电容储能主接口广播，对方响应并在对应母线上线进行能量交换时，对应的单元组监控单元将记录本次交换并反馈至主控概率指数发生器单元，主控概率指数发生器单元将根据交换效果及经济性判别指标决定是否对系统介入概率修正参数以及蓄电池直接介入概率参数进行预设步长的正负调整，判别依据由式3给出：

$S_j=\frac{Q_1+Q_2+...+Q_n}{n}$   式3

其中，S_j为蓄电池经济性判别指标，Q_n为前n次超级电容能量交换的容量值，n为预先设定的均值计算范围值，可由人为调节,对于超级电容储能单元的交换而言，若交换完成后所监测电网电压回归接受域，则对蓄电池直接介入概率参数进行负修正；若交换完成后监测电网电压未回归接受域，则对蓄电池直接介入概率参数进行正修正；对于蓄电池储能单元而言，能量交换完成后，若交换量大于S_j,则对蓄电池直接介入概率参数进行正修正，否则进行负修正。

上述技术方案中，蓄电池单元组主接口包括蓄电池动作概率指数发生器单元、主控概率指数接收单元、蓄电池动作指令码发送单元、蓄电池储能单元组主检测单元；

蓄电池单元组主接口通过主控概率指数接收单元接收来自概率指数主控单元的工作状态随机数指令码，随后将指令码传递至蓄电池动作概率指数发生器单元进行概率计算处理得到蓄电池储能单元的动作倾向参数，所用公式形如式4所示：

D_b＝k(η+t)  式4

其中，D_b为广播至下属所有蓄电池储能单元的动作倾向参数，k为充/放电系数，充电则为1，放电则取-1，η为概率指数主控单元发送至蓄电池单元组主接口的动作倾向参数，t为调整系数，由人为设定用以调节下属蓄电池储能单元的整体响应灵敏度；

将得到的蓄电池储能单元的动作倾向参数通过蓄电池动作指令码发送单元(408)向下属的所有蓄电池储能单元接口(302)进行广播，各个蓄电池储能单元接口(302)针对指令码独立进行响应，其中，单个响应原理为运行如式5所示公式：

$P_b=\left\{\begin{array}{cc}S+D_b+m,& (D_b>0)\\ (1-S)-D_b+m,& (D_b<0)\end{array}\right\}$   式5

其中，P_b为计算得出的该蓄电池单元接入母线的动作概率，S为该蓄电池单元的SOC(荷电状态)系数，D_b为收到的蓄电池储能单元的动作倾向参数，m为调整参数，可用于人为调节该蓄电池单元的响应灵敏度；

此外，每个蓄电池单元接口(302)还有一个用以标识该蓄电池单元接口下属蓄电池前次工作状态的前次充放电标识位F，若该蓄电池前次工作状态为充电，则F取值为1，前次工作状态为放电，则F取值为0，当蓄电池放电至空时，F取值从0自动跳变为1，当蓄电池充满时，F取值自动从1跳为0；F取值为0的蓄电池单元对D_b大于0，即充电的动作倾向参数不响应，F取值为1的蓄电池单元对D_b小于0，即放电的动作倾向参数不响应，但当D_b取值为1或-1时，则强制响应，不考虑前次充放电标志位F的状态；

计算出动作概率P_b后，以此为概率值，采用伯努利概型或类似概型进行概率判定，各个蓄电池储能单元接口(302)根据自己的判定结果作为自身与蓄电池单元供电母线(301)导通的判据。

一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能控制方法，其特征在于：

步骤1)、预设基本系统动作倾向参数a，并由蓄电池单元组进行内蓄电池接入倾向值初始化，同时蓄电池储能单元组下属的蓄电池储能单元接口分别对下接的蓄电池单元以等概率进行充放电标志位初始化，随机生成前次充放电标志位，并对其进行SOC估算；

步骤2)、检测外部电网电压并与电压标准值相比，计算系统动作倾向参数P_a，P_a＝a+b_bia,其中其中P_a为系统动作倾向参数，a为预设的基本系统动作倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，V_m为被监测电压值，V_s为标准电压值,V_r为可接受电压偏离幅度阈的宽度；

步骤3)、根据系统动作倾向参数进行判定，决定超级电容储能单元(20)或蓄电池储能单元(30)是否通过受控大功率双向AC/DC变换器(60)介入电网，如需要介入则进行步骤4)，如不动作进行步骤2)；

步骤4)、根据蓄电池直接介入倾向参数判定蓄电池单元是否介入，如介入则进行步骤5)，如不介入则进行步骤8)；

步骤5)、蓄电池单元开关闭合，系统动作倾向参数送至蓄电池动作概率指数发生器，并进行处理和广播；

步骤6)、蓄电池组根据充/放电状态和蓄电池单元接入母线的动作概率进行母线交互充/放电直到电压恢复至可接受阈或电池组耗尽/充满；

步骤7)、判断蓄电池充/放电量是否达到经济阈，如达到进行步骤2)，如未达到则对蓄电池介入倾向进行负修正，然后进行步骤2)；

步骤8)、超级电容单元开关闭合，判断电容充满/耗尽后当前电压偏移值是否回归接受域，如已回归则对蓄电池介入倾向值进行正修正；如未回归接受域，则对蓄电池接入倾向值进行负修正，并进行步骤5)，如回归接受域则进行步骤2。

上述技术方案中，检测外部电网电压并与电压标准值相比的结果最为判定域，判定域划分为接受域、动作域、紧急域，接受域是指所监测系统电压完全可接受的微小波动范围域，动作域是指所监测系统电压可承受但应考虑进行干预的较明显波动范围域，紧急域是指所监测系统电压出现必须干预的强烈波动范围域。

上述技术方案中，当被监测电压处于接受域时，系统不动作；

当被监测电压处于动作域时，系统根据电压偏离接受域边缘阈值的幅度确定系统动作倾向参数；

当被监测电压处于紧急域时，系统动作倾向参数直接设定为1，不进行动作判定，直接要求系统进入动作状态。

相较于现有技术，所述电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，通过主控函数指数发生器单元对所处外部电网进行监测，并根据运行状态自修正动作概率函数的倾向因子，能够在有效过滤所处外部电网微小波动的同时保证对所处外部电网的有功功率平衡进行有效干预；此外，所述系统可根据运行效果自动计算得出超级电容和蓄电池的工作倾向修正因子，并据此影响动作概率函数，从而使超级电容和蓄电池的工作比例达到统计学上的最优，提高系统整体经济性；通过蓄电池单元接口对所接蓄电池组的SOC估计以及前次充/放电状态记录，结合蓄电池动作概率指数发生器单元发出的工作状态随机数指令码，可用概率学原理保证在不影响系统工作性能的情况下使各蓄电池组均衡工作的同时进行有效率的单次循环，延长蓄电池使用寿命，进一步提高系统整体运行性能和经济性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电力系统自适应超级电容-蓄电池混合储能系统结构示意图

图2为本发明实施例提供的基于所述主控概率指数发生器单元结构示意图

图3为本发明实施例提供的基于所述蓄电池单元组主接口结构示意图

图4为本发明实施例提供的双层自适应概率算法逻辑流程图

主要元件符号说明

概率指数主控单元            10

超级电容储能单元            20

蓄电池储能单元              30

蓄电池单元组主接口          40

系统工作主接口              50

大功率双向AC/DC变换器       60

超级电容系统单元接口        201

超级电容供电母线            202

超级电容储能单元接口        203

蓄电池单元供电母线          301

蓄电池储能单元接口          302

电网状态检测接入口          101

双向AC/DC变换器控制接口     102

双向AC/DC变换器电气接口     103

超级电容储能单元组电气接口  104

超级电容储能单元组监控单元  105

主控概率指数发生器单元      106

随机数指令码输出接口        107

蓄电池储能单元组监控单元          108

蓄电池储能单元组电气接口          109

主控概率指数接收单元              401

蓄电池储能单元组主电气通路上接口  402

控制通路                          403

主电气通路                        404

蓄电池储能单元组主监测单元        405

蓄电池储能单元组主电气通路下接口  406

蓄电池动作概率指数发生器单元      407

蓄电池动作指令码发送单元          408

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的电力系统自适应超级电容-蓄电池混合储能系统及其算法原理。图1～图3将仅对系统结构进行注解，典型系统运行模式将在图4中进行说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种适用于各种不同特点电力系统的自适应超级电容-蓄电池混合储能系统，该电力系统自适应超级电容-蓄电池混合储能系统包括一概率指数主控单元10以及若干超级电容储能单元20和蓄电池储能单元30和配套的蓄电池单元组主接口40、系统工作主接口50、大功率双向AC/DC变换器60。

所述超级电容储能单元20包括至少一组超级电容，每组超级电容应通过超级电容储能单元接口203接入超级电容供电母线202，并由母线统一接入超级电容系统单元接口201。其组数可根据系统配置容量等进行任意配比，其容量越大，系统对震荡型有功波动的平抑能力就越强，蓄电池的动作频率也将下降，但系统造价亦会相应提高，在系统应用中，应通过成熟的公式计算其与蓄电池单元组的容量配比，以达到最佳的运行效能和经济性。该超级电容储能单元20可选用现有的超级电容，如双电层电容器等，也可采用任何具有高速充放电、高可循环次数及循环效能的类超级电容储能单元。

所述蓄电池储能单元30包括至少一组蓄电池，但如需完全应用实施例的双层自适应概率算法，则至少需要两组蓄电池储能组，每组蓄电池应通过蓄电池储能单元接口302接入蓄电池单元供电母线301，并由母线统一接入蓄电池单元主接口40。其组数可根据系统配置容量等进行配比，其容量越大，则系统对大幅度有功波动的平抑能力就越强，但系统造价亦会相应提高，在双层自适应概率算法下，蓄电池储能组的数量可在保证系统运行的情况下任意增减而无需对系统进行重新设置。该蓄电池储能单元30可选用现有的蓄电池，如铅酸蓄电池、锂电池等，也可采用任何具有大容量，稳定循环效能的类蓄电池储能单元。

所述系统工作主接口50作为所述储能系统接入工作所属电力系统的电气接口，其控制监测信号接入概率指数主控单元10，电气线路接入受概率指数主控单元10控制的大功率双向AC/DC变换器60。

请参阅图2,实施例中所述概率指数主控单元10内部结构如图2所示。主控概率指数发生器单元106通过与系统工作主接口50相连的电网状态检测接入口101对所处电力系统的运行情况进行周期性实时感知，并与所设定的正常运行阈值进行比对，根据运行状态偏离幅度计算系统介入概率参数，以此来对系统介入动作进行判定。若不介入则忽略，进行下一轮侦测，判定为介入，则读取蓄电池直接介入概率参数进行蓄电池直接介入判定，并根据判定结果通过随机数指令码输出接口107向对应储能单元组主接口广播，对方响应并在对应母线上线进行能量交换时，对应的单元组监控单元105和108将记录本次交换并反馈至主控概率指数发生器单元106，主控概率指数发生器单元106将根据公式计算交换效果及经济性判别指标决定是否对系统介入概率修正参数以及蓄电池直接介入概率参数进行正负调整。其中随机数指令码输出接口107进行低码率单向广播，不需要特殊通信可靠性保障手段，同时也可以使用无线广播。

请参阅图3,实施例中所述蓄电池单元组主接口内部结构如图3所示。蓄电池动作概率指数发生器单元407通过主控概率指数接收单元401接收来自概率指数主控单元10的动作指令码，随后经过概率公式计算处理，将处理后的指令码通过蓄电池动作指令码发送单元408向下属的蓄电池单元进行广播，蓄电池单元针对指令码进行响应，利用概率学原理，无需通信确认，最适合当前条件的蓄电池单元将自动上线通过母线完成能量交换。在能量交换阶段，蓄电池储能单元组主检测单元405会对能量交换情况进行监测并将数据回传蓄电池动作概率指数发生器单元407，作为蓄电池直接接入概率参数的修正参数的生成依据。

请参阅图4，实施例典型的系统基本运行逻辑如图4所示。系统安置完成，启动后，先对系统动作倾向参数进行初始化，并由蓄电池单元组进行内蓄电池接入倾向值初始化，同时蓄电池储能单元组下属的蓄电池储能单元接口分别对下接的蓄电池单元以等概率进行充放电标志位初始化，随机生成前次充放电标志位，并对其进行SOC估算。

系统采用可变周期监测，在判定系统动作后，将停止监测，系统将持续进行能量交换直到其工作所处的电力系统电压恢复至可接受阈值。在无交换时，系统将以固定周期对其工作所处的电力系统电压进行监测。监测电压判定域分为接受域、动作域、紧急域，接受域是指所监测系统电压完全可接受的微小波动范围域，动作域是指所监测系统电压可承受但应考虑进行干预的较明显波动范围域，紧急域是指所监测系统电压出现必须干预的强烈波动范围域，三者的域值范围依次增大。当被监测电压处于接受域时，系统不动作；当被监测电压处于动作域时，系统根据电压偏离接受域边缘阈值的幅度确定系统动作倾向参数，确定方法如式1所述：

P_a＝a+b_bia,其中  (式1)

其中P_a为系统动作倾向参数，a为预设的基本系统动作倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，V_m为被监测电压值，V_s为标准电压值。

随后以系统动作倾向参数为概率进行伯努利或类似概型判定，并以此为动作判据；当被监测电压处于紧急域时，系统动作倾向参数直接设定为1，不进行动作判定，直接要求系统进入动作状态。

若被监测电压处于动作域，则根据计算出的动作倾向参数，进行动作判定，可采用伯努利概率模型或其他类似修正模型，若判定结果为不动作，则返回进行下一个监测周期，若判定结果为动作，则和被监测电压处于紧急域时一样进入动作态。系统进入动作态后，读取蓄电池介入倾向参数，结合偏离幅度计算蓄电池直接介入倾向参数，所用公式如式2所述：

D_d＝b_sta+b_bia+r  (式2)

其中，D_d为蓄电池直接介入倾向参数，b_sta为预设的蓄电池直接介入基本概率参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，r为蓄电池直接介入倾向参数的修正参数，在每次能量交换结束后与经济阈进行对比并自行按特定步长修正。其修正方法如式3和说明所示：

$S_j=\frac{Q_1+Q_2+...+Q_n}{n}$   式3

其中，Sj为蓄电池经济性判别指标，Pn为前n次超级电容能量交换的容量值，n为预先设定的均值计算范围值，可由人为调节。对于超级电容储能单元的交换而言，若交换完成后所监测电网电压回归接受域，则对蓄电池直接介入概率参数进行负修正；若交换完成后监测电网电压未回归接受域，则对蓄电池直接介入概率参数进行正修正。对于蓄电池储能单元而言，能量交换完成后，若交换量大于Sj,则对蓄电池直接介入概率参数进行正修正，否则进行负修正。修正步长由人为直接设定，为一固定值。

计算得出蓄电池直接介入倾向参数后，将其作为概率值采用伯努利概率模型或其他类似修正模型进行概率判定。若判定结果为不直接介入，则向超级电容储能单元组发出动作指令，超级电容上线进行能量交换，直到被监测电压回归接受域的边缘阈值或超级电容储能组达到充放电容量极限。

当超级电容储能组达到充放电容量极限后，对被监测电压进行判定，若仍未回归接受域的边缘阈值，则向蓄电池储能组发送动作概率指令，同时根据当前电压偏移值产生修正参数对蓄电池介入倾向值进行修正。

当蓄电池直接介入判定结果为直接介入或超级电容组调节能力到达极限，就进入到蓄电池组调节模式。概率指数主控单元向蓄电池储能组发送包含动作倾向参数的动作指令，蓄电池单元组主接口收到动作指令后根据能量交换方向(充/放电)计算倾向参数，并向下属的所有蓄电池储能单元进行广播，其典型计算公式如式4所述：

D_b＝k(η+t)  (式4)

其中，D_b为广播至下属所有蓄电池储能单元的倾向参数，k为充/放电系数，充电则为1，放电则取-1，η为概率主控单元发送至蓄电池储能组的动作倾向参数，t为调整系数，可由人为设定用以调节下属蓄电池储能单元的整体响应灵敏度。

蓄电池储能单元接口收到指令后，会根据当前指令码中包含的信息(充/放，倾向参数)等，结合自身下辖的蓄电池单元的SOC状况以及前次充/放电标志位进行综合计算得出动作概率，其计算公式如式5所示：

$P_b=\left\{\begin{array}{cc}S+D_b+m,& (D_b>0)\\ (1-S)-D_b+m,& (D_b<0)\end{array}\right\}$   (式5)

其中，P_b为计算得出的动作概率，S为该蓄电池单元的SOC系数，D_b为收到的蓄电池储能单元倾向参数，m为调整参数，可用于人为调节该蓄电池单元的响应灵敏度。

进行采用伯努利概型或类似改进模型的判定实验，若判定结果为动作，则上线进行能量交换，通过类似式4及式5等公式的调节，该算法可以从统计学上保证每次上线参与能量交换的蓄电池单元为当前环境下众单元中的最优或较优选择，从而不需要双向通信确认，仅需低码率的通信广播即可完成智能可靠的蓄电池选择。在蓄电池进行能量交换时，蓄电池储能单元组主检测单元会对能量交换状况进行监测，待能量交换完毕后，若蓄电池储能单元组是直接介入工作的，则与经济阈值进行对比(该经济阈值正相关于超级电容的总容量)，得出蓄电池介入倾向值的修正参数，用以对蓄电池介入倾向值进行修正。通过一段时间的运行和修正，蓄电池介入倾向值会无限接近于超级电容单元和蓄电池单元的最优介入配比，各蓄电池单元也可在保证系统性能的情况下，通过概率判定算法达到各自的最优运行工况而不互相影响，从而使整个系统达到统计学上的最优运行状态，延长系统使用寿命，提高运行经济性和系统性能。

请参考图1。在实际实施中，可将概率指数主控单元10、超级电容储能单元20、大功率双向AC/DC变换器60及其附属元件可建设为一个整合系统A，蓄电池储能单元30及其附属配件可根据通风、散热和占地等建设为另一个便于管理的系统B，A与B之间仅需要电气连接和低码率的单向通信连接，也可以使用无线低码率广播。系统建成投入运行后，蓄电池储能单元的规模可进行灵活的更改，无论是对单个接口下属的单元数量进行微调(但要保证额定工作电压的稳定)，还是以接口为单位进行模块化加减，由于采用系统进行单向广播，储能接口自行响应的模式，均不需要对系统做逻辑更改，具有相当的灵活性。当调节超级电容储能单元组的规模时，则需要对蓄电池经济阈值进行相应调整，以便系统能够精确地对最优经济运行比例进行自适应并持续跟踪。

本发明提供的电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统具有以下优点：所述自适应超级电容—蓄电池混合储能系统通过所述电网状态检测输入口对所处电网进行周期性检测，并由所述概率指数主控单元进行概率指数的计算并通过概率指数的方式来对整个储能系统进行控制。其相较传统的被动电压钳位控制方式更灵活主动，能保证在不需要高性能处理器和高质量通信系统的情况下对每个储能单元独立进行主动的个性化管理，使其尽可能处在最优工况的同时保证甚至提高整个系统的运行表现，提升储能单元的运行寿命和整体的运行经济性。此外，所述的自适应超级电容—蓄电池混合储能系统采用动态算法，采用概率指数的方式，利用每次的运行结果对几个关键参数进行主动修正，最终使所述混合储能系统的各项运行选择无限接近统计学最优比例，能够对大多数不同特点的电力系统进行自适应，无需人工干预即可达到最佳性能和经济性运行表现。同时，通过主控概率指数发生器广播，储能单元自响应的算法结构，利用概率学原理保证系统的可靠性和稳定性，无需高实时性的通讯链路支持，系统具有良好的开放性，可方便地对蓄电池储能单元的容量规模进行改变而无需对所述混合储能系统进行重新设置，降低了运行维护成本和难度，进一步提高了运行经济性和稳定性。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于包括：整合系统A和管理系统B，所述整合系统A包括：

概率指数主控单元(10)：用于检测系统所处电力系统波动情况并，计算系统动作倾向参数，然后对系统动作倾向参数进行伯努利概型或同等概率模型判定，决定超级电容储能单元(20)或蓄电池储能单元(30)是否通过受控大功率双向AC/DC变换器(60)介入电网，若判定为介入电网则根据判断结果向蓄电池单元组主接口(40)或超级电容系统单元接口(201)发送工作状态随机数指令码；

超级电容储能单元(20)：包括至少一组超级电容,每组超级电容通过超级电容储能单元接口(203)接入超级电容供电母线(202)，并由超级电容供电母线(202)接入超级电容系统单元接口(201)；

大功率双向AC/DC变换器(60):为系统提供电能交换通路，工作受概率指数主控单元(10)控制，将实现直流到交流电，交流到直流电的转换；

管理系统B包括：蓄电池单元组主接口(40)和蓄电池储能单元(30)，蓄电池储能单元(30)包括蓄电池单元，每组蓄电池单元通过蓄电池储能单元接口(302)接入蓄电池单元供电母线(301)，并由蓄电池单元供电母线(301)接入蓄电池单元主接口(40)。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于，系统动作倾向参数计算方式采用运算形如式1的公式：

P_a＝a+b_bia,其中式1

其中P_a为系统动作倾向参数，a为预设的基本系统动作倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，V_m为被监测电压值，V_s为标准电压值，V_r为可接受电压偏离幅度阈的宽度。

3.根据权利要求1所述的一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于，超级电容系统单元接口(201)：包括用于接收处理工作状态随机数指令码的模块和受模块控制的开关。

4.根据权利要求1-2任一所述的一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于，所述概率指数主控单元(10)包括主控概率指数发生器单元(106)、随机数指令码输出接口(107)、蓄电池储能单元组监控单元(108)、超级电容储能单元组监控单元(105)；

主控概率指数发生器单元(106)通过与系统工作主接口(50)相连的电网状态检测接入口(101)对所处电力系统的运行情况进行周期性实时感知，并与所设定的正常运行阈值进行比对，根据运行状态偏离幅度计算系统的系统动作倾向参数，以此来对系统介入动作进行判定；

若不介入则忽略，进行下一轮侦测，判定为介入，则读取蓄电池直接介入概率参数进行蓄电池直接介入判定，蓄电池直接介入概率参数由式2给出：

D_d＝b_sta+b_bia+r  式2

其中，D_d为蓄电池直接介入倾向参数，b_sta为预设的蓄电池基础直接介入倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，r为蓄电池直接介入倾向参数的修正参数，在每次能量交换结束后与经济阈进行对比并自行按设定步长修正；

并根据判定结果通过随机数指令码输出接口(107)分别向对应的蓄电池主接口40和超级电容储能主接口(201)广播，对方响应并在对应母线上线进行能量交换时，对应的单元组监控单元(105，108)将记录本次交换并反馈至主控概率指数发生器单元(106)，主控概率指数发生器单元(106)将根据交换效果及经济性判别指标决定是否对系统介入概率修正参数以及蓄电池直接介入概率参数进行预设步长的正负调整，判别依据由式3给出：

$S_j=\frac{Q_1+Q_2+...+Q_n}{n}$ 式3

其中，S_j为蓄电池经济性判别指标，Q_n为前n次超级电容能量交换的容量值，n为预先设定的均值计算范围值，可由人为调节,对于超级电容储能单元的交换而言，若交换完成后所监测电网电压回归接受域，则对蓄电池直接介入概率参数进行负修正；若交换完成后监测电网电压未回归接受域，则对蓄电池直接介入概率参数进行正修正；对于蓄电池储能单元而言，能量交换完成后，若交换量大于S_j,则对蓄电池直接介入概率参数进行正修正，否则进行负修正。

5.根据权利要求1所述的一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于，蓄电池单元组主接口(40)包括蓄电池动作概率指数发生器单元(407)、主控概率指数接收单元(401)、蓄电池动作指令码发送单元(408)、蓄电池储能单元组主检测单元(405)；

蓄电池单元组主接口(40)通过主控概率指数接收单元(401)接收来自概率指数主控单元(10)的工作状态随机数指令码，随后将指令码传递至蓄电池动作概率指数发生器单元(407)进行概率计算处理得到蓄电池储能单元的动作倾向参数，所用公式形如式4所示：

D_b＝k(η+t)  式4

其中，D_b为广播至下属所有蓄电池储能单元的动作倾向参数，k为充/放电系数，充电则为1，放电则取-1，η为概率指数主控单元发送至蓄电池单元组主接口的动作倾向参数，t为调整系数，由人为设定用以调节下属蓄电池储能单元的整体响应灵敏度；

将得到的蓄电池储能单元的动作倾向参数通过蓄电池动作指令码发送单元(408)向下属的所有蓄电池储能单元接口(302)进行广播，各个蓄电池储能单元接口(302)针对指令码独立进行响应，其中，单个响应原理为运行如式5所示公式：

$P_b=\left\{\begin{array}{cc}S+D_b+m,& (D_b>0)\\ (1-S)-D_b+m,& (D_b<0)\end{array}\right\}$ 式5

其中，P_b为计算得出的该蓄电池单元接入母线的动作概率，S为该蓄电池单元的SOC(荷电状态)系数，D_b为收到的蓄电池储能单元的动作倾向参数，m为调整参数，可用于人为调节该蓄电池单元的响应灵敏度；

此外，每个蓄电池单元接口(302)还有一个用以标识该蓄电池单元接口下属蓄电池前次工作状态的前次充放电标识位F，若该蓄电池前次工作状态为充电，则F取值为1，前次工作状态为放电，则F取值为0，当蓄电池放电至空时，F取值从0自动跳变为1，当蓄电池充满时，F取值自动从1跳为0；F取值为0的蓄电池单元对D_b大于0，即充电的动作倾向参数不响应，F取值为1的蓄电池单元对D_b小于0，即放电的动作倾向参数不响应，但当D_b取值为1或-1时，则强制响应，不考虑前次充放电标志位F的状态；

计算出动作概率P_b后，以此为概率值，采用伯努利概型或类似概型进行概率判定，各个蓄电池储能单元接口(302)根据自己的判定结果作为自身与蓄电池单元供电母线(301)导通的判据。

6.一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能控制方法，其特征在于：

步骤1)、预设基本系统动作倾向参数a，并由蓄电池单元组进行内蓄电池接入倾向值初始化，同时蓄电池储能单元组下属的蓄电池储能单元接口分别对下接的蓄电池单元以等概率进行充放电标志位初始化，随机生成前次充放电标志位，并对其进行SOC估算；

步骤2)、检测外部电网电压并与电压标准值相比，计算系统动作倾向参数P_a，P_a＝a+b_bia,其中其中P_a为系统动作倾向参数，a为预设的基本系统动作倾向参数，b_bia为被监测电压相对标准电压的偏离幅度系数，V_m为被监测电压值，V_s为标准电压值,V_r为可接受电压偏离幅度阈的宽度；

步骤3)、根据系统动作倾向参数进行判定，决定超级电容储能单元(20)或蓄电池储能单元(30)是否通过受控大功率双向AC/DC变换器(60)介入电网，如需要介入则进行步骤4)，如不动作进行步骤2)；

步骤4)、根据蓄电池直接介入倾向参数判定蓄电池单元是否介入，如介入则进行步骤5)，如不介入则进行步骤8)；

步骤5)、蓄电池单元开关闭合，系统动作倾向参数送至蓄电池动作概率指数发生器，并进行处理和广播；

步骤6)、蓄电池组根据充/放电状态和蓄电池单元接入母线的动作概率进行母线交互充/放电直到电压恢复至可接受阈或电池组耗尽/充满；

步骤7)、判断蓄电池充/放电量是否达到经济阈，如达到进行步骤2)，如未达到则对蓄电池介入倾向进行负修正，然后进行步骤2)；

步骤8)、超级电容单元开关闭合，判断电容充满/耗尽后当前电压偏移值是否回归接受域，如已回归则对蓄电池介入倾向值进行正修正；如未回归接受域，则对蓄电池接入倾向值进行负修正，并进行步骤5)，如回归接受域则进行步骤2。

7.根据权利要求6所述的一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能控制方法，其特征在于：检测外部电网电压并与电压标准值相比的结果最为判定域，判定域划分为接受域、动作域、紧急域，接受域是指所监测系统电压完全可接受的微小波动范围域，动作域是指所监测系统电压可承受但应考虑进行干预的较明显波动范围域，紧急域是指所监测系统电压出现必须干预的强烈波动范围域。

8.根据权利要求7所述的一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能控制算法，其特征在于：

当被监测电压处于接受域时，系统不动作；

当被监测电压处于动作域时，系统根据电压偏离接受域边缘阈值的幅度确定系统动作倾向参数；

当被监测电压处于紧急域时，系统动作倾向参数直接设定为1，不进行动作判定，直接要求系统进入动作状态。