CN105162153B - 一种混合储能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合储能控制方法，对于由混合储能和分布式电源构成的微网系统进行平滑波动的功率控制；所述混合储能是超级电容和蓄电池组成的混合储能系统；所述分布式电源是风电；所述混合储能控制方法中，对分布式电源输出功率进行傅里叶变换得到的功率波动频谱图，通过二阶低通滤波来确定超级电容和蓄电池各自的功率，作为储能系统恒功率控制的参考值，实现对微网系统的并网联络线输出功率的平滑控制。本发明在满足并网功率波动要求的情况下，可以对二级低通滤波后的参考功率进一步进行修正，基于电池充放电功率限制实现混合储能平滑波动功率控制。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，特别涉及一种混合储能控制方法。
背景技术
风力发电是实现我国能源和电力可持续发展战略的重要组成之一。由于风电输出功率具有很强的波动性、随机性，且风速预测存在一定的误差，因此大规模风电并网会给电力系统的安全稳定运行带来一系列的技术难题。
为了更高效地利用可再生能源，在风能资源比较丰富的环境中，采用储能技术对风机机组输出功率进行调控，提高风电场并网运行能力；即，通过构建风储互补系统进行发电，可以提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，使风电场效益最大化。对风电场功率进行出力波动的平抑时，在综合考虑系统成本、体积、重量基础上，需要储能系统兼具高功率密度、高能量密度、高循环寿命的特点。
常见的储能系统可分为功率型和能量型。前者具有功率密度大，响应速度快等优点，但能量密度较小，如超级电容器、超导储能、飞轮储能等；后者具有能量密度大，但功率响应较慢不适于频繁充放电，如蓄电池和抽水蓄能等。由于上述缺点的限制，单一种类的储能系统将很难满足风电等分布式发电与微网的要求，因此，必须结合两种或更多种储能设备组成混合储能系统，实现技术互补。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合储能控制方法，对于超级电容(SC)和蓄电池(Battery)组成的混合储能系统，在二级低通滤波原理的基础上，基于电池充放电功率限制实现混合储能平滑波动功率控制。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种混合储能控制方法，对于由混合储能和分布式电源构成的微网系统进行平滑波动的功率控制；所述混合储能是超级电容和蓄电池组成的混合储能系统；所述分布式电源是风电；
所述混合储能控制方法中，对分布式电源输出功率进行傅里叶变换，得到功率波动频谱图；基于功率波动频谱图，通过低通滤波来确定超级电容和蓄电池各自的功率，作为储能系统恒功率控制的参考值；
通过超级电容的功率来补偿波动频率大但幅值小的分量，通过蓄电池的功率来补偿波动频率小但幅值大的分量，实现对微网系统的并网联络线输出功率的平滑控制。
优选地，以储能放电功率为正，充电功率为负，得到微网系统的变量关系如下：
PE＝Pline-Pw
其中：PE为储能输出功率；Pline为并网联络线功率；Pw为风电输出功率。
优选地，所述混合储能控制方法基于功率波动频谱图进行二阶低通滤波，结合分布式电源并网功率波动要求和混合储能配置的容量，确定超级电容和蓄电池分别需要平抑的波动频率段，从而确定二阶低通滤波对应的时间常数，得到超级电容和蓄电池各自输出的参考功率。
优选地，超级电容和电池的参考功率分别为：
其中，PT为分布式电源总的出力，时间常数TSC、Tbat分别与超级电容和蓄电池在功率波动频谱图中的截止频率fSC、fbat相对应；并且，TSC＜Tbat，fSC＜fbat。
优选地，所述混合储能控制方法中，在蓄电池的SOC达到设定的限值时，禁止其充放电；而在蓄电池的SOC未达到设定的限值时，根据蓄电池的额定功率和容量将其充放电功率限制在设定范围内。
优选地，所述混合储能控制方法，在满足并网功率波动要求的情况下，对二级低通滤波后得到的参考功率进行修正，根据蓄电池充放电要求设置功率限值，超出蓄电池充放电功率限值的部分由超级电容来补偿。
优选地，对参考功率进行修正时使用的限值管理方法，包含：
对于正常工作区：|Pbat_ref|≤Pbat_set，则ΔPbat＝0，相应的ΔPSC＝0；
对于放电功率越限：Pbat_ref＞Pbat_set，则ΔPbat＝Pbat_ref-Pbat_set，相应的ΔPSC＝-ΔPbat；
对于充电功率越限：Pbat_ref＜-Pbat_set，则ΔPbat＝Pbat_ref+Pbat_set，相应的ΔPSC＝-ΔPbat；
其中：Pbat_set为蓄电池的限值功率；PSC_ref、Pbat_ref分别为修正前的超级电容和蓄电池的参考功率；P′SC_ref、P′bat_ref分别为修正后的超级电容和蓄电池的参考功率；ΔPSC、ΔPbat分别为修正功率，且ΔPSC＝-ΔPbat。
与现有技术相比，本发明所述的一种混合储能控制方法，对于超级电容和蓄电池组成的混合储能系统，在二级低通滤波原理的基础上，基于功率波动的频谱图来确定超级电容和蓄电池的功率，作为储能系统恒功率控制的参考值，即可达到平滑波动的控制效果。并且，在满足并网功率波动要求的情况下，可以对二级低通滤波后的参考功率进一步进行修正，基于电池充放电功率限制实现混合储能平滑波动功率控制。
附图说明
图1是本发明所述混合储能控制方法适用的风储微网系统示意图；
图2是本发明中分布式电源出力波动的频谱分布示意图；
图3是本发明中二阶低通滤波控制示意图；
图4是本发明中考虑电池功率限制的修正控制框图。
具体实施方式
本发明中提供的混合储能控制方法，在进行平滑波动的功率控制时，由混合储能和分布式电源构成的微网系统，如图1所示。所述混合储能可以是超级电容(SC)和蓄电池(Battery)组成的混合储能系统；所述分布式电源可以是风电。
以储能放电功率为正，充电功率为负，图1中的变量关系如下：
PE＝Pkine-Pw
其中：PE为储能输出功率；Pline为并网联络线功率；Pw为风电输出功率。
其中，微网并网运行时，为减少风电等间歇式分布式电源对配网电能质量的影响，要对并网联络线输出功率进行平滑。首先对分布式电源输出功率进行傅里叶变换，得到功率波动频谱图。分布式电源出力波动的频谱分布如图2所示。超级电容功率密度大能量密度小，循环寿命长，用来补偿波动频率大但幅值小的分量，电池功率密度小能量密度大，用来补偿波动频率小但幅值较大的分量。
基于功率波动的频谱图，采用低通滤波的方法来确定超级电容和蓄电池的功率。本例中使用图3所示的二阶低通滤波实现。其中，PT为分布式电源总的出力，时间常数TSC＜Tbat，分别对应图2中的截止频率fSC＜fbat。
根据分布式电源出力的频谱分析图，结合分布式电源并网功率波动要求和混合储能配置的容量，可确定电池和超级电容分别需要平抑的波动频率段，从而确定低通滤波对应的时间常数，得到各自的输出功率参考值。由图3可得超级电容和电池的参考功率分别为：
将低通滤波得到的参考功率作为储能系统恒功率控制的参考值，即可达到平滑波动的控制效果。
由上式可知，滤波时间常数确定后，储能的参考功率只和分布式电源的出力有关。若分布式电源出力出现较大波动，储能补偿的参考功率也会出现波动。电池的充放电电流要求比较严格，为保障电池的经济优化运行，通常要考虑电池的充放电状态和充放电功率限制。实际应用中通常在电池SOC(荷电状态)达到严重限值时，禁止其充放电；在SOC未达到严重限值时，根据电池的额定功率和容量将其充放电功率限制在一定范围内。
因此，在满足并网功率波动要求的情况下，可以对二级低通滤波后的参考功率进一步进行修正，根据电池充放电要求设置功率限值，超出电池充放电功率限值的由超级电容来补偿，修正框图如图4所示。
其中：Pbat_set为电池的限值功率；PSC_ref、Pbat_ref分别为修正前的超级电容和电池参考功率；P′SC_ref、P′bat_ref分别为修正后的超级电容和电池参考功率；ΔPSC、ΔPbat分别为修正功率，且ΔPSC＝-ΔPbat。
限值管理的具体方法如下：
1)正常工作区：|Pbat_ref|≤Pbat_set，则ΔPbat＝0，相应的ΔPSC＝0；
2)放电功率越限：Pbat_ref＞Pbat_set，则ΔPbat＝Pbat_ref-Pbat_set，相应的ΔPSC＝-ΔPbat；
3)充电功率越限：Pbat_ref＜-Pbat_set，则ΔPbat＝Pbat_ref+Pbat_set，相应的ΔPSC＝-ΔPbat。
利用上述限值修正方法，能在满足并网联络线功率控制要求的情况下，使电池充放电功率不越限，并充分利用超级电容大功率充放电特点，吸收尖峰波动功率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种混合储能控制方法，其特征在于，
对于由混合储能和分布式电源构成的微网系统进行平滑波动的功率控制；所述混合储能是超级电容和蓄电池组成的混合储能系统；所述分布式电源是风电；
所述混合储能控制方法中，对分布式电源输出功率进行傅里叶变换，得到功率波动频谱图；基于功率波动频谱图，通过低通滤波来确定超级电容和蓄电池各自的功率，作为储能系统恒功率控制的参考值；
通过超级电容的功率来补偿波动频率大但幅值小的分量，通过蓄电池的功率来补偿波动频率小但幅值大的分量，实现对微网系统的并网联络线输出功率的平滑控制；
其中，超级电容和蓄电池的参考功率分别为：
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其中，PT为分布式电源总的出力，时间常数TSC、Tbat分别与超级电容和蓄电池在功率波动频谱图中的截止频率fSC、fbat相对应；并且，TSC＜Tbat，fSC＜fbat；
所述混合储能控制方法，在满足并网功率波动要求的情况下，对二级低通滤波后得到的参考功率进行修正，根据蓄电池充放电要求设置功率限值，超出蓄电池充放电功率限值的部分由超级电容来补偿；
对参考功率进行修正时使用的限值方法，包含：
对于正常工作区：|Pbat_ref|≤Pbat_set，则ΔPbat＝0，相应的ΔPSC＝0；
对于放电功率越限：Pbat_ref＞Pbat_set，则ΔPbat＝Pbat_ref-Pbat_set，相应的ΔPSC＝-ΔPbat；
对于充电功率越限：Pbat_ref＜-Pbat_set，则ΔPbat＝Pbat_ref+Pbat_set，相应的ΔPSC＝-ΔPbat；
其中：Pbat_set为蓄电池的限值功率；PSC_ref、Pbat_ref分别为修正前的超级电容和蓄电池的参考功率；P′SC_ref、P′bat_ref分别为修正后的超级电容和蓄电池的参考功率；ΔPSC、ΔPbat分别为修正功率，且ΔPSC＝-ΔPbat。
2.如权利要求1所述的混合储能控制方法，其特征在于，
以储能放电功率为正，充电功率为负，得到微网系统的变量关系如下：
PE＝Pline-Pw
其中：PE为储能输出功率；Pline为并网联络线功率；Pw为风电输出功率。
3.如权利要求1所述的混合储能控制方法，其特征在于，
所述混合储能控制方法基于功率波动频谱图进行二阶低通滤波，结合分布式电源并网功率波动要求和混合储能配置的容量，确定超级电容和蓄电池分别需要平抑的波动频率段，从而确定二阶低通滤波对应的时间常数，得到超级电容和蓄电池各自输出的参考功率。
4.如权利要求3所述的混合储能控制方法，其特征在于，
所述混合储能控制方法中，在蓄电池的SOC达到设定的限值时，禁止其充放电；而在蓄电池的SOC未达到设定的限值时，根据蓄电池的额定功率和容量将其充放电功率限制在设定范围内。
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