CN108011437B - 带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法 - Google Patents

带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108011437B
CN108011437B CN201711273971.3A CN201711273971A CN108011437B CN 108011437 B CN108011437 B CN 108011437B CN 201711273971 A CN201711273971 A CN 201711273971A CN 108011437 B CN108011437 B CN 108011437B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
state
instruction
power instruction
super capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711273971.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108011437A (zh
Inventor
葛维春
张艳军
高凯
葛延峰
苏安龙
何晓洋
韩子娇
曾辉
史航睿
杨珺
孙秋野
肖军
刘鑫蕊
张涛
张强
刘罡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201711273971.3A priority Critical patent/CN108011437B/zh
Publication of CN108011437A publication Critical patent/CN108011437A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108011437B publication Critical patent/CN108011437B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0077—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明属于电力系统储能优化以及新能源储能优化领域，涉及一种带有过充过放保护装置的变时间常数混合储能功率分配系统及方法，该系统包括带有变时间常数控制器的混合储能功率分配模块、基于荷电状态的混合储能过充过放保护装置、蓄电池储能模块、超级电容储能模块、光伏发电模块、和直流负载。本发明可以有效降低蓄电池功率大幅波动，增加了使用寿命；同时根据功率指令和储能元件状态匹配度的过充过放保护策略可以避免系统向故障方向运行，降低了事故风险。

Description

带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法
技术领域
本发明涉及混合储能系统的功率分配系统及方法，尤其涉及带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统及方法，属于电力系统储能优化以及新能源储能优化领域。
背景技术
由于化石燃料的日益短缺以及其所造成的环境污染的日益严重，人们越来越重视对新能源的开发和利用。然而，不少可再生能源发电技术受环境限制，其发出的功率会对外呈现出随机性和波动性，使其接入中低压配电网时影响交流侧的功率平衡、供电可靠性以及电能质量。针对可再生能源的缺陷通常采用储能系统进行优化，提高系统稳定性和改善电能质量。储能技术中能量型储能元件(比如铅酸电池)一般能量密度大、功率密度小；功率型储能元件(比如超级电容)一般能量密度小、功率密度大，二者具有极强的互补性，因此由高能量密度的蓄电池和高功率密度的超级电容构成的混合储能系统因其技术上和经济上的优势，被广泛认为是解决可再生能源发电功率波动的有效办法。但目前对于混合储能系统控制策略成为关键问题，需要根据系统中储能原件的技术参数容量制定功率控制策略，考虑到当前控制策略与实际电池状态之间可能存 在矛盾，因此充放电保护策略也是必要选择。
传统的混合储能系统功率分配方法，如文献“基于锂电池充放电状态的超级电容状态调整方法”，该方法考虑了混合储能系统整体充放电能力，在蓄电池充放电状态确定的情况下，通过超级电容荷电状态大小和其参考补偿功率方向来调整低通滤波常数的大小，重新分配功率，同时对蓄电池和超级电容之间的过充过放和最大功率限制问题也进行了比较详细的分析，在各种情况下通过协调蓄电池和超级电容的功率参考值，避免了蓄电池和超级电容的过充过放，而且波动功率的平抑效果也得到了保证，但是其在过充和过放保护中其并没有考虑蓄电池和超级电容实际参考功率的大小，这样可能依然会导致蓄电池和超级电容的过充和过放，难以应用到实际工程中。
发明内容
发明目的：
针对现有技术的不足，本发明提出一种带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统及方法，对已有的功率分配方法中时间常数的确定方式进行改进，在考虑储能原件荷电状态的基础上，根据储能单元当前功率参考值制定保护动作策略对功率分配进行修改，以实现混合储能系统功率的合理分配。
技术方案：
带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统，包括：带有变时间常数控制器的混合储能功率分配模块、基于荷电状态的混合储能过充过放保护装置、蓄电池储能模块、超级电容储能模块、光伏发电模块、和直流负载。
所述蓄电池储能模块和超级电容储能模块并联接入直流母线。
所述基于荷电状态的混合储能过充过放保护装置采集来自蓄电池和超级电容状态数据，制定过充过放保护策略形成功率修正控制指令输入到带变时间常数控制器的混合储能功率分配模块。
所述带变时间常数控制器的混合储能功率分配模块采集蓄电池支路和超级电容支路DC-DC变换器参数信息，调整滤波器时间常数形成功率分配指令，并结合过充过放保护模块修正指令对分配指令进行修正得到最终功率分配指令并输入到两支路DC-DC变换器。
所述光伏发电模块采用光伏列阵发电并通过DC-DC变换器接入直流母线。
所述直流负载模块直接接入直流母线。
上述带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统进行功率分配的方法，采用带有变时间常数控制器的高通滤波器，通过对当前功率指令与储能元件荷电状态分析确定时间变量K，将混合储能系统补偿容量PHESS分配为：高频功率成分PSC和低频功率成分PB，其具体步骤如下：
(1)将混合储能系统补偿容量PHESS分配为：高频功率成分PSC作为超级电容控制指令；低频功率成分PB作为蓄电池控制指令。
(2)判断蓄电池单元现行功率控制指令状态，为了尽可能减小作为能量型元件的蓄电池的功率波动，同时采用超级电容作为波动辅助即超级电容荷电状态SOCSC满足辅助需求，制定放电阈值SOCSC_d、放电阈值SOCSC_c，具体操作如下：
当PB＞0且SOCSC＞SOCSC_d时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(1,Kmax)，若PSC＜0，则K取(Kmin,1)；
当PB＜0且SOCSC＜SOCSC_c时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(Kmin,1)，若PSC＜0，则K取(1,Kmax)。
(3)通过再分配得到整体优化后功率分配指令PSC_1、PB_1，其分配数学模型如下所示：
Figure GDA0003040988610000031
Figure GDA0003040988610000032
(4)将整体优化后的功率指令输入到过充过放保护装置通过过充过放保护策略进行功率修正，再将修正后功率指令输入到蓄电池支路和超级电容支路DC-DC变换器。
步骤(4)所述的过充过放保护策略是将蓄电池与超级电容荷电状态进行分区划分，结合功率指令与所处状态之间关系确定充放电保护动作，步骤如下：
(1)将蓄电池与超级电容荷电状态进行分区划分即禁止充电区、充电保护动作区、正常工作区、放电保护动作区、禁止放电区。
(2)判断储能元件充放电状态，当储能元件处于放电状态即PSC＞0/PB＞0，若此时储能元件处于禁止放电区或放电保护动作区，视为指令与状态矛盾，存在故障风险保护装置动作；当处于充电状态即PSC＜0/PB＜0，若此时储能元件处于禁止充电区或充电保护动作区，视为指令与状态矛盾，也存在故障风险保护装置动作。
上述的充放电保护动作是指：分析蓄电池与超级电容充放电组合状态即：1)PSC_1·PB_1＞0、2)PSC_1·PB_1＜0，并结合功率指令与储能元件荷电状态组合制定修正方案，从而避免储能元件向故障方向运行，实现过充过放保护控制，其过充过放保护策略如下：
步骤1：判断蓄电池和超级电容功率指令状态，若处于状态1)即PSC_1·PB_1＞0，执行步骤2；若处于状态2)即PSC_1·PB_1＜0，执行步骤6。
步骤2：判断功率指令和储能元件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤3；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤4；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤5；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1。
步骤3：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤4：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤5：优先对蓄电池功率进行修正，修正后功率指令为PB_2，然后再对超级电容功率进行修正，修正后功率指令为PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤6：判断功率指令和储能元件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤7；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤9；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤11；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1。
步骤7：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，然后判断超级电容功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤8；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1。
步骤8：对超级电容功率指令进行再修正，修正后功率指令为 PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤9：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，然后判断蓄电池功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤10；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1。
步骤10：对蓄电池功率指令进行再修正，修正后功率指令为 PB_2＝(PHESS-PSC_2)λB，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤11：判断超级电容功率荷电状态与混合系统总功率指令是否矛盾，若矛盾，执行步骤12；若不矛盾，执行步骤13。
步骤12：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤13：对超级电容功率指令进行修正，使其自身功率指令满足混合系统总功率指令，即PSC_2＝PHESS，可得蓄电池功率指令为零，执行当前功率指令，并返回步骤1。
状态分区划分，具体修正数学模型如下：
(1)当超级电容或蓄电池处于放电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δF·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δF为放电修正系数，
Figure GDA0003040988610000061
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMIN为最小放电允许荷电状态，βSOC放电保护动作区范围即βSOC＝SOCLOW-SOCMIN，其中SOCLOW为正常工作荷电状态下限。
(2)当超级电容或蓄电池处于充电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δC·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δC为充电修正系数，
Figure GDA0003040988610000062
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMAX为最大放电允许荷电状态，αSOC放电保护动作区范围即αSOC＝SOCMAX-SOCHIGH，其中SOCHIGH为正常工作荷电状态上限。
优点及效果：
本发明提出的带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统及方法，其优点如下：
根据蓄电池和超级电容各自性能特点，采用变时间常数控制器，以蓄电池为主元，考虑当前功率指令与其自身状态匹配度，似的蓄电池成为当前状态主要出力放，而超级电容作为备用和辅助出力，根据以上规则指定的时间常数控制方法可以减小蓄电池的功率大幅波动，从而增加其寿命；同时根据功率指令和储能元件状态匹配度的过充过放保护策略可以避免系统向故障方向运行，降低了事故风险。
附图说明
图1为本发明混合储能功率分配系统结构框图。
图2为本发明混合储能功率分配方法流程图。
图3为本发明变时间常数取值流程图。
图4为本发明过充过放保护装置控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明提供一种带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统，包括：带有变时间常数控制器的混合储能功率分配模块、基于荷电状态的混合储能过充过放保护装置、蓄电池储能模块、超级电容储能模块、光伏发电模块、和直流负载。
所述蓄电池储能模块和超级电容储能模块并联接入直流母线。
所述基于荷电状态的混合储能过充过放保护装置采集来自蓄电池和超级电容状态数据，制定过充过放保护策略形成功率修正控制指令输入到带变时间常数控制器的混合储能功率分配模块。结合不同储能元件种类制定状态分区划分，可以提高系统适应性，运用保护策略避免储能元件向故障状态运行。
所述带变时间常数控制器的混合储能功率分配模块采集蓄电池支路和超级电容支路DC-DC变换器参数信息，调整滤波器时间常数形成功率分配指令，并结合过充过放保护模块修正指令对分配指令进行修正得到最终功率分配指令并输入到两支路DC-DC变换器。这样可以减小作为能量型元件的蓄电池的功率波动，提高其寿命；同时采用超级电容作为波动辅助，执行高频的功率波动需求。
所述光伏发电模块采用光伏列阵发电并通过DC-DC变换器接入直流母线。
所述直流负载模块直接接入直流母线。
上述带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统进行功率分配的方法，采用带有变时间常数控制器的高通滤波器，通过对当前功率指令与储能元件荷电状态分析确定时间变量K，将混合储能系统补偿容量PHESS分配为：高频功率成分PSC和低频功率成分PB，其具体步骤如下：
(1)将混合储能系统补偿容量PHESS分配为：高频功率成分PSC作为超级电容控制指令；低频功率成分PB作为蓄电池控制指令。
(2)判断蓄电池单元现行功率控制指令状态，为了尽可能减小作为能量型元件的蓄电池的功率波动，同时采用超级电容作为波动辅助即超级电容荷电状态SOCSC满足辅助需求，制定放电阈值SOCSC_d、充 电阈值SOCSC_c，具体操作如下：
当PB＞0且SOCSC＞SOCSC_d时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(1,Kmax)，若PSC＜0，则K取(Kmin,1)；
当PB＜0且SOCSC＜SOCSC_c时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(Kmin,1)，若PSC＜0，则K取(1,Kmax)。
(3)通过再分配得到整体优化后功率分配指令PSC_1、PB_1，其分配数学模型如下所示：
Figure GDA0003040988610000081
Figure GDA0003040988610000082
(4)将整体优化后的功率指令输入到过充过放保护装置通过过充过放保护策略进行功率修正，再将修正后功率指令输入到蓄电池支路和超级电容支路 DC-DC变换器。
这样可以减小作为能量型元件的蓄电池的功率波动，提高其寿命；同时采用超级电容作为波动辅助，执行高频的功率波动需求。
上述步骤(4)所述的过充过放保护策略是将蓄电池与超级电容荷电状态进行分区划分，结合功率指令与所处状态之间关系确定充放电保护动作，步骤如下：
(1)将蓄电池与超级电容荷电状态进行分区划分即禁止充电区、充电保护动作区、正常工作区、放电保护动作区、禁止放电区。将储能元件荷电状态划分为五个区域使得保护动作判断更加精确，根据采用元件种类的不同选择不同阈值提高此策略的适应性。
(2)判断储能元件充放电状态，当储能元件处于放电状态即PSC＞0/PB＞0，若此时储能元件处于禁止放电区或放电保护动作区，视为指令与状态矛盾，存在故障风险保护装置动作；当处于充电状态即PSC＜0/PB＜0，若此时储能元件处于禁止充电区或充电保护动作区，视为指令与状态矛盾，也存在故障风险保护装置动作。将功率指令与储能元件状态是否矛盾作为是否动作判断依据，使得保护动作更为快速，分析更为清晰。
上述充放电保护动作是指：分析蓄电池与超级电容充放电组合状态即：1) PSC_1·PB_1＞0、2)PSC_1·PB_1＜0，并结合功率指令与储能元件荷电状态组合制定修正方案，从而避免储能元件向故障方向运行，实现过充过放保护控制，其过充过放保护策略如下：
步骤1：判断蓄电池和超级电容功率指令状态，若处于状态1)即PSC_1·PB_1＞0，执行步骤2；若处于状态2)即PSC_1·PB_1＜0，执行步骤6。
步骤2：判断功率指令和储能元件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤3；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤4；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤5；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1。
步骤3：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤4：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤5：优先对蓄电池功率进行修正，修正后功率指令为PB_2，然后再对超级电容功率进行修正，修正后功率指令为PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤6：判断功率指令和储能元件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤7；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤9；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤11；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1。
步骤7：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，然后判断超级电容功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤8；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1。
步骤8：对超级电容功率指令进行再修正，修正后功率指令为 PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤9：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，然后判断蓄电池功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤10；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1。
步骤10：对蓄电池功率指令进行再修正，修正后功率指令为 PB_2＝(PHESS-PSC_2)λB，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤11：判断超级电容功率荷电状态与混合系统总功率指令是否矛盾，若矛盾，执行步骤12；若不矛盾，执行步骤13。
步骤12：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤13：对超级电容功率指令进行修正，使其自身功率指令满足混合系统总功率指令，即PSC_2＝PHESS，可得蓄电池功率指令为零，执行当前功率指令，并返回步骤1。
根据不同功率指令和状态组合方式，制定不同的功率修正方案，可以使得功率修正更为精确合理。
所述状态分区划分，具体修正数学模型如下：
(1)当超级电容或蓄电池处于放电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δF·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δF为放电修正系数，
Figure GDA0003040988610000111
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMIN为最小放电允许荷电状态，βSOC放电保护动作区范围即βSOC＝SOCLOW-SOCMIN，其中SOCLOW为正常工作荷电状态下限。
(2)当超级电容或蓄电池处于充电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δC·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δC为充电修正系数，
Figure GDA0003040988610000121
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMAX为最大放电允许荷电状态，αSOC放电保护动作区范围即αSOC＝SOCMAX-SOCHIGH，其中SOCHIGH为正常工作荷电状态上限。
根据充放电饱和程度确定功率修正系数，使得高饱和状态下有较大修正，低保和有较小修正，进而使得保护动作更为合理。
上述储能元件采用蓄电池或超级电容，蓄电池储能模块包括蓄电池及其控制模块、超级电容储能模块包括超级电容及其控制模块，蓄电池控制模块和超级电容控制模块采用DC-DC变换器。
实施例：
本实施例中，如图1所示，采用光伏作为系统内部分布式电源；采用直流负荷作为负载端；采用锂电池作为能量型单元；采用超级电容作为功率型单元；储能元件控制器选用DC-DC变换器。
锂电池储能单元及其控制模块和超级电容储能单元及其控制模块并联接入直流母线；
基于荷电状态的混合储能过充过放保护装置采集来自蓄电池和超级电容状态数据，制定过充过放保护策略形成功率修正控制指令输入到带变时间常数控制器的混合储能功率分配模块；
带变时间常数控制器的混合储能功率分配模块采集蓄电池支路和超级电容支路DC-DC变换器参数信息，调整滤波器时间常数形成功率分配指令，并结合过充过放保护模块修正指令对分配指令进行修正得到最终功率分配指令并输入到两支路DC-DC变换器；
光伏发电模块采用光伏列阵发电并通过DC-DC变换器接入直流母线；
直流负载模块直接接入直流母线。
本实施例中，如图2所示，用一个波动的功率信号PHESS作为混合储能系统输入信号，针对这一输入值得波动制定混合储能系统功率分配策略。
采用带有变时间常数控制器的高通滤波器，将输入信号PHESS分配为：高频功率成分PSC作为超级电容控制输入指令；低频功率成分PB作为锂电池控制输入指令，其分配如下所示：
Figure GDA0003040988610000131
Figure GDA0003040988610000132
其中，K为时间常数变量；如图3取值由以下策略决定：
当PB＞0且SOCSC＞SOCSC_d时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(1,Kmax)，若PSC＜0，则K取(Kmin,1)；
当PB＜0且SOCSC＜SOCSC_c时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(Kmin,1)，若PSC＜0，则K取(1,Kmax)。
根据锂电池和超级电容功率波动需求确定，Kmin＝0.8，Kmax＝1.2。
通过再分配等到整体优化后功率分配指令PSC_1、PB_1，通过控制双向DC-DC 变换器实现具体控制，完成初次功率分配策略。
将锂电池与超级电容荷电状态进行分区划分，即禁止充电区、充电保护动作区、正常工作区、放电保护动作区、禁止充电区。
对于锂电池来说，区域划分为(1,0.8)、(0.8,0.6)、(0.6,0.4)、(0.4,0.2)、 (0.2,0)。
对于超级电容来说，区域划分为(1,0.95)、(0。95,0.7)、(0.7,0.3)、 (0.3,0.15)、(0.15,0)。
本实施例中，首先判断功率指令与储能单元状态是否矛盾，当储能装置处于放电状态即PSC＞0/PB＞0，若此时储能单元处于禁止放电区或放电保护动作区，视为指令与状态矛盾，存在故障风险保护装置动作；同理当处于充电状态即 PSC＜0/PB＜0，若此时储能单元处于禁止充电区或充电保护动作区，视为指令与状态矛盾，也存在故障风险保护装置动作，如图4所示。
具体充放电保护动作如下：
首先分析蓄电池与超级电容充放电组合状态即1)PSC_1·PB_1＞0、2) PSC_1·PB_1＜0，并结合功率指令与储能单元荷电状态组合制定不同修正方案，从而避免储能单元向故障方向运行，实现保护控制，其过充过放保护策略如下：
步骤1：判断蓄电池和超级电容功率指令状态，若处于状态1)即PSC_1·PB_1＞0，执行步骤2；若处于状态2)即PSC_1·PB_1＜0，执行步骤6。
步骤2：判断功率指令和储能原件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤3；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤4；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤5；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1。
步骤3：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤4：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤5：优先对蓄电池功率进行修正，修正后功率指令为PB_2，然后再对超级电容功率进行修正，修正后功率指令为PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行修正指令，并执行步骤1。
步骤6：判断功率指令和储能原件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤7；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤9；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤11；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1。
步骤7：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，然后判断超级电容功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤8；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1。
步骤8：对超级电容功率指令进行再修正，修正后功率指令为 PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤9：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，然后判断蓄电池功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤10；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1。
骤10：对蓄电池功率指令进行再修正，修正后功率指令为 PB_2＝(PHESS-PSC_2)λB，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤11：判断超级电容功率荷电状态与混合系统总功率指令是否矛盾，若矛盾，执行步骤12；若不矛盾，执行步骤13。
步骤12：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行当前功率指令，并返回步骤1。
步骤13：对超级电容功率指令进行修正，是其自身功率指令满足混合系统总功率指令，即PSC_2＝PHESS，可得蓄电池功率指令为零，执行当前功率指令，并返回步骤1。
本实施中采用，锂电池和超级电池荷电状态参数，具体修正数学模型如下：
(1)当超级电容或蓄电池处于放电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δF·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δF为放电修正系数，
Figure GDA0003040988610000161
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMIN为最小放电允许荷电状态，βSOC放电保护动作区范围即βSOC＝SOCLOW-SOCMIN，其中SOCLOW为正常工作荷电状态下限。
(2)当超级电容或蓄电池处于充电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δC·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δC为充电修正系数，
Figure GDA0003040988610000162
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMAX为最大放电允许荷电状态，αSOC放电保护动作区范围即αSOC＝SOCMAX-SOCHIGH，其中SOCHIGH为正常工作荷电状态上限。
综上，通过采集锂电池和超级电容功率变化曲线和各自荷电状态变化曲线进行同时期对比，验证本发明在降低锂电池功率波动和降低储能元件充放电饱和度上效果显著，从而说明本发明在混合储能系统功率分配方法中的优势地位。

Claims (2)

1.带有过充过放保护装置的混合储能功率分配系统进行功率分配的方法，其特征在于：采用带有变时间常数控制器的高通滤波器，通过对当前功率指令与储能元件荷电状态分析确定时间变量K，将混合储能系统补偿容量PHESS分配为：高频功率成分PSC和低频功率成分PB，其具体步骤如下：
(1)将混合储能系统补偿容量PHESS分配为：高频功率成分PSC作为超级电容控制指令；低频功率成分PB作为蓄电池控制指令；
(2)判断蓄电池单元现行功率控制指令状态，为了尽可能减小作为能量型元件的蓄电池的功率波动，同时采用超级电容作为波动辅助即超级电容荷电状态SOCSC满足辅助需求，制定放电阈值SOCSC_d、放电阈值SOCSC_c，具体操作如下：
当PB＞0且SOCSC＞SOCSC_d时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(1,Kmax)，若PSC＜0，则K取(Kmin,1)；
当PB＜0且SOCSC＜SOCSC_c时，判断PSC是否大于0，若PSC＞0，则K取(Kmin,1)，若PSC＜0，则K取(1,Kmax)；
(3)通过再分配得到整体优化后功率分配指令PSC_1、PB_1，其分配数学模型如下所示：
Figure FDA0003040988600000011
Figure FDA0003040988600000012
(4)将整体优化后的功率指令输入到过充过放保护装置通过过充过放保护策略进行功率修正，再将修正后功率指令输入到蓄电池支路和超级电容支路DC-DC变换器；
步骤(4)所述的过充过放保护策略是将蓄电池与超级电容荷电状态进行分区划分，结合功率指令与所处状态之间关系确定充放电保护动作，步骤如下：
(1)将蓄电池与超级电容荷电状态进行分区划分即禁止充电区、充电保护动作区、正常工作区、放电保护动作区、禁止放电区；
(2)判断储能元件充放电状态，当储能元件处于放电状态即PSC＞0/PB＞0，若此时储能元件处于禁止放电区或放电保护动作区，视为指令与状态矛盾，存在故障风险保护装置动作；当处于充电状态即PSC＜0/PB＜0，若此时储能元件处于禁止充电区或充电保护动作区，视为指令与状态矛盾，也存在故障风险保护装置动作；
所述的充放电保护动作是指：分析蓄电池与超级电容充放电组合状态即：1)PSC_1·PB_1＞0、2)PSC_1·PB_1＜0，并结合功率指令与储能元件荷电状态组合制定修正方案，从而避免储能元件向故障方向运行，实现过充过放保护控制，其过充过放保护策略如下：
步骤1：判断蓄电池和超级电容功率指令状态，若处于状态1)即PSC_1·PB_1＞0，执行步骤2；若处于状态2)即PSC_1·PB_1＜0，执行步骤6；
步骤2：判断功率指令和储能元件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤3；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤4；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤5；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1；
步骤3：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行修正指令，并执行步骤1；
步骤4：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，执行修正指令，并执行步骤1；
步骤5：优先对蓄电池功率进行修正，修正后功率指令为PB_2，然后再对超级电容功率进行修正，修正后功率指令为PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行修正指令，并执行步骤1；
步骤6：判断功率指令和储能元件荷电状态组合，若只有蓄电池单元功率指令与状态矛盾，执行步骤7；若只有超级电容单元功率指令与状态矛盾，执行步骤9；若蓄电池与超级电容的功率指令与状态都矛盾，执行步骤11；若功率指令与状态都不矛盾，则维持当前功率指令，并返回步骤1；
步骤7：对蓄电池功率指令进行修正，修正后功率指令为PB_2，则可得超级电容功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，然后判断超级电容功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤8；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1；
步骤8：对超级电容功率指令进行再修正，修正后功率指令为PSC_2＝(PHESS-PB_2)λSC，执行当前功率指令，并返回步骤1；
步骤9：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PB_2＝PHESS-PSC_2，然后判断蓄电池功率指令与荷电状态是否矛盾，若矛盾，执行步骤10；若不矛盾，执行当前功率指令，并执行步骤1；
步骤10：对蓄电池功率指令进行再修正，修正后功率指令为PB_2＝(PHESS-PSC_2)λB，执行当前功率指令，并返回步骤1；
步骤11：判断超级电容功率荷电状态与混合系统总功率指令是否矛盾，若矛盾，执行步骤12；若不矛盾，执行步骤13；
步骤12：对超级电容功率指令进行修正，修正后功率指令为PSC_2，则可得蓄电池功率指令为PSC_2＝PHESS-PB_2，执行当前功率指令，并返回步骤1；
步骤13：对超级电容功率指令进行修正，使其自身功率指令满足混合系统总功率指令，即PSC_2＝PHESS，可得蓄电池功率指令为零，执行当前功率指令，并返回步骤1。
2.根据权利要求1所述的带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法，其特征在于：状态分区划分，具体修正数学模型如下：
(1)当超级电容或蓄电池处于放电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δF·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δF为放电修正系数，
Figure FDA0003040988600000041
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMIN为最小放电允许荷电状态，βSOC放电保护动作区范围即βSOC＝SOCLOW-SOCMIN，其中SOCLOW为正常工作荷电状态下限；
(2)当超级电容或蓄电池处于充电保护动作区或禁止放电区时，需要进行修正，修正公式如下：
PX_2＝δC·PX_1；
式中PX_1修正前功率指令，PX_2为修正后功率指令，其中δC为充电修正系数，
Figure FDA0003040988600000042
其中SOCX表示蓄电池或超级电容荷电状态，X可表示为B/SC，SOCMAX为最大放电允许荷电状态，αSOC放电保护动作区范围即αSOC＝SOCMAX-SOCHIGH，其中SOCHIGH为正常工作荷电状态上限。
CN201711273971.3A 2017-12-06 2017-12-06 带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法 Active CN108011437B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711273971.3A CN108011437B (zh) 2017-12-06 2017-12-06 带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711273971.3A CN108011437B (zh) 2017-12-06 2017-12-06 带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108011437A CN108011437A (zh) 2018-05-08
CN108011437B true CN108011437B (zh) 2021-06-25

Family

ID=62056837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711273971.3A Active CN108011437B (zh) 2017-12-06 2017-12-06 带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108011437B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109038629B (zh) * 2018-07-27 2021-07-27 湖南工业大学 微电网混合储能系统功率优化分配方法
CN109088470B (zh) * 2018-08-24 2021-02-09 河海大学常州校区 一种电池—超级电容混合储能独立光伏系统优化控制方法
CN109599932A (zh) * 2018-12-19 2019-04-09 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 基于超级电容器和锂电池soc的动态混合储能控制策略
CN110707992A (zh) * 2019-11-04 2020-01-17 湘潭大学 一种光伏发电接口系统及其控制方法
CN110867878A (zh) * 2019-12-16 2020-03-06 上海豫源电力科技有限公司 飞轮储能混合锂电储能的控制方法
CN111313499B (zh) * 2020-03-09 2021-06-25 上海度普新能源科技有限公司 一种电池过放保护方法和电池管理系统
GB2599439A (en) * 2020-10-02 2022-04-06 Nordic Semiconductor Asa Energy supply circuits
CN114217530B (zh) * 2021-12-13 2022-11-08 中山东菱威力电器有限公司 一种基于锂电池功率估计的混合储能控制系统
CN116674425B (zh) * 2023-06-07 2023-12-01 湖南文理学院 一种基于总量一致的动力电池组协同控制方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078877B2 (en) * 2003-08-18 2006-07-18 General Electric Company Vehicle energy storage system control methods and method for determining battery cycle life projection for heavy duty hybrid vehicle applications
CN103051018A (zh) * 2012-12-06 2013-04-17 中国电力科学研究院 用于提高风电可控性的电池储能系统控制方法
CN102368625B (zh) * 2011-10-10 2014-11-05 南方电网科学研究院有限责任公司 抑制可再生能源输出功率波动的电池储能系统的控制方法
CN107222013A (zh) * 2017-07-03 2017-09-29 太原理工大学 独立光伏混合储能系统能量控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078877B2 (en) * 2003-08-18 2006-07-18 General Electric Company Vehicle energy storage system control methods and method for determining battery cycle life projection for heavy duty hybrid vehicle applications
CN102368625B (zh) * 2011-10-10 2014-11-05 南方电网科学研究院有限责任公司 抑制可再生能源输出功率波动的电池储能系统的控制方法
CN103051018A (zh) * 2012-12-06 2013-04-17 中国电力科学研究院 用于提高风电可控性的电池储能系统控制方法
CN107222013A (zh) * 2017-07-03 2017-09-29 太原理工大学 独立光伏混合储能系统能量控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108011437A (zh) 2018-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108011437B (zh) 带有过充过放保护装置的混合储能功率分配方法
CN108565887B (zh) 储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法
Tahri et al. Management of fuel cell power and supercapacitor state-of-charge for electric vehicles
CN110126813B (zh) 一种车载燃料电池混合动力系统的能量管理方法
CN112550086B (zh) 一种车辆能量管理方法、装置、车辆及存储介质
CN106972516A (zh) 一种适用于微网的多类型储能多级控制方法
US10491010B2 (en) Control apparatus for controlling the charging and discharging of storage batteries through a power converter
WO2011024769A1 (ja) 電力系統の需給制御装置、需給制御プログラム、及びその記憶媒体
JP2019083675A (ja) 電源制御器、給電システム及びその制御方法
CN103956758A (zh) 一种风储系统中储能soc优化控制方法
CN113173108B (zh) 多堆燃料电池控制方法、控制装置、系统及车辆
JP6622552B2 (ja) 分散型電源の電力供給システム
CN112118983B (zh) 电源系统
US10069303B2 (en) Power generation system and method with energy management
CN112687969B (zh) 基于储能系统的同期退役协同控制方法、系统及介质
CN110460075B (zh) 一种用于平抑电网峰谷差的混合储能出力控制方法及系统
e Huma et al. Robust integral backstepping controller for energy management in plugin hybrid electric vehicles
CN116435980A (zh) 一种微电网混合储能系统及控制方法
Han et al. A novel updating method of equivalent factor in ECMS for prolonging the lifetime of battery in fuel cell hybrid electric vehicle
CN112952883B (zh) 一种分布式储能系统的充电控制方法及系统
JP4569223B2 (ja) 電源装置
CN115276045A (zh) 基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法
KR102053812B1 (ko) 하이브리드 배터리에 연결된 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 방법 및 시스템
CN113852061A (zh) 一种包含光伏发电的直流微电网工作控制方法
Lin et al. Improved virtual capacitive droop control for hybridization of energy storages in DC microgrid

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant