CN108988372B - 直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法与装置，该方法包括：将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；将总功率PHESS经过低通滤波器后得到至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将总功率PHESS与第一目标功率P* batt的差值作为至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；根据第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制至少一个超级电容储能装置的功率；根据第一目标功率P* batt以及至少两个锂电池储能装置的SOC值控制至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率。实施本发明能避免MW级永磁同步风电机组随风速变化引起较大的功率波动，同时避免锂电池频繁充放电切换。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机领域，特别涉及一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法与装置。
背景技术
风力发电等可再生能源具有波动性、间歇性和不确定性特征，风电出力很难保持稳定。随着风电大规模并网，对电力系统的安全稳定运行产生了重要影响，同时限制了风电自身的发展。高效的储能技术能够从时间和空间上实现对电能的平移，提高电网对风电消纳能力和电网对风电的可调度性。
采用单一储能介质平滑风电出力的应用已经成熟，主要采用蓄电池、超级电容和燃料电池等。由于单一储能介质组成的储能系统性能上固有的局限性，实际应用中由两种及以上储能介质组成的混合储能系统应用的越来越广泛。现有技术分别将钒液流电池、锂离子电池、蓄电池与超级电容组合应用，使混合储能系统具有灵活响应的特性从而增强平抑风电功率波动效果。混合储能系统涉及多种储能装置，储能单元与电网的连接方式及功率协调管理是重要的研究内容。
如何有效避免MW级永磁同步风电机组随风速变化引起较大的功率波动，同时避免锂电池频繁充放电切换是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法与装置，以有效避免MW级永磁同步风电机组随风速变化引起较大的功率波动，同时避免锂电池频繁充放电切换。
具体而言，本发明提供一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法，所述混合储能系统包括：至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置以及双向DC/DC变换器，所述至少两个锂电池储能装置与至少一个超级电容储能装置分别通过所述双向DC/DC变换器与直驱风电机组的变换器直流母线侧并联，所述方法包括步骤：
将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；
将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；
根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；
根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率。
进一步地，所述根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率的步骤包括：
根据预设的SOC值与充放电模式的对应关系控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式，所述对应关系为SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电。
进一步地，所述根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率的步骤包括还包括；
以所述至少两个锂电池储能装置充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对所述第一目标功率P* batt进行限幅，得到第一功率给定值；
根据所述第一功率给定值以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的功率。
进一步地，所述对应关系包括：
当0.9≤SOC值＜1，对应的充放电模式为恒功率放电；
当0.8≤SOC值＜0.9，对应的充放电模式为恒功率放电、低倍率恒流充电；
当0.2≤SOC值＜0.8，对应的充放电模式为恒功率充放电；
当0.1≤SOC值＜0.2，对应的充放电模式为恒功率充电、低倍率恒流放电；
当0＜SOC值＜0.1，对应的充放电模式为恒功率充电。
进一步地，所述根据所述第二目标功率P* SC以及与所述第二目标功率P* SC对应的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率的步骤包括：
对所述第二目标功率P* SC进行限幅处理得到第二功率给定值；
将所述第二功率给定值与所述实际电流iSC的差值进过PI控制器之后得到控制信号，根据所述控制信号控制所述至少一个超级电容储能装置的功率。
本发明还提供一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制装置，所述混合储能系统包括：至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置以及双向DC/DC变换器，所述至少两个锂电池储能装置与至少一个超级电容储能装置分别通过所述双向DC/DC变换器与直驱风电机组的变换器直流母线侧并联，所述功率控制装置包括：
功率计算单元，用于将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；
功率控制单元，用于根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率。
进一步地，所述功率控制单元包括：
充放电模式控制模块，用于根据预设的SOC值与充放电模式的对应关系控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式，所述对应关系为SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电。
进一步地，所述功率控制单元还包括；
电池功率控制模块，用于以所述至少两个锂电池储能装置充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对所述第一目标功率P* batt进行限幅，得到第一功率给定值；根据所述第一功率给定值以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的功率。
进一步地，所述对应关系包括：
当0.9≤SOC值＜1，对应的充放电模式为恒功率放电；
当0.8≤SOC值＜0.9，对应的充放电模式为恒功率放电、低倍率恒流充电；
当0.2≤SOC值＜0.8，对应的充放电模式为恒功率充放电；
当0.1≤SOC值＜0.2，对应的充放电模式为恒功率充电、低倍率恒流放电；
当0＜SOC值＜0.1，对应的充放电模式为恒功率充电。
进一步地，所述功率控制单元还包括：
超级电容控制模块，用于对所述第二目标功率P* SC进行限幅处理得到第二功率给定值；将所述第二功率给定值与所述实际电流iSC的差值进过PI控制器之后得到控制信号，根据所述控制信号控制所述至少一个超级电容储能装置的功率。
本发明的直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法与装置，通过采用混合储能系统，各储能单元(即至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置)分别通过双向DC/DC变换器与全功率变换器直流侧并联。混合储能系统采用分层控制，首先将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC，其次根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率，由此实现对各储能单元目标功率灵活分配且充分利用能量型介质和功率型介质优势互补，可很好的平滑风电机组有功出力波动，有效的减少锂电池充放电次数。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于混合储能系统的直驱式永磁同步风电系统的拓扑结构图；
图2为本发明实施例提供的锂电池等效电路模型；
图3为本发明实施例提供的超级电容器等效电路模型；
图4为本发明实施例提供的混合储能系统的分层控制结构图；
图5为本发明实施例提供的一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的另一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法的流程图；
图7a-7c为本发明实施例提供的风速及输出功率曲线；
图8为本发明实施例提供的变换器直流母线电压变化曲线；
图9a-9c为本发明实施例提供的一种各储能系统输出功率曲线；
图10为本发明实施例提供的双级锂电池输出功率曲线及荷电状态变化曲线；
图11为本发明实施例提供的单级锂电池输出功率曲线；
图12为本发明实施例提供的直驱风电机组的混合储能系统的功率控制装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
下面结合附图详细说明本发明实施涉及的一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法与装置。
参见图1所示，本发明实施例提供的一种直驱式永磁同步风力发电系统(简称直驱风电机组)，其基于混合储能系统的结构具体包括：至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置、双向DC/DC变换器，以及直驱风电机组的混合储能系统的功率控制装置(图中未示出，其具体结构参见图12)，所述至少两个锂电池储能装置与至少一个超级电容储能装置分别通过所述双向DC/DC变换器与直驱风电机组的变换器直流母线侧并联，所述功率控制装置与所述至少两个锂电池储能装置以及至少一个超级电容储能装置通信连接。
具体如图1所示，本发明直驱式永磁同步风力发电系统包括风力机、永磁同步发电机、全功率变换器。风力机与发电机转子直接相连，风力机的叶片将捕获的风能转换为机械能，永磁同步发电机将机械能转换为电能，发电机定子发出低频交流电经全功率变换器转换为工频电流后注入电网。混合储能系统包括双级锂电池和超级电容。需要说明的是，此处的锂电池和超级电容的个数为举例说明，不应做限定性理解。
锂电池和超级电容分别通过双向DC/DC变换器与全功率变换器直流母线侧并联，双向DC/DC变换器工作在互补导通方式下，图12所示的混合储能系统的功率控制装置控制各储能单元的充电和放电实现吸收和释放功率。
全功率变换器采用传统背靠背式变换器。机侧变换器采用转速外环电流内环的双闭环控制，实现最大功率跟踪和控制发电机输出功率。采用最大转矩电流比(MTPA)控制策略，即单位电流下获得的转矩最大。网侧变换器采用电压外环电流内环的双闭环控制，保持直流侧电压稳定，实现有功无功的解耦控制，保证网侧逆变器工作在单位功率因数状态。全功率变换器采用常规两电平空间电压矢量脉宽(SVPWM)调制算法，通过判断参考电压矢量所在扇区、计算各扇区非零矢量和零矢量作用时间及确定各扇区矢量切换点等步骤，最后用一定频率的三角载波信号展开，产生变换器所需的脉冲调制信号。
锂电池属于电化学储能介质，其原理是通过正负电极的氧化还原反应实现化学能与电能的转换。考虑锂电池工作时的荷电状态(state of charge，SOC)和端电压的变化，本发明采用通用化等效模型，等效电路模型如图2所示，由受控电压源E与内阻Rb串联组成，Ubatt为锂电池端电压(V)。
锂电池充电、放电表达式分别为：
其中，E为电池空载端电压(V)，E0为恒定电压(V)，K为极化电阻(Ω)，Q是锂电池的最大容量(Ah)，i是电池电流，i*是低频动态电流，it表示实际可提取容量(Ah)，A表示指数区域电压幅值(V)，B表示指数区域时间常数的倒数。
锂电池在充放电过程中，SOC是电池的一个重要参数，反映电池的剩余容量，电池的SOC可表示为：
式中：SOC0为锂电池初始荷电状态。
超级电容器是介于电容器和化学电池之间的新型储能装置。图3为超级电容器等效电路图。图3中，电容C为理想电容器，电阻Res为等效串联电阻，Rep为等效并联内阻，代表超级电容器的自放电损耗。
超级电容器的平均功率可表示为：
超级电容器的存储能量可表示为：
超级电容器的SOC可表示为：
其中，USC为超级电容器端电压，Uup为电压上限，Udown为电压下限，u0为初始电压。
针对包括双级锂电池与超级电容的混合储能系统，采用分层控制结构，包括协调管理层(相当于图12中的功率计算单元)和功率优化层(相当于图12中的功率控制单元)，其结构图如图4所示。协调管理层负责调节锂电池和超级电容的平抑目标功率给定值，功率优化层控制各级锂电池的功率分配和充放电模式切换。
具体地，对于协调管理层而言，在风电功率波动中，频率在1Hz以上分量被风力机叶片巨大的惯性所吸收，频率在0.01Hz以下的部分对电网的影响较小。因此，混合储能系统需要补偿频率在0.01Hz～1Hz的波动。协调管理层基于一阶低通滤波器，将功率变化相对缓慢、低频的波动分量分配给锂电池，超级电容承担快速变化、高频的功率波动。
风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS，PHESS经过低通滤波器后得到锂电池的目标功率P* batt，剩余部分为超级电容的目标功率P* SC。混合储能系统中的功率关系为：
P* SC＝PHESS-P* batt (9)
式中，低通滤波器时间常数T1、T2由滤波器的幅频特性及所需补偿功率波动的截止频率来确定。
此外，各储能单元通过双向DC/DC变换器控制充电和放电过程。超级电容采用功率外环电流内环的双闭环控制，锂电池外环采用充放电模式切换，电流内环的控制策略。通过功率优化层控制各级锂电池的功率分配和充放电模式。
对于功率优化层而言，锂电池储能系统在并网运行中，考虑各级锂电池的SOC值不同，频繁充放电切换和过度充放电会对电池系统的循环寿命造成不可逆的损害，功率优化层根据电池SOC反馈值确定电池功率优化分配值和充放电模式。具体地，电池的目标功率给定值P* batt，放电为正，充电为负。两组电池，按照SOC值确定充、放电优先顺序。将P* batt与电池实际功率Pbatt进行比较。若电池实际功率Pbatt>目标功率给定值P* batt，则由根据SOC值确定的优先的那组电池进行充放电。若电池实际功率Pbatt<目标功率给定值P* batt，则优先的那组电池以最大充放电功率进行充放电，剩余目标功率分给另外一组进行充放电。
本发明提供的一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法如图5所示，所述混合储能系统具体为上述的结构，所述方法包括步骤：
步骤501：将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；
步骤503：将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；
步骤505：根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；
步骤507：根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率。
具体地，步骤507进一步包括：
根据预设的SOC值与充放电模式的对应关系控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式，所述对应关系为SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电。
具体地，步骤507进一步包括；
以所述至少两个锂电池储能装置充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对所述第一目标功率P* batt进行限幅，得到第一功率给定值；
根据所述第一功率给定值以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的功率。
具体地，步骤505进一步包括；所述根据所述第二目标功率P* SC以及与所述第二目标功率P* SC对应的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率的步骤包括：
对所述第二目标功率P* SC进行限幅处理得到第二功率给定值；
将所述第二功率给定值与所述实际电流iSC的差值进过PI控制器之后得到控制信号，根据所述控制信号控制所述至少一个超级电容储能装置的功率。
锂电池功率分配流程图如图6所示。功率优化分配过程描述为：以锂电池充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对功率给定值P* batt进行限幅，根据各级锂电池的SOC值确定充放电工作状态优先级，SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电，由限幅后的功率给定值对各级锂电池进行功率分配。
为了确保锂电池工作在安全稳定的区域内，避免深度充电和放电，同时保证平抑功率效果，根据锂电池SOC值将电池划分为5个工作区域。锂电池工作区域划分及充放电模式如表1所示。锂电池在不同工作区域，切换不同的充放电模式。例如，在过充警戒区，锂电池放电能力强，充电能力弱，工作模式为恒功率放电、低倍率恒流充电；在过充区，禁止锂电池充电，只允许恒功率放电。
表1
为验证混合储能分层控制策略的正确性和有效性，在仿真平台上建立具有双级锂电池—超级电容混合储能系统的直驱式永磁同步风电仿真模型。首先分析了混合储能系统平抑效果，其次验证了锂电池和超级电容功率协调管理策略，最后验证双级锂电池功率分配控制策略，并与单级锂电池组成的混合储能系统充放电次数进行比较。风速数据取自山西省某风电场的风机实测数据。仿真模型具体参数如下：风力机叶片半径：56.5m，额定风速：9m/s；永磁同步发电机额定功率：2MW，极对数：44，额定转速：14r/min；直流母线电压：1200V，电网线电压：690V，频率：50Hz；各级锂电池额定功率：250kW，额定容量：350kWh，额定电压：700V，充电电压上限：814V，放电电压下限：525V；超级电容额定功率：200kW，储能容量：8.5MJ，充电电压上限：870V，放电电压下限：430V。
以下对混合储能系统平抑功率波动分析：
设定第1、2级锂电池组的SOC初始值分别为：0.6、0.5，超级电容的SOC初始值为0.5。实测风速数据曲线如图7a所示，图7b为该风速下风机输出功率PWT及混合储能系统平抑后注入电网的有功功率Pg波形图，图7c为注入电网的无功功率Qg。
通过图7a-7c可以看出，风电机组输出的有功功率跟随风速变化而剧烈变化，有功功率波动最大值为1.96MW，最小值为0.52MW。当风电机组输出功率波动过高时，储能系统吸收功率；反之，储能系统释放功率以补偿风电出力不足。风电输出功率经过双级锂电池—超级电容混合储能系统平滑后，输出的有功功率在0.95MW～1.38MW之间，功率波动范围明显缩小，输入电网的有功功率变得平滑，无功功率基本保持为零，验证了控制策略的正确性。
图8为变换器直流母线侧电压曲线。从图中可以看出，受风电机组输出功率波动的影响，直流母线侧电压在1 200V上下波动，但波动范围保持在35V以内，保证机侧变换器和网侧变换器之间的能量稳定传输。
图9a为混合储能系统的总输出功率曲线，图9b、9c分别为超级电容和各级锂电池功率输出曲线。从图9a-9c中可看出，混合储能系统输出功率随风速变化快速充放电，超级电容主要承担由风速突变引起的高频功率波动，锂电池主要承担变化相对缓慢的低频波动，保证储能系统平抑效果，验证了所提储能系统协调管理策略的有效性。
为对比双级锂电池系统与单级锂电池系统的充放电次数，设定单级锂电池的额定功率为500kW，保证与双级锂电池功率值之和相等，其它参数不变。图10分别为第1、2级锂电池的实际功率Pbatt1和Pbatt2变化曲线、第1、2级锂电池荷电状态SOC1和SOC2的变化曲线。图11为单级锂电池系统输出功率曲线。
由图10a、10b可知，以前10min为例，从0时刻起，第2级锂电池充电功率达到最大值，第1级锂电池也投入工作，共同承担充电任务，经过3min后，第2级锂电池停止工作，由第1级锂电池单独承担充电任务；在5～6min内，两级锂电池共同承担放电任务，之后在6～7min内，第2级锂电池充电，第1级锂电池停止工作，在7～9min内，两级锂电池共同承担充电任务，而在9～10min内，第2级锂电池充电，第1级锂电池停止工作。经统计，80min内第1、2级锂电池处于停止工作状态的次数分别为18和14次。
由图10c可以看出，根据双级锂电池功率分配策略，由于SOC初始值不相等，充电时第2级锂电池优先级高于第1级锂电池，放电时第1级锂电池优先级高于第2级锂电池。因此，第1、2级锂电池的SOC曲线逐渐逼近，SOC值趋于相等，使锂电池工作在SOC合适的范围内，保持锂电池的充放电能力。
另外，从图11中可看出，在单级锂电池系统中，锂电池时刻处于充放电频繁切换的工作状态。采用双级锂电池结构，在进行功率分配时，当所需平抑功率值小于锂电池的最大充放电功率时，则由某一级锂电池单独工作，而另一级锂电池可以处于休息状态。锂电池的单级结构和双级结构在相同功率等级条件下，采用双级系统结构并对各级锂电池功率优化分配，可有效的减少充放电次数，避免锂电池频繁充放电切换。
本实施例通过采用双级锂电池—超级电容结构的混合储能系统，各储能单元分别通过双向DC/DC变换器与全功率变换器直流侧并联。混合储能系统采用分层控制，包括协调管理层和功率优化层，对各储能单元目标功率灵活分配且充分利用能量型介质和功率型介质优势互补，可很好的平滑风电机组有功出力波动，有效的减少锂电池充放电次数。研究结果验证了所提功率协调管理及分配控制策略的合理性和正确性。
如图12所示的一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制装置的结构框图，图1-图11的解释说明都可以应用于本实施例。所述混合储能系统包括：至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置以及双向DC/DC变换器，所述至少两个锂电池储能装置与至少一个超级电容储能装置分别通过所述双向DC/DC变换器与直驱风电机组的变换器直流母线侧并联。所述功率控制装置包括：
功率计算单元1201，用于将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；
功率控制单元1203，用于根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率。
优选地，所述功率控制单元1203包括：
充放电模式控制模块1203a，用于根据预设的SOC值与充放电模式的对应关系控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式，所述对应关系为SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电；
电池功率控制模块1203b，用于以所述至少两个锂电池储能装置充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对所述第一目标功率P* batt进行限幅，得到第一功率给定值；根据所述第一功率给定值以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的功率；
超级电容控制模块1203c，用于对所述第二目标功率P* SC进行限幅处理得到第二功率给定值，具体地，该限幅处理为：充电电压上限对应最大功率，放电电压下限对应功率下限；将所述第二功率给定值与所述实际电流iSC的差值进过PI控制器之后得到控制信号，根据所述控制信号控制所述至少一个超级电容储能装置的功率。
本实施例采用双级锂电池—超级电容混合储能的协调管理及功率优化的分层控制策略。首先，分析了具有混合储能的永磁同步风电系统，通过双向DC/DC变换器控制各储能单元充放电。其次，混合储能系统采用分层控制结构，协调管理层充分利用锂电池和超级电容优势互补，功率优化层以锂电池荷电状态和最大充放电功率为约束，建立锂电池功率分配策略及充放电模式切换。最后，将实测风速数据导入仿真模型，并对比单级锂电池系统的充放电次数。结果表明所提混合储能系统分层控制策略可很好的实现平滑风电系统出力，且减少了锂电池的充放电次数，延长锂电池的使用寿命。首先，利用混合储能系统吞吐功率，实现能量双向流动与控制，有效的平抑风电机组输出的功率波动；其次，锂电池组采用双级结构，减少了循环充放电次数，延长电池的使用寿命；再次，混合储能系统采用分层控制结构，兼顾了不同储能单元间的协调管理和充放电能力
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或者部分步骤/单元/模块可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述实施例各单元中对应的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光碟等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制方法，其特征在于，所述混合储能系统包括：至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置以及双向DC/DC变换器，所述至少两个锂电池储能装置与至少一个超级电容储能装置分别通过所述双向DC/DC变换器与直驱风电机组的变换器直流母线侧并联，所述方法包括步骤：
将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；
将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；
根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；
根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率，
所述根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率的步骤包括：
根据预设的SOC值与充放电模式的对应关系控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式，所述对应关系为SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电，
所述根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率的步骤包括还包括；
以所述至少两个锂电池储能装置充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对所述第一目标功率P* batt进行限幅，得到第一功率给定值；
根据所述第一功率给定值以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的功率，所述对应关系包括：
当0.9≤SOC值＜1，对应的充放电模式为恒功率放电；
当0.8≤SOC值＜0.9，对应的充放电模式为恒功率放电、低倍率恒流充电；
当0.2≤SOC值＜0.8，对应的充放电模式为恒功率充放电；
当0.1≤SOC值＜0.2，对应的充放电模式为恒功率充电、低倍率恒流放电；
当0＜SOC值＜0.1，对应的充放电模式为恒功率充电，
所述根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率的步骤包括：
对所述第二目标功率P* SC进行限幅处理得到第二功率给定值；
将所述第二功率给定值与所述实际电流iSC的差值进过PI控制器之后得到控制信号，根据所述控制信号控制所述至少一个超级电容储能装置的功率。
2.一种直驱风电机组的混合储能系统的功率控制装置，其特征在于，所述混合储能系统包括：至少两个锂电池储能装置、至少一个超级电容储能装置以及双向DC/DC变换器，所述至少两个锂电池储能装置与至少一个超级电容储能装置分别通过所述双向DC/DC变换器与直驱风电机组的变换器直流母线侧并联，所述功率控制装置包括：
功率计算单元，用于将风力机功输出功率PWT通过滤除低频分量得到混合储能系统的总功率PHESS；将所述总功率PHESS经过低通滤波器后得到所述至少两个锂电池储能装置的第一目标功率P* batt，将所述总功率PHESS与所述第一目标功率P* batt的差值作为所述至少一个超级电容储能装置的第二目标功率P* SC；
功率控制单元，用于根据所述第二目标功率P* SC以及与所述超级电容储能装置的实际电流iSC控制所述至少一个超级电容储能装置的功率；根据所述第一目标功率P* batt以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式以及功率，
所述功率控制单元包括：充放电模式控制模块，用于根据预设的SOC值与充放电模式的对应关系控制所述至少两个锂电池储能装置的充放电模式，所述对应关系为SOC值大的优先放电，SOC值小的优先充电，
所述功率控制单元还包括；电池功率控制模块，用于以所述至少两个锂电池储能装置充电电压上限和放电电压下限所对应的最大充放电功率为约束，对所述第一目标功率P* batt进行限幅，得到第一功率给定值；根据所述第一功率给定值以及所述至少两个锂电池储能装置的SOC值控制所述至少两个锂电池储能装置的功率，
所述对应关系包括：
当0.9≤SOC值＜1，对应的充放电模式为恒功率放电；
当0.8≤SOC值＜0.9，对应的充放电模式为恒功率放电、低倍率恒流充电；
当0.2≤SOC值＜0.8，对应的充放电模式为恒功率充放电；
当0.1≤SOC值＜0.2，对应的充放电模式为恒功率充电、低倍率恒流放电；
当0＜SOC值＜0.1，对应的充放电模式为恒功率充电，
所述功率控制单元还包括：超级电容控制模块，用于对所述第二目标功率P* SC进行限幅处理得到第二功率给定值；将所述第二功率给定值与所述实际电流iSC的差值进过PI控制器之后得到控制信号，根据所述控制信号控制所述至少一个超级电容储能装置的功率。
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