CN113410832B - 一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，包括如下步骤：步骤1、通过计算从多个储能单元的优先权值选取多个符合预定条件的组网电源；步骤2、储能单元协调控制，使得各储能单元按照功率数值进行充电或放电；步骤3、根据直流母线电压的数值，进行系统运行模式切换。本发明的方法，协调直流母线接入的多个储能单元，在离网模式下针对不同直流母线电压有针对性地制定储能单元的控制指令，借助多个储能单元之间的有效管控，进而保障不同运行工况下的系统稳定运行。

Description

一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其是一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法。

背景技术

现有的风/光互补制氢技术中，系统结构以可再生能源交流汇集、通过电力电子装置交-直流变换提供制氢电源为主，由于存在多个交-直-交变换环节，削弱了系统的整体运行效率，而且各环节产生的损耗随着制氢规模的提升而相应增加。这些成为制约风/光互补制氢高效运行的关键技术问题与难题。风光储氢直流微网可以突破系统高效运行的上述瓶颈，大幅提高风/光互补制氢的技术经济性和规模化推广应用价值，推动可再生能源与氢能互补集成的快速发展。

图1描述了风光储氢综合能源直流微网的典型结构，交流系统AC通过电压源型换流站(voltage-source converter,VSC)与直流网络互联，其中，VSC交流侧接入AC，与此同时，VSC的直流侧接入直流母线。直流母线可以集成光伏发电、风力发电、多个储能单元、以及制氢负载等。

风光储氢综合能源直流微网运行过程中，可能存在并网、离网运行等不同场景，当直流母线接入多个储能单元时，此时相互之间的协调将成为确保系统稳定运行的关键，尤其是在不同的运行模式下，储能单元的调度指令也将不同。因此，需要针对不同运行工况制定储能单元的控制指令，实现对多个储能单元的有效管控、进而支撑不同运行工况下的系统平稳运行与高效制氢。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，协调直流母线接入的多个储能单元，在离网模式下针对不同直流母线电压有针对性地制定储能单元的控制指令，借助多个储能单元之间的有效管控，进而保障不同运行工况下的系统稳定运行。

本发明的技术方案为：一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，包括如下步骤：

步骤1、通过计算多个储能单元的优先权值选取多个符合预定条件的组网电源；

步骤2、储能单元协调控制，使得各储能单元按照功率数值进行充电或放电；

步骤3、根据直流母线电压的数值，进行系统运行模式切换。

进一步的，所述步骤1通过计算多个储能单元的优先权值选取多个符合预定条件的组网电源，具体包括：

步骤1.1基于当前运行时刻风力发电功率P_W、光伏发电功率P_P、制氢负荷功率P_H计算功率缺额，基于当前运行时刻的各储能单元的荷电状态、各储能单元的额定功率，计算各储能单元的优先权值；

步骤1.2选取优先权值最小的储能单元作为组网电源。

进一步的，所述步骤1.1具体包括：

孤网运行时，获取当前运行时刻的风力发电功率P_W，当前运行时刻的光伏发电功率P_P，当前运行时刻的制氢负荷功率P_H，计算功率缺额P：

P＝(P_W+P_P-P_H)

获取当前运行时刻的第1个储能单元的荷电状态S₁，当前运行时刻的第n个储能单元的荷电状态S_n，当前运行时刻的第N个储能单元的荷电状态S_N，其中N表示储能单元的总数，n是1,…,N中的某一数值；

获取第1个储能单元的额定功率P_Erated,1，获取第n个储能单元的额定功率P_Erated,n，获取第N个储能单元的额定功率P_Erated,N；

设定荷电状态权重系数α、功率权重系数β，计算各储能单元的优先权，设定Y₁表示第1个储能单元的优先权值，Y_n表示第n个储能单元的优先权值，Y_N表示第N个储能单元的优先权值。

进一步的，所述步骤1.2具体包括：

Y₁＝sqrt(α(1-S₁)²+β(P/P_Erated,1)²)

Y_n＝sqrt(α(1-S_n)²+β(P/P_Erated,n)²)

Y_N＝sqrt(α(1-S_N)²+β(P/P_Erated,N)²)

在Y₁，…Y_n，…Y_N中寻找最小值，假定其数值为min，对应下标为i，则选取第i个储能单元作为组网电源；系统采用主从控制模式，即组网电源采用定直流电压控制策略，确保直流母线电压恒定；其它储能单元采用定功率控制策略。

进一步的，所述步骤2储能单元协调控制，使得各储能单元按照功率数值进行充电或放电；具体包括：

P＝(P_W+P_P-P_H)

对于第n个储能单元而言，其中n不等于i，如果此时其处于放电状态，第n个储能单元的功率P_E,n<0，

P_E,n＝min{-PS_n/(S₁+…+S_n+…+S_N),P_Erated,n}

P_E,n＝-P_E,n；

第n个储能单元按功率数值P_E,n进行放电；

对于第n个储能单元，其中n不等于i而言，如果此时其处于充电状态，第n个储能单元的功率P_E,n>0，

P_E,n＝min{PS_n/(S₁+…+S_n+…+S_N),P_Erated,n}

第n个储能单元按功率数值P_E,n进行充电；

系统进入主从控制模式，即各储能单元在放电和充电状态下均保持主从控制模式。

进一步的，所述步骤3根据直流母线电压的数值，进行系统运行模式切换，包括，进一步判断：

步骤3.1当直流母线电压U<U_L，其中U_L为直流母线的允许下限值，启动运行模式切换，进入对等控制模式：各储能单元均采用下垂控制策略，

P_E,n＝(1+S_n/(S₁+…+S_n+…+S_N))/k_n(U-U_n,ref)+P_n,ref

其中，U_n,ref为第n个储能单元的直流电压参考值，P_n,ref为第n个储能单元的输出功率参考值，k_n为第n个储能单元的下垂系数；

步骤3.2当直流母线电压U<U_LM，其中U_LM为直流母线的允许最低限值,启动制氢负荷减载策略：在所有储能单元中选取SOC最小的储能单元，假定其输出功率值为P_base，进一步挑选最接近P_base绝对值的可切除负荷容量，作为减载目标；

步骤3.3当直流母线电压U>U_L，进入主从控制模式。

有益效果：

受电网调度、可再生能源功率波动等因素的影响，风光储氢综合能源直流微网可能运行在并网模式、离网模式等不同场景。本发明提出一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，协调直流母线接入的多个储能单元，在离网模式下针对不同直流母线电压有针对性地制定储能单元的控制指令，借助多个储能单元之间的有效管控，进而保障不同运行工况下的系统稳定运行。

附图说明

图1风光储氢综合能源直流微网示意图；

图2本发明的方法流程图。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，其实现流程如下：

步骤1、通过计算多个储能单元的优先权值选取多个符合预定条件的组网电源；

孤网运行时，获取当前运行时刻的风力发电功率P_W，当前运行时刻的光伏发电功率P_P，当前运行时刻的制氢负荷功率P_H，计算功率缺额P：

P＝(P_W+P_P-P_H)

获取当前运行时刻的第1个储能单元的荷电状态S₁，当前运行时刻的第n个储能单元的荷电状态S_n，当前运行时刻的第N个储能单元的荷电状态S_N，其中N表示储能单元的总数，n是1,…,N中的某一数值；

获取第1个储能单元的额定功率P_Erated,1，获取第n个储能单元的额定功率P_Erated,n，获取第N个储能单元的额定功率P_Erated,N。

设定荷电状态权重系数α、功率权重系数β，计算各储能单元的优先权，设定Y₁表示第1个储能单元的优先权值，Y_n表示第n个储能单元的优先权值，Y_N表示第N个储能单元的优先权值。

Y₁＝sqrt(α(1-S₁)²+β(P/P_Erated,1)²)

Y_n＝sqrt(α(1-S_n)²+β(P/P_Erated,n)²)

Y_N＝sqrt(α(1-S_N)²+β(P/P_Erated,N)²)

在Y₁，…Y_n，…Y_N中寻找最小值，假定其数值为min，对应下标为i，则选取第i个储能单元作为组网电源。

系统采用主从控制模式，即组网电源采用定直流电压控制策略，确保直流母线电压恒定；其它储能单元采用定功率控制策略。

步骤2、储能单元协调控制，使得各储能单元按照功率数值进行充电或放电；

P＝(P_W+P_P-P_H)

对于第n个储能单元(n不等于i)而言，如果此时其处于放电状态，第n个储能单元的功率P_E,n<0，

P_E,n＝min{-PS_n/(S₁+…+S_n+…+S_N),P_Erated,n}

P_E,n＝-P_E,n

第n个储能单元按功率数值P_E,n进行放电。

对于第n个储能单元(n不等于i)而言，如果此时其处于充电状态，第n个储能单元的功率P_E,n>0，

P_E,n＝min{PS_n/(S₁+…+S_n+…+S_N),P_Erated,n}

第n个储能单元按功率数值P_E,n进行充电。

系统进入主从控制模式，即各储能单元在放电和充电状态下均保持主从控制模式。

步骤3、根据直流母线电压的数值，进行系统运行模式切换。

具体包括进一步判断：

3.1当直流母线电压U<U_L(U_L为直流母线的允许下限值)，启动运行模式切换，进入对等控制模式：各储能单元均采用下垂控制策略，

P_E,n＝(1+S_n/(S₁+…+S_n+…+S_N))/k_n(U-U_n,ref)+P_n,ref

其中，U_n,ref为第n个储能单元的直流电压参考值，P_n,ref为第n个储能单元的输出功率参考值，k_n为第n个储能单元的下垂系数。

3.2当直流母线电压U<U_LM(U_LM为直流母线的允许最低限值)，启动制氢负荷减载策略：在所有储能单元中选取SOC最小的储能单元，假定其输出功率值为P_base，进一步挑选最接近P_base绝对值的可切除负荷容量，作为减载目标。

3.3当直流母线电压U>U_L，进入主从控制模式。

风光储氢综合能源直流微网在可再生能源充分消纳的同时可以高效制氢，为未来可再生能源、直流制氢的快速发展提供了有力支撑。本发明提出的风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，可以有效弥补现有缺陷，有利于复杂工况变化下的运行模式切换，并保障风光储氢综合能源平稳运行，应用前景广阔。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过计算多个储能单元的优先权值选取多个符合预定条件的组网电源；

所述步骤1通过计算多个储能单元的优先权值选取多个符合预定条件的组网电源，具体包括：

步骤1.1基于当前运行时刻风力发电功率P_W、光伏发电功率P_P、制氢负荷功率P_H计算功率缺额，基于当前运行时刻的各储能单元的荷电状态、各储能单元的额定功率，计算各储能单元的优先权值；所述步骤1.1具体包括：

孤网运行时，获取当前运行时刻的风力发电功率P_W，当前运行时刻的光伏发电功率P_P，当前运行时刻的制氢负荷功率P_H，计算功率缺额P：

P＝(P_W+P_P-P_H)

获取当前运行时刻的第1个储能单元的荷电状态S₁，当前运行时刻的第n个储能单元的荷电状态S_n，当前运行时刻的第N个储能单元的荷电状态S_N，其中N表示储能单元的总数，n是1,…,N中的某一数值；

获取第1个储能单元的额定功率P_Erated,1，获取第n个储能单元的额定功率P_Erated,n，获取第N个储能单元的额定功率P_Erated,N；

设定荷电状态权重系数α、功率权重系数β，计算各储能单元的优先权，设定Y₁表示第1个储能单元的优先权值，Y_n表示第n个储能单元的优先权值，Y_N表示第N个储能单元的优先权值；

步骤1.2选取优先权值最小的储能单元作为组网电源；所述步骤1.2具体包括：

Y₁＝sqrt(α(1-S₁)²+β(P/P_Erated,1)²)

Y_n＝sqrt(α(1-S_n)²+β(P/P_Erated,n)²)

Y_N＝sqrt(α(1-S_N)²+β(P/P_Erated,N)²)

在Y₁，…Y_n，…Y_N中寻找最小值，假定其数值为min，对应下标为i，则选取第i个储能单元作为组网电源；系统采用主从控制模式，即组网电源采用定直流电压控制策略，确保直流母线电压恒定；其它储能单元采用定功率控制策略；

步骤2、储能单元协调控制，使得各储能单元按照功率数值进行充电或放电；

步骤3、根据直流母线电压的数值，进行系统运行模式切换。

2.根据权利要求1所述的一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，其特征在于，所述步骤2储能单元协调控制，使得各储能单元按照功率数值进行充电或放电；具体包括：

P＝(P_W+P_P-P_H)

对于第n个储能单元而言，其中n不等于i，如果此时其处于放电状态，第n个储能单元的功率P_E,n<0，

P_E,n＝min{-PS_n/(S₁+…+S_n+…+S_N),P_Erated,n}

P_E,n＝-P_E,n

第n个储能单元按功率数值P_E,n进行放电；

对于第n个储能单元，其中n不等于i而言，如果此时其处于充电状态，第n个储能单元的功率P_E,n>0，

P_E,n＝min{PS_n/(S₁+…+S_n+…+S_N),P_Erated,n}

第n个储能单元按功率数值P_E,n进行充电；

系统进入主从控制模式，即各储能单元在放电和充电状态下均保持主从控制模式。

3.根据权利要求1所述的一种风光储氢综合能源直流微网运行控制方法，其特征在于，所述步骤3根据直流母线电压的数值，进行系统运行模式切换，包括，进一步判断：

步骤3.1当直流母线电压U<U_L，其中U_L为直流母线的允许下限值，启动运行模式切换，进入对等控制模式：各储能单元均采用下垂控制策略，

P_E,n＝(1+S_n/(S₁+…+S_n+…+S_N))/k_n(U-U_n,ref)+P_n,ref

其中，U_n,ref为第n个储能单元的直流电压参考值，P_n,ref为第n个储能单元的输出功率参考值，k_n为第n个储能单元的下垂系数；

步骤3.2当直流母线电压U<U_LM，其中U_LM为直流母线的允许最低限值,启动制氢负荷减载策略：在所有储能单元中选取SOC最小的储能单元，假定其输出功率值为P_base，进一步挑选最接近P_base绝对值的可切除负荷容量，作为减载目标；

步骤3.3当直流母线电压U>U_L，进入主从控制模式。

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