CN113595117A - 一种混合储能功率分配方法 - Google Patents

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谭龙胜
兀鹏越
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王小辉
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孙梦瑶
郭新宇
薛磊
张立松
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李志鹏
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Abstract

本发明一种混合储能功率分配方法，包括：确定混合储能总有功功率调节量；采用超级电容响应混合储能总有功功率调节量的突变功率；引入超级电容单极点高通滤波器，得到超级电容功率调节方程；采用蓄电池响应混合储能总有功功率调节量的中频率功率；引入超级电容单极点高通滤波器和蓄电池高通滤波器，得到蓄电池功率调节方程；将超级电容功率调节方程和蓄电池功率调节方程，分别除以其端电压得到端电流参考值；将端电流参考值与端电流当前值作差后送至PI调节器，生成PWM波分别控制超级电容换流器晶闸管触发角和蓄电池换流器晶闸管触发角，实现混合储能功率分配控制。本发明采用超级电容响应突变功率即高频功率调节，采用蓄电池响应中频率功率调节。

Description

一种混合储能功率分配方法
技术领域
本发明涉及一种混合储能功率分配方法，采用高通滤波算法对混合储能进行功率分配控制。
背景技术
分布式混合储能系统由蓄电池与超级电容组成，通过换流器与电网相连，具备功率双向流动能力，具有功率调节迅速、应用模式多样等优点。在混合储能系统中，蓄电池具有高能量密度特点但不适合频繁充放电，超级电容具有高功率密度优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合储能功率分配方法，采用高通滤波算法对混合储能进行功率分配控制。该方法采用超级电容响应突变功率即高频功率调节，采用蓄电池响应中频率功率调节。
本发明采取如下技术方案来实现的：
一种混合储能功率分配方法，包括以下步骤：
1)确定混合储能总有功功率调节量；
2)采用超级电容响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的突变功率即高频功率；
3)在步骤2)超级电容高频功率调节中引入超级电容单极点高通滤波器，得到超级电容功率调节方程；
4)采用蓄电池响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的中频率功率；
5)在步骤4)蓄电池中频率功率调节中引入步骤3)超级电容单极点高通滤波器和蓄电池高通滤波器，得到蓄电池功率调节方程；
6)将步骤3)得到的超级电容功率调节方程和步骤5)得到的蓄电池功率调节方程，分别除以其端电压得到端电流参考值；
7)将步骤6)得到的端电流参考值与端电流当前值作差后送至PI调节器，各自生成PWM波分别控制超级电容换流器晶闸管触发角和蓄电池换流器晶闸管触发角，实现混合储能功率分配控制。
本发明进一步的改进在于，步骤1)确定混合储能总有功功率调节量为PH。
本发明进一步的改进在于，步骤2)采用超级电容响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的突变功率即高频功率，超级电容输出有功功率PC来平抑PH高频波动。
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：在步骤2)超级电容高频功率调节中引入超级电容单极点高通滤波器，得到超级电容功率调节方程：
Figure BDA0003190352710000021
其中：TsC为超级电容高通滤波器时间常数，s为微分算子。
本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：采用蓄电池响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的中频率功率，蓄电池输出有功功率PB来平抑PH中频波动。
本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：在步骤4)蓄电池中频率功率调节中引入步骤3)超级电容单极点高通滤波器和蓄电池高通滤波器，得到蓄电池功率调节方程：
Figure BDA0003190352710000022
其中：TsB为蓄电池高通滤波器时间常数。
本发明进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：将步骤3)得到的超级电容功率调节方程和步骤5)得到的蓄电池功率调节方程，分别除以其端电压UC、UB得到端电流参考值iCref、iBref。
本发明进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：将步骤6)得到的端电流参考值iCref、iBref与端电流当前值iC、iB作差后送至PI调节器，各自生成PWM波分别控制超级电容换流器晶闸管触发角和蓄电池换流器晶闸管触发角，实现混合储能功率分配控制。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明提出一种采用高通滤波算法对混合储能进行功率分配控制的方法。该高通滤波算法采用单极点高通滤波器。
2.本发明采用超级电容响应突变功率即高频功率调节，采用蓄电池响应中频率功率调节。
附图说明
图1为混合储能功率分配控制框图。
图2为含有混合储能微网拓扑结构图。
图3为超级电容及蓄电池功率响应波形。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，在混合储能系统中，蓄电池具有高能量密度特点但不适合频繁充放电，超级电容具有高功率密度优势。本发明采用超级电容响应突变功率即高频功率调节，蓄电池响应中频率功率调节的混合储能功率分配原则，超级电容和蓄电池功率调节量可表示为：
Figure BDA0003190352710000041
式(1)中：PH为混合储能总有功功率调节量；TsC、TsB分别为超级电容、蓄电池高通滤波器时间常数，s为微分算子。混合储能有功功率调节量PH经超级电容单极点高通滤波器后可以得到对应高频功率调节量；PH分别经超级电容、蓄电池高通滤波后，可以得到蓄电池对应的中频率功率调节量。
经高通滤波后的PH分为PB和PC，分别除以其端电压UC、UB得到端电流参考值iCref、iBref，端电流参考值与端电流当前值iC、iB作差后送至PI调节器，各自生成PWM波分别控制超级电容换流器晶闸管触发角和蓄电池换流器晶闸管触发角，实现混合储能功率分配控制。
如图2所示，仿真平台搭建混合储能仿真模型，负载通过DC/DC换流器与直流母线相连，因为其有功出力PDG波动性，需要配置由蓄电池和超级电容组成的混合储能设备，通过调节蓄电池有功功率PB、超级电容有功功率PC来平抑PDG波动。当交流大电网发生频率振荡事故，功率振荡信号通过AC/DC换流器传递至直流侧，需要混合储能具备频率振荡抑制能力。仿真系统参数如表1所示。
表1仿真系统参数
Figure BDA0003190352710000042
Figure BDA0003190352710000051
如图3所示，当负荷发生随机连续波动时，混合储能为微网提供了功率支持，其中超级电容能够快速补偿高频功率波动，蓄电池能够平抑低频功率扰动，与理论分析保持一致。在系统频率突变初期，仅需要超级电容就可以满足系统频率调节需求，利用超级电容快速充放电特性，为系统频率提供惯性支持，避免蓄电池频繁充放电。当超级电容无法满足功率需求时，蓄电池参与到功率调节中，为系统频率提供所需惯性支撑。本文所提混合储能分频控制策略可以准确区分功率波动频率，对混合储能进行分频控制，及时调整蓄电池与超级电容的虚拟惯量，实现蓄电池与超级电容协调配合。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合储能功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定混合储能总有功功率调节量；
2)采用超级电容响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的突变功率即高频功率；
3)在步骤2)超级电容高频功率调节中引入超级电容单极点高通滤波器，得到超级电容功率调节方程；
4)采用蓄电池响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的中频率功率；
5)在步骤4)蓄电池中频率功率调节中引入步骤3)超级电容单极点高通滤波器和蓄电池高通滤波器，得到蓄电池功率调节方程；
6)将步骤3)得到的超级电容功率调节方程和步骤5)得到的蓄电池功率调节方程，分别除以其端电压得到端电流参考值；
7)将步骤6)得到的端电流参考值与端电流当前值作差后送至PI调节器，各自生成PWM波分别控制超级电容换流器晶闸管触发角和蓄电池换流器晶闸管触发角，实现混合储能功率分配控制。
2.根据权利要求1所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤1)确定混合储能总有功功率调节量为PH。
3.根据权利要求2所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤2)采用超级电容响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的突变功率即高频功率，超级电容输出有功功率PC来平抑PH高频波动。
4.根据权利要求3所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：在步骤2)超级电容高频功率调节中引入超级电容单极点高通滤波器，得到超级电容功率调节方程：
Figure FDA0003190352700000011
其中：TsC为超级电容高通滤波器时间常数，s为微分算子。
5.根据权利要求4所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：采用蓄电池响应步骤1)混合储能总有功功率调节量的中频率功率，蓄电池输出有功功率PB来平抑PH中频波动。
6.根据权利要求5所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤5)的具体实现方法为：在步骤4)蓄电池中频率功率调节中引入步骤3)超级电容单极点高通滤波器和蓄电池高通滤波器，得到蓄电池功率调节方程：
Figure FDA0003190352700000021
其中：TsB为蓄电池高通滤波器时间常数。
7.根据权利要求6所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤6)的具体实现方法为：将步骤3)得到的超级电容功率调节方程和步骤5)得到的蓄电池功率调节方程，分别除以其端电压UC、UB得到端电流参考值iCref、iBref。
8.根据权利要求7所述的一种混合储能功率分配方法，其特征在于，步骤7)的具体实现方法为：将步骤6)得到的端电流参考值iCref、iBref与端电流当前值iC、iB作差后送至PI调节器，各自生成PWM波分别控制超级电容换流器晶闸管触发角和蓄电池换流器晶闸管触发角，实现混合储能功率分配控制。
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