CN113725882A - 一种混合储能系统的控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

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CN113725882A CN202111012252.2A CN202111012252A CN113725882A CN 113725882 A CN113725882 A CN 113725882A CN 202111012252 A CN202111012252 A CN 202111012252A CN 113725882 A CN113725882 A CN 113725882A
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闵歆
李杨
陈圣金
吴星亮
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Abstract

本申请公开了一种混合储能系统的控制方法，包括：获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；将无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容器，以对混合储能系统进行控制。相较于现有技术而言，由于该控制方法增加了将储能电池的无功补偿功率反馈至混合储能系统中超级电容器的步骤，这样就可以相对降低混合储能系统中的电流跟踪误差，并能快速恢复混合储能系统中的直流链路电压。相应的，本申请所提供的一种混合储能系统的控制装置、设备及介质，同样具有上述有益效果。

Description

一种混合储能系统的控制方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及混合储能技术领域，特别涉及一种混合储能系统的控制方法、装置、设备及介质。
背景技术
混合储能系统因其能够采用不同的存储技术提高整个储能系统的性能，所以，混合储能系统在实际生活中得到了较为广泛的应用。由于储能电池+超级电容器的组合方式可以有效解决混合储能系统中不同变化的电力波动，并减少电池储能系统的压力，所以，储能电池+超级电容器的组合形式是目前混合储能系统最为常见的配置之一。
在现有技术中，混合储能系统中的总电流会被低通滤波器分为平均电流和瞬时电流两部分，其中，低通滤波器所产生的平均电流会作为混合储能系统中储能电池的参考电流，低通滤波器所产生的瞬时电流会作为混合储能系统中超级电容器的参考电流。由于混合储能系统中储能电池、电池控制器和双向DC-DC转换器(Direct Current DirectCurrent Converter)的动态变化比较缓慢，所以，混合储能系统中会存在较大的电流跟踪误差，并使其内部的直流链路电压不能快速恢复。目前，针对这一技术问题，还没有较为有效的解决办法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合储能系统的控制方法、装置、设备及介质，以降低混合储能系统中的电流跟踪误差，并能快速恢复混合储能系统中的直流链路电压。其具体方案如下：
一种混合储能系统的控制方法，包括：
获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；
将所述无功补偿功率反馈至所述混合储能系统的超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制。
优选的，所述获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率的过程，包括：
获取所述混合储能系统的总电流，并根据所述混合储能系统的总电流获取所述储能电池的参考电流；
根据所述储能电池的参考电流确定所述无功补偿功率。
优选的，所述获取所述混合储能系统的总电流的过程，包括：
根据电流数学模型获取所述混合储能系统的总电流；
其中，所述电流数学模型的表达式为：
itot(t)＝Kp_vdcver+Ki_vdc∫verdt；
式中，itot为所述混合储能系统的总电流，Kp_vdc和Ki_vdc分别为所述混合储能系统中电压控制回路的比例常数和积分常数，ver为故障电压，t为时间。
优选的，所述根据所述混合储能系统的总电流获取所述储能电池的参考电流的过程，包括：
基于目标数学模型，根据所述混合储能系统的总电流获取所述储能电池的参考电流；
其中，所述目标数学模型的表达式为：
Figure BDA0003238786150000021
式中，ibref为所述储能电池的参考电流，ωc为所述混合储能系统中低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯变换因子，itot为所述混合储能系统的总电流。
优选的，所述根据所述储能电池的参考电流确定所述无功补偿功率的过程，包括：
基于功率补偿模型，根据所述储能电池的参考电流确定所述无功补偿功率；
其中，所述功率补偿模型的表达式为：
Pb_uncomp(s)＝(ibref(s)-ib(s))vb(s)
式中，Pb_uncomp为所述无功补偿功率，ibref为所述储能电池的参考电流，ib为所述储能电池的实际电流，vb为所述储能电池的电压，s为拉普拉斯变换因子。
优选的，所述将所述无功补偿功率反馈至所述混合储能系统的超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制的过程，包括：
利用所述无功补偿功率获取所述储能电池的无功补偿电流，并获取所述储能电池的瞬时有效电流；
将所述储能电池的无功补偿电流、所述储能电池的瞬时有效电流和所述超级电容器的实际电流共同作用至所述超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制。
相应的，本发明还公开了一种混合储能系统的控制装置，包括：
功率获取模块，用于获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；
系统控制模块，用于将所述无功补偿功率反馈至所述混合储能系统的超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制。
相应的，本发明还公开了一种混合储能系统的控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述所公开的一种混合储能系统的控制方法的步骤。
相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种混合储能系统的控制方法的步骤。
可见，在本发明中，首先是获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率，然后，再将无功补偿功率反馈至混合储能系统中的超级电容器，并以此来对混合储能系统进行控制。相较于现有技术而言，由于该控制方法增加了将储能电池的无功补偿功率反馈至混合储能系统中超级电容器的步骤，这样就可以相对降低混合储能系统中的电流跟踪误差，并能快速恢复混合储能系统中的直流链路电压。相应的，本发明所提供的一种混合储能系统的控制装置、设备及介质，同样具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供利用储能电池的无功补偿功率对混合储能系统进行控制时的示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制装置的结构图；
图4为本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制设备的结构图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制方法的流程图，该控制方法包括：
步骤S11：获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；
步骤S12：将无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容器，以对混合储能系统进行控制。
在本实施例中，是提供了一种混合储能系统的控制方法，通过该控制方法来对混合储能系统进行控制，就可以降低混合储能系统中的电流跟踪误差，并能快速恢复混合储能系统中的直流链路电压。
在该控制方法中，首先是获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率，当获取得到混合储能系统中储能电池的无功补偿功率之后，再将储能电池的无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容器，并以此来对混合储能系统进行控制。
可以理解的是，当将储能电池的无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容器中时，就相当于是将储能电池的无功补偿功率引入到了混合储能系统的反馈控制中，由此就可以相对降低混合储能系统的电流跟踪误差。能够想到的是，当混合储能系统中的电流跟踪误差减小之后，就可以使得混合储能系统能够快速恢复其内部的直流链路电压。
此外，通过此种控制方式，不仅可以在混合储能系统的负荷和发电阶梯式变化中，降低混合储能系统中初级储能系统的压力，而且，还能够抑制混合储能系统中直流链路电压的过冲现象。
可见，在本实施例中，首先是获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率，然后，再将无功补偿功率反馈至混合储能系统中的超级电容器，并以此来对混合储能系统进行控制。相较于现有技术而言，由于该控制方法增加了将储能电池的无功补偿功率反馈至混合储能系统中超级电容器的步骤，这样就可以相对降低混合储能系统中的电流跟踪误差，并能快速恢复混合储能系统中的直流链路电压。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率的过程，包括：
获取混合储能系统的总电流，并根据混合储能系统的总电流获取储能电池的参考电流；
根据储能电池的参考电流确定无功补偿功率。
在本实施例中，是提供了一种混合储能系统中储能电池无功补偿功率的具体实施方法，在获取储能电池无功补偿功率的过程中，首先是获取混合储能系统的总电流，并根据混合储能系统的总电流获取储能电池的参考电流；之后，再根据储能电池的参考电流确定储能电池的无功补偿功率。
可以理解的是，与传统的控制策略不同，在混合储能系统的负载和发电量变化期间，混合储能系统的整体功率会分为平均功率和瞬时功率两部分，那么混合储能系统的功率平衡方程可表示为：
Figure BDA0003238786150000051
式中，Pl(t)、Pren(t)、Pb(t)、Psc(t)分别表示混合储能系统中的负载功率、光伏发电功率、电池功率和超级电容器功率，
Figure BDA0003238786150000052
和
Figure BDA0003238786150000053
分别表示平均功率和瞬时功率。
为了使得混合储能系统中的直流链路电压能够保持在一定的水平范围内，需要由混合储能系统提供的净功率为：
Figure BDA0003238786150000061
式中，
Figure BDA0003238786150000062
和
Figure BDA0003238786150000063
分别代表平均功率和瞬时功率，Vdc为直流链路电压，itot代表混合储能系统的总电流，t为时间。
为了使得混合储能系统中的直流链路电压能够保持恒定，混合储能系统所提供的总电流可表示如下：
Figure BDA0003238786150000064
式中，
Figure BDA0003238786150000065
和
Figure BDA0003238786150000066
分别代表平均功率和瞬时功率，Vdc为直流链路电压，
Figure BDA0003238786150000067
表示平均电流，
Figure BDA0003238786150000068
表示瞬时电流，t为时间。
作为一种优选的实施方式，上述步骤：获取混合储能系统的总电流的过程，包括：
根据电流数学模型获取混合储能系统的总电流；
其中，电流数学模型的表达式为：
itot(t)＝Kp_vdcver+Ki_vdc∫verdt；
式中，itot为混合储能系统的总电流，Kp_vdc和Ki_vdc分别为混合储能系统中电压控制回路的比例常数和积分常数，ver为故障电压，t为时间。
具体的，在本实施例中，在获取混合储能系统的总电流时，可以从混合储能系统的电压控制环路中来获取混合储能系统的总电流。也即，根据电流数学模型来获取混合储能系统的总电流。
作为一种优选的实施方式，上述步骤：根据混合储能系统的总电流获取储能电池的参考电流的过程，包括：
基于目标数学模型，根据混合储能系统的总电流获取储能电池的参考电流；
其中，目标数学模型的表达式为：
Figure BDA0003238786150000069
式中，ibref为储能电池的参考电流，ωc为混合储能系统中低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯变换因子，itot为混合储能系统的总电流。
在传统的混合储能系统控制策略中，混合储能系统中的低通滤波器被用于从储能混合系统的总电流itot中提取平均分量，在此情况下，混合储能系统的平均电流
Figure BDA0003238786150000071
就可以根据下述公式计算得出：
Figure BDA0003238786150000072
式中，ibref为混合储能系统中电池转换器控制的参考电流，ωc为混合储能系统中低通滤波器的截止频率，s表示拉普拉斯变换因子。
通过上述公式可知，在本实施例中，就可以根据目标数学模型来计算储能电池的参考电流ibref。需要说明的是，目标数学模型需要在拉普拉斯变换下进行计算。
作为一种优选的实施方式，上述步骤：根据储能电池的参考电流确定无功补偿功率的过程，包括：
基于功率补偿模型，根据储能电池的参考电流确定无功补偿功率；
其中，功率补偿模型的表达式为：
Pb_uncomp(s)＝(ibref(s)-ib(s))vb(s)
式中，Pb_uncomp为无功补偿功率，ibref为储能电池的参考电流，ib为储能电池的实际电流，vb为储能电池的电压，s为拉普拉斯变换因子。
可以理解的是，在实际应用中，混合储能系统中低通滤波器的截止频率为10πrad/sec，而混合储能系统中的平均电流是由储能电池所控制。由于混合储能系统中电池、电池控制器和双向DC-DC转换器的动态变化都十分缓慢，因此，通过观察就可以得到储能电池的无功补偿功率，也即：
Pb_uncomp(s)＝(ibref(s)-ib(s))vb(s)
式中，Pb_uncomp为无功补偿功率，ibref为储能电池的参考电流，ib为储能电池的实际电流，vb为储能电池的电压，s为拉普拉斯变换因子。
显然，通过本实施例所提供方法来计算储能电池的无功补偿功率，就可以使得获取得到储能电池的无功补偿功率更加准确与可靠。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：将无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容器，以对混合储能系统进行控制的过程，包括：
利用无功补偿功率获取储能电池的无功补偿电流，并获取储能电池的瞬时有效电流；
将储能电池的无功补偿电流、储能电池的瞬时有效电流和超级电容器的实际电流共同作用至超级电容器，以对混合储能系统进行控制。
在本实施例中，在将储能电池的无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容的过程中，需要利用无功补偿功率获取储能电池的无功补偿电流，并获取储能电池的瞬时有效电流，然后，再将储能电池的无功补偿电流、储能电池的瞬时有效电流和超级电容器的实际电流共同作用至混合储能系统的超级电容器中来对混合储能系统进行控制。
其中，储能电池瞬时有效电流的表达式为：
Figure BDA0003238786150000081
式中，
Figure BDA0003238786150000082
为储能电池的瞬时有效电流，ωc为混合储能系统中低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯变换因子，itot为混合储能系统的总电流。
储能电池无功补偿电流的表达式为：
Figure BDA0003238786150000083
式中，iscref(s)为储能电池的无功补偿电流，
Figure BDA0003238786150000084
为储能电池的瞬时有效电流，ib(s)为储能电池的电流，vb(s)为储能电池的电压，vsc(s)为超级电容器的电压。
请参见图2，图2为本发明实施例所提供利用储能电池的无功补偿功率对混合储能系统进行控制时的示意图。在图2中，PI代表PI(Proportional Integral，比例积分)控制器，LPF代表混合储能系统中的低通滤波器，虚线框中的vb/vsc表示修正系数，vref表示混合储能系统的参考电压、Vdc为直流链路电压、itot表示混合储能系统的总电流、
Figure BDA0003238786150000085
表示平均电流、
Figure BDA0003238786150000086
表示瞬时电流、ib为储能电池的实际电流、ib_err为储能电池的故障电流、ibref为储能电池的参考电流、isc为超级电容器的电流，dsc为超级电容器的直流电流，而swb、swc、swd和swe均为混合储能系统中DC-DC转换器的控制开关。其中，控制开关swb和swc用于控制混合储能系统中的储能电池，控制开关swd和swe用于控制混合储能系统中的超级电容器。
显然，通过本实施例所提供的技术方案，就可以降低混合储能系统中的电流跟踪误差，并能快速恢复混合储能系统中的直流链路电压。
请参见图3，图3为本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制装置的结构图，该控制装置包括：
功率获取模块21，用于获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；
系统控制模块22，用于将无功补偿功率反馈至混合储能系统的超级电容器，以对混合储能系统进行控制。
本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制装置，具有前述所公开的一种混合储能系统的控制方法所具有的有益效果。
请参见图4，图4为本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制设备的结构图，该控制设备包括：
存储器31，用于存储计算机程序；
处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述所公开的一种混合储能系统的控制方法的步骤。
本发明实施例所提供的一种混合储能系统的控制设备，具有前述所公开的一种混合储能系统的控制方法所具有的有益效果。
相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种混合储能系统的控制方法的步骤。
本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，具有前述所公开的一种混合储能系统的控制方法所具有的有益效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种混合储能系统的控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种混合储能系统的控制方法，其特征在于，包括：
获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；
将所述无功补偿功率反馈至所述混合储能系统的超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率的过程，包括：
获取所述混合储能系统的总电流，并根据所述混合储能系统的总电流获取所述储能电池的参考电流；
根据所述储能电池的参考电流确定所述无功补偿功率。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述混合储能系统的总电流的过程，包括：
根据电流数学模型获取所述混合储能系统的总电流；
其中，所述电流数学模型的表达式为：
itot(t)＝Kp_vdcver+Ki_vdc∫verdt；
式中，itot为所述混合储能系统的总电流，Kp_vdc和Ki_vdc分别为所述混合储能系统中电压控制回路的比例常数和积分常数，ver为故障电压，t为时间。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述混合储能系统的总电流获取所述储能电池的参考电流的过程，包括：
基于目标数学模型，根据所述混合储能系统的总电流获取所述储能电池的参考电流；
其中，所述目标数学模型的表达式为：
Figure FDA0003238786140000011
式中，ibref为所述储能电池的参考电流，ωc为所述混合储能系统中低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯变换因子，itot为所述混合储能系统的总电流。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述储能电池的参考电流确定所述无功补偿功率的过程，包括：
基于功率补偿模型，根据所述储能电池的参考电流确定所述无功补偿功率；
其中，所述功率补偿模型的表达式为：
Pb_uncomp(s)＝(ibref(s)-ib(s))vb(s)
式中，Pb_uncomp为所述无功补偿功率，ibref为所述储能电池的参考电流，ib为所述储能电池的实际电流，vb为所述储能电池的电压，s为拉普拉斯变换因子。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将所述无功补偿功率反馈至所述混合储能系统的超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制的过程，包括：
利用所述无功补偿功率获取所述储能电池的无功补偿电流，并获取所述储能电池的瞬时有效电流；
将所述储能电池的无功补偿电流、所述储能电池的瞬时有效电流和所述超级电容器的实际电流共同作用至所述超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制。
7.一种混合储能系统的控制装置，其特征在于，包括：
功率获取模块，用于获取混合储能系统中储能电池的无功补偿功率；
系统控制模块，用于将所述无功补偿功率反馈至所述混合储能系统的超级电容器，以对所述混合储能系统进行控制。
8.一种混合储能系统的控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的一种混合储能系统的控制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的一种混合储能系统的控制方法的步骤。
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