CN116599101A - 基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法及系统，综合考虑超级电容的荷电状态、蓄电池的荷电状态、蓄电池充放电功率大小等多种目标约束，提出一种基于多目标协调的混合储能自适应方法，当超级电容的SOC处于危险区时，利用蓄电池优化超级电容的SOC，使超级电容这个主电源稳定；当超级电容的SOC正常时，利用超级电容协调优化蓄电池的充放电深度。本发明实现了优化超级电容的SOC与蓄电池的充放电深度，保证超级电容SOC正常的同时，还可延长蓄电池的使用寿命的效果。

Description

基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法及系统
技术领域
本发明涉及孤岛型微电网中的混合储能系统控制技术，特别是一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法及系统。
背景技术
孤岛型微电网可通过风电、光伏等新能源来实现局部地域的电力供应，但新能源发电的功率输出存在间歇性，同时微电网负荷的投切具有随机性，均会导致母线功率供需失衡，严重影响了孤岛微电网的电能质量。因此，常在微电网中加入储能设备来提高系统供电的可靠性与经济性。一方面，储能系统的可控性输出能够支撑微电网系统的功率平衡和稳定运行，通过吸收与释放能量抑制可再生能源设备输出的波动功率，改善微电网的电能质量；另一方面，通过减小新能源发电设备输出能量的峰谷差，提高微电网对新能源的利用率；同时储能还可以作为应急式后备电压源，在发电设备故障时可短时间向负荷直接供电，减少因故障问题造成的损失。
储能系统常由能量型的蓄电池组与功率型的超级电容组成，混合储能系统的功率分配策略直接影响系统输出的电能质量。常见的混合储能分配策略都是将所需功率的低频分量分配给蓄电池，将所需功率的高频分量自适应分配给超级电容组。此种策略虽然可以实现功率的分配，但并没有在分配过程中考虑超级电容与蓄电池的SOC状态。对于蓄电池而言，在SOC较高时的过充与SOC较低时的过放都对蓄电池不利，会严重影响蓄电池的使用寿命。所以在混合储能的功率分配策略中必须要考虑各自的SOC状态这一影响因素。
现有技术都只解决了如何将混合储能更好更快的进行功率调配与均分，如发明专利申请CN202210640080.1与发明专利申请CN202210609262.2都是在储能的功率控制与均分上进行研究，虽然可以实现功率的控制，但是并没有考虑储能的自身荷电状态与充放电的功率大小，有可能会导致储能的过充与过放，导致储能设备损坏或者寿命减少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法及系统，实现混合储能系统在实现功率均分的同时，重构并优化储能单元的功率输出曲线，保证主电源超级电容具有正常的荷电状态，降低蓄电池的充放电深度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，适用于混合储能系统，所述混合储能系统包括蓄电池系统、超级电容；所述蓄电池系统、超级电容均接于三相交流母线；该方法包括：
判断超级电容的荷电状态是否位于正常区间，若是，则将超级电容输出有功功率Psc与反馈功率PH作差，得到功率误差Per，利用所述功率误差Per进行功率分配，得到正常功率指令Pb，利用所述正常功率指令Pb计算得到蓄电池第一协调功率指令Pbr，根据所述蓄电池第一协调功率指令Pbr确定蓄电池的均分功率指令Pbatr；
否则，利用超级电容直流电压Udc1获得重构后的超级电容荷电状态SOC_sc，根据所述重构后的超级电容荷电状态SOC_sc计算蓄电池第二协调功率指令Pem，利用所述第二协调功率指令Pem与蓄电池荷电状态SOC_bat确定蓄电池的协调功率指令Pbs；
利用所述蓄电池的均分功率指令Pbatr/蓄电池的协调功率指令Pbs获得蓄电池的功率指令Pbref。
本发明考虑了储能的自身荷电状态与充放电的功率大小，可以有效防止储能的过充与过放，进而延长储能设备寿命。本发明在实现混合储能系统在实现功率均分的同时，重构并优化了储能单元的功率输出曲线，降低了蓄电池的充放电深度。
所述蓄电池第一协调功率指令Pbr计算公式为：
其中， Pbr1、Pbr2分别为蓄电池在混合储能系统放电状态和充电状态下的功率协调指令，为超级电容SOC分区中过充高压区与超级电容正常区的临界SOC值，SOC_sc_low为超级电容SOC分区中超级电容正常区与超级电容过放低压区的临界SOC值，SOC_sc_mid为超级电容SOC分区中正常区的中间SOC值。
所述蓄电池的均分功率指令Pbatr的表达式为：
Pbatr＝λ·Pbmax；
其中，Pbmax表示蓄电池最大充/放电功率，
蓄电池分区中正常区的中间SOC值，SOC_bat_max为蓄电池分区中过充极限区与蓄电池过充高压区的临界SOC值，SOC_bat_high为蓄电池过充高压区与蓄电池正常区的临界SOC值，SOC_bat_low为蓄电池正常区与蓄电池过放低压区的临界SOC值，SOC_bat_min为蓄电池过放低压区与蓄电池过放极限区的临界SOC值。
其中，P_bat_max为蓄电池的最大放电功率，P_bat_min为蓄电池的最大充电功率。
所述反馈功率PH的计算公式为：其中，P_bat_max为蓄电池的最大放电功率，P_bat_min为蓄电池的最大充电功率。
重构后的超级电容荷电状态SOC_sc的计算公式为：其中，/>Usc_max为超级电容额定的最大电压，Usc_min为超级电容额定的最小电压，Δ1与Δ2为超级电容SOC重构时留下的电压裕量，Udcl为超级电容直流电压。
所述蓄电池的协调功率指令Pbs的表达式为：其中，P1＝Pec-Pscmax，P1表示蓄电池最大可吸收的充电协调功率，Pec为系统的差额功率，Pscmax为超级电容的最大充电功率，P2表示蓄电池最大可释放的放电协调功率，Pscmin为超级电容的最大放电功率。
所述蓄电池的功率指令Pbref的计算公式为：SOC_sc_high为超级电容SOC分区中过充高压区与超级电容正常区的临界SOC值，SOC_sc_low为超级电容SOC分区中超级电容正常区与超级电容过放低压区的临界SOC值。
本发明还提供了一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配系统，其包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器本发明上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明综合考虑超级电容的荷电状态、蓄电池的荷电状态、蓄电池充放电功率大小等多种目标约束，提出一种基于多目标协调的混合储能自适应方法，当超级电容的SOC处于危险区时，利用蓄电池优化超级电容的SOC，使超级电容这个主电源稳定；当超级电容的SOC正常时，利用超级电容协调优化蓄电池的充放电深度。本发明实现了优化超级电容的SOC与蓄电池的充放电深度，保证超级电容SOC正常的同时，还可延长蓄电池的使用寿命的效果。
附图说明
图1为整个孤岛型微电网示意图；
图2为超级电容系统的硬件拓扑与控制策略框图；
图3为蓄电池系统的硬件拓扑与控制策略框图；
图4为蓄电池的SOC分区示意图；
图5为超级电容的SOC分区示意图；
图6为基于多目标协调的功率自适应分配方法框图；
图7为蓄电池最大功率限幅模块Pbm(s)中的λ与SOC_bat之间的曲线图；
图8为差额功率增加时，超级电容与蓄电池的功率指令波形；
图9(a)和图9(b)分别为超级电容的初始SOC为97％时，混合储能放电时的功率输出波形与SOC_sc波形；
图10(a)和图10(b)分别为超级电容的初始SOC为53％时，混合储能放电时的功率输出波形与SOC_sc波形；
图11(a)和图11(b)分别为超级电容的初始SOC为3％时，混合储能放电时的功率输出波形与SOC_sc波形；
图12(a)和图12(b)分别为超级电容SOC处于正常工作区时，差额功率Pec波动下、Psc与Pbat波动下的混合储能输出功率波形。
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、完整地说明，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。
本发明实施例适用于孤岛型微电网中的混合储能系统，特指以超级电容为电压源(主电源)，以蓄电池为电流源(从电源)的单极型混合储能系统，所谓单极系统指超级电容与蓄电池都直接经过DC/AC变流器接入微电网中。
本发明实施例所要解决的技术问题是，针对混合储能功率均分过程中存在蓄电池与超级电容过充与过放的问题，提出一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，实现混合储能系统在实现功率均分的同时，还可以重构并优化储能单元的功率输出曲线，保障超级电容的实时充放电功率响应强度，有效降低了蓄电池的充放电深度，从而加强混合储能整体的功率响应能力，使得混合储能系统在复杂工况下依然可以稳定运行。
实施例1
本实施例提供了一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，包括2条支路，分别为功率均分支路与功率协调支路。将从超级电容侧通信系统得到的超级电容有功功率Psc与从蓄电池的通信系统得到的蓄电池荷电状态SOC_bat送往功率均分支路，得到蓄电池的均分功率指令Pbatr；将从超级电容侧通信系统得到的超级电容直流电压Udc1与从蓄电池的通信系统得到的蓄电池荷电状态SOC_bat送往功率协调支路，得到蓄电池的协调功率指令Pbs，在蓄电池功率生成单元Pbf(s)中生成最终分配给蓄电池的功率指令Pbref。
功率均分支路中，将超级电容有功功率Psc与反馈功率PH进行作差，可以得到功率误差Per，将功率误差Per送往功率分配单元Pi(s)得到正常功率指令Pb，然后将正常功率指令Pb经过1号功率协调控制单元Pscb(s)得到1号协调功率指令Pbr，1号协调功率指令Pbr送往蓄电池最大功率限幅模块Pbm(s)，然后得到蓄电池的均分功率指令Pbatr，将均分功率指令Pbatr与正常功率指令Pb送往功率反馈单元H(s)，得到反馈功率PH。
功率协调支路中，将超级电容直流电压Udc1送往超级电容SOC重构单元SOCrs(s)，得到重构后的超级电容荷电状态SOC_sc，然后将重构后的超级电容荷电状态SOC_sc送往2号功率协调控制单元Pbs(s)，得到2号协调功率指令Pem，然后将所得2号协调功率指令Pem与蓄电池荷电状态SOC_bat一起送往蓄电池最大功率限幅模块Pbm(s)，然得到蓄电池的协调功率指令Pbs。
蓄电池SOC分为5个区，分别为蓄电池过充极限区、蓄电池过充高压区、蓄电池正常区、蓄电池过放低压区、蓄电池过放极限区。
蓄电池过充极限区与蓄电池过充高压区的临界SOC值为SOC_bat_max。
蓄电池过充高压区与蓄电池正常区的临界SOC值为SOC_bat_high。
蓄电池正常区与蓄电池过放低压区的临界SOC值为SOC_bat_low。
蓄电池过放低压区与蓄电池过放极限区的临界SOC值为SOC_bat_min。
蓄电池正常区的中间SOC值为SOC_bat_mid。
超级电容SOC分为7个区，分别为超级电容顶层区、超级电容过充极限区、超级电容过充高压区、超级电容正常区、超级电容过放低压区、超级电容过放极限区、超级电容底层区。
超级电容顶层区与超级电容过充极限区的临界SOC值为SOC_sc_up，对应的临界电压值为U_sc_up。
超级电容过充极限区与超级电容过充高压区的临界SOC值为SOC_sc_max，对应的临界电压值为U_sc_max。
超级电容过充高压区与超级电容正常区的临界SOC值为SOC_sc_high，对应的临界电压值为U_sc_high。
超级电容正常区与超级电容过放低压区的临界SOC值为SOC_sc_low，对应的临界电压值为U_sc_low。
超级电容过放低压区与超级电容过放极限区的临界SOC值为SOC_sc_min，对应的临界电压值为U_sc_min。
超级电容过放极限区与超级电容底层区的临界SOC值为SOC_sc_down，对应的临界电压值为U_sc_down。
超级电容正常区的中间SOC值为SOC_sc_mid。
功率分配单元Pi(s)的传递函数为：
上述的Kp_t为功率分配单元的分配比例系数，Ki_t为功率分配单元的分配积分系数。
如图6所示，1号功率协调控制单元Pscb(s)的输出表达式为：
在系统放电状态下，上述的Pbr1的表达式为：
在系统充电状态下，上述的Pbr的表达式为：
上述的协调控制是基于超级电容的SOC_sc来设计，具体意义是指：
当混合储能需要放电时，如果超级电容的SOC很高，此时优先超级电容进行放电，减少蓄电池的放电功率，从而减少蓄电池的放电深度；当混合储能需要充电时，如果超级电容的SOC很低，此时优先超级电容进行充电，减少蓄电池的充电功率，从而减少蓄电池的充电深度。这样协调的好处是在超级电容允许的情况下，减少蓄电池的充放电深度与次数，从而延长蓄电池的使用寿命。
上述的SOCcoo为超级电容SOC响应功率协调控制的约束条件，其表达式为：
上述的SOC_sc_high为超级电容SOC分区中过充高压区与超级电容正常区的临界SOC值，上述的SOC_sc_low为超级电容SOC分区中超级电容正常区与超级电容过放低压区的临界SOC值，上述的SOC_sc_mid为超级电容SOC分区中正常区的中间SOC值。
蓄电池最大功率限幅模块Pbm(s)的输出表达式为：
Pbatr＝λ·Pbmax
上述的Pbmax表示蓄电池最大充放电功率，其表达式为：
其中：P_bat_max为蓄电池的最大放电功率，P_bat_min为蓄电池的最大充电功率，分别设置为蓄电池相应峰值功率的80％。
上述的λ为基于蓄电池荷电状态SOC_bat的功率计算系数，其表达式为：
上述的λ1的表达式为：
上述的λ2的表达式为：
上述的SOC_bat_mid为蓄电池分区中正常区的中间SOC值，上述的SOC_bat_max为蓄电池分区中过充极限区与蓄电池过充高压区的临界SOC值，上述的SOC_bat_high为蓄电池过充高压区与蓄电池正常区的临界SOC值，上述的SOC_bat_low为蓄电池正常区与蓄电池过放低压区的临界SOC值，上述的SOC_bat_min为蓄电池过放低压区与蓄电池过放极限区的临界SOC值。
功率反馈单元H(s)的表达式如为：
这个反馈单元的意义在于：在蓄电池可以承受的范围内，稳态的情况下超级电容的充放电功率都为0；仅当功率分配单元计算出的Pb值超过蓄电池的承受范围时，此时的功率才由超级电容与蓄电池共同均摊，且此时超级电容的充放电功率为Pb-Pbatr。
超级电容SOC重构单元SOCrs(s)的表达式为：
上述的U_sc_down为SOC_sc_down所对应的电压值，U_sc_up为SOC_sc_up所对应的电压值，两者的表达式为：
上式中的U_sc_max为超级电容额定的最大电压，U_sc_min为超级电容额定的最小电压，Δ1与Δ2为超级电容SOC重构时留下的电压裕量。通过上述的重构单元进行SOC重构的超级电容可以在极限SOC状态下具备充放电能力。
2号功率协调控制单元Pbs(s)的表达式为：
上述的Pbs1表达式为：
上述的P1表示蓄电池最大可吸收的充电协调功率，其表达式为：
P1＝Pec-Pscmax
上述的Pec为系统的差额功率，Pscmax为超级电容的最大充电功率。
上述的Pbs2表达式为：
上述的P2表示蓄电池最大可释放的放电协调功率，其表达式为：
P2＝Pec-Pscmin
上述的Pec为系统的差额功率，Pscmin为超级电容的最大放电功率。
蓄电池功率生成单元Pbf(s)的表达式为：
通过将最终分配给蓄电池的功率指令Pbref送往蓄电池系统，使得蓄电池可以根据指令进行相应的充放电响应，从而满足孤岛微电网的功率需求。
本发明实施例孤岛微电网系统主要包括超级电容系统、蓄电池系统、功率管理系统(EMS)、新能源发电系统、多个负荷、并网开关等，其中超级电容系统、蓄电池系统、能能源发电系统与多个负荷都连接在系统交流母线上，微电网在孤岛运行时的并网开关断开。
超级电容系统结构为：直流侧为组串式超级电容，经过由6个开关管组成的三相H桥进行逆变，然后由滤波电感L1与滤波电容C1组成的LC滤波器进行滤波输出。
超级电容系统控制策略为：分别采集交流滤波电感电流iLa1/iLb1/iLc1、系统交流母线电压ua/ub/uc、系统输出电流ioa1/iob1/ioc1并进行dq变换，分别得到id1/iq1、ud1/uq1、iod1,ioq1；采集超级电容两端的直流电压Udc1。
上述的超级电容系统控制策略中将iod1与ud1进行功率计算后得到超级电容的输出有功Psc，计算为：
超级电容侧的通信系统接收上述的Psc与Udc1，并将上述两个参数送往功率管理系统(EMS)。
上述的超级电容系统控制策略中，经过dq轴电压环的控制可以可得dq轴电流环的指令值id1 *与iq1 *，id1 *与iq1 *表达式为：
上述的Kp_u_sc为超级电容电压环PI控制器的比例系数，Ki_u_sc为超级电容电压环PI控制器的积分系数，ω为系统母线电压角频率，ω＝2*π*f，其中f为系统频率，本发明中为f＝50。
上述的超级电容系统控制策略中，将dq轴电流环的指令值id1 *与iq1 *送往电流环可以得到dq轴的调制信号md1与mq1，md1与mq1的表达式为：
上述的Kp_i_sc为超级电容电感电流环PI控制器的比例系数，Ki_i_sc为超级电容电感电流环PI控制器的积分系数，Kf1为超级电容的前馈系数，表达式为：Kf1＝Udc1/2。
将上述所得到的dq轴的调制信号md1与mq1进行反dq变换，得到三相调制信号esa1/esb1/esc1。
对三相调制信号esa1/esb1/esc1进行SPWM调制，得到超级电容系统开关管的驱动信号Q1_1～Q6_1。
蓄电池系统结构为：直流侧为组串式蓄电池组，经过由6个开关管组成的三相H桥进行逆变，然后由滤波电感L2与滤波电容C2组成的LC滤波器进行滤波输出。
蓄电池系统控制策略为：分别采集交流滤波电感电流iLa2/iLb2/iLc2、系统交流母线电压ua/ub/uc、系统输出电流ioa2/iob2/ioc2并进行dq变换，分别得到id2/iq2、ud2/uq2、iod2/ioq2；采集蓄电池组两端的直流电压Udc2。
利用蓄电池组两端的直流电压Udc2进行计算，得到蓄电池组的实时SOC估计值SOC_bat，计算公式为：SOC_bat＝Udc2/Ue。
上述的Ue为蓄电池组的额定电压。
蓄电池侧的通信系统接收上述的SOC_bat，并将上述参数送往功率管理系统(EMS)。
上述的蓄电池系统控制策略中，经过dq轴功率环的控制可以得到dq轴电流环的指令值id2 *与iq2 *，id2 *与iq2 *表达式为：
上式中的Pbat与Qbat为蓄电池系统输出功率，计算公式为：
上式中的Pbat_L与Qbat_L为蓄电池系统电感输出功率，计算公式为：
上述的Pbref与Qbref分别为蓄电池系统的有功功率给定值与无功功率给定值，其中Pbref由功率管理系统提供，由于孤岛微电网中多以有功为主，因此本专利中Qbref＝0。上述的Kp_p_out为蓄电池输出功率环PI控制器的比例系数，Ki_p_out为蓄电池输出功率环PI控制器的积分系数，Kp_p_in为蓄电池电感功率环PI控制的比例系数，Ki_p_in为蓄电池电感功率环PI控制的积分系数。
上述的蓄电池系统控制策略中，将dq轴电流环的指令值id2 *与iq2 *送往电流环可以得到dq轴的调制信号md2与mq2，md2与mq2的表达式为：
上述的Kp_i_bat为蓄电池电感电流环PI控制器的比例系数，Ki_i_bat为蓄电池电感电流环PI控制器的积分系数，Kf2为蓄电池的前馈系数，表达式为：Kf2＝Udc2/2。将上述所得到的dq轴的调制信号md2与mq2进行反dq变换，得到三相调制信号esa2/esb2/esc2。
对三相调制信号esa2/esb2/esc2进行SPWM调制，得到蓄电池系统开关管的驱动信号Q1_2～Q6_2。
本发明实施例中，当微电网中有差额功率时，可以实现混合储能的功率自适应分配，实现母线功率均衡。
系统工况为：蓄电池的功率(Pbat)调节范围为0.5pu～-0.5pu；超级电容的功率(PSC)调节范围为0.5pu～-0.5pu。差额功率(Pec)在t0、t1、t2、t3、t4时刻发生阶跃变化，功率大小均以标幺值来表示。
图8为差额功率增加时，超级电容与蓄电池的功率指令波形。
t0时刻Pec突增为0.3pu。在本发明控制下，t0时刻超级电容功率指令突增为Psc＝0.3pu，补偿系统的净需求功率：Psc＝Pec；在Pi(s)的调节下，蓄电池功率指令逐渐增加，超级电容功率指令逐渐减小，两者共同维持差额功率。稳态下，超级电容功率指令为Psc＝0，蓄电池功率指令为Pbat＝0.3pu，Pbat＝Pec。即：母线净需求功率被超级电容高频响应后，经过若干周期后全部被蓄电池承担，实现了混合储能间的功率均分；
t1时刻Pec由0.3pu阶跃变化至0.5pu，在本发明控制下，t1时刻下超级电容迅速响应，超级电容功率指令Psc表现为一个高频尖峰，峰幅值是0.2pu。在Pi(s)的调节下，蓄电池功率指令逐渐增加，超级电容功率指令逐渐减小，两者共同维持差额功率。稳态下，超级电容功率指令为Psc＝0，蓄电池功率指令Pbat＝0.5pu，母线功率缺额全部由蓄电池响应，Pbat＝Pec，此刻蓄电池处于最大功率输出状态。
t2时刻Pec由0.5pu阶跃变化至0.9pu，在本发明控制下，超级电容功率指令Psc由0阶跃变化为0.4pu，由于t2时刻前蓄电池已经以最大功率输出，因此超级电容需承担余功率：PH＝0.4pu，此时超级电容和蓄电池共同维持母线的功率平衡状态。
t3时刻Pec由0.9pu阶跃变化至1.0pu，此时超级电容继续增加输出功率，输出功率由0.4pu阶跃至0.5pu，承担余功率PH＝0.5pu，此时超级电容和蓄电池的功率指令均已达到最大。
t4时刻Pec由1.0pu阶跃变化至1.2pu，由于此时超级电容和蓄电池的功率指令均已达到最大，母线功率失衡，此时需要逐级切断部分次要负荷。
在SOC_sc约束下可以保证超级电容的SOC处于相对安全的状态，同深度SOCscn优化下所花时间更短，对超级电容SOC的优化能力更出色。
图9、图10、图11为一组对比仿真，系统在t1时刻差额功率Pec由0突增为35kW，需要混合储能协调放电。分别对1号、2号、3号三种控制策略在不同的初始SOC_sc进行仿真。其中：
1号控制策略仅考虑功率均分支路，且不考虑功率协调控制与蓄电池最大功率限幅；
2号控制策略仅考虑功率均分支路；
3号控制策略是本专利所提出的控制策略，同时包括功率均分支路与功率协调支路。
在本案例中，超级电容的SOC分区如下：
SOC_sc_up＝100；SOC_sc_max＝90；SOC_sc_high＝80；SOC_sc_mid＝50；SOC_sc_low＝20；
SOC_sc_min＝10；SOC_sc_down＝0。
蓄电池的SOC分区如下：
SOC_bat_max＝90；SOC_bat_high＝70；SOC_bat_mid＝50；SOC_bat_low＝30；SOC_bat_min＝10。
图9(a)和图9(b)中超级电容的初始SOC＝97％，处在过充极限状态。分析图9(a)可知，稳态下三种策略均能稳定补偿Pnet缺额，最终蓄电池承担全部缺额功率，超级电容的功率交互趋于0。分析图9(b)可知，2号与3号策略下SOC_sc最终维持在设定的安全区，而1号策略中超级电容始终处于过充状态。但3号策略检测到了超级电容处于SOC过充极限状态，所以从初始状态开始就进入了功率协调模式，然后在t2时刻通过协调模式让超级电容的SOC等于80％(正常区)，然后再进入功率均分模式。因此相较于2号，3号策略在同深度SOC_sc优化下所花时间更短，其SOC_sc优化能力更出色。
图10(a)和图10(b)中超级电容的初始SOC＝53％，处在正常状态。分析图10(a)可知，由于初始的SOC_sc＝53％处于正常区，三个仿真都进入功率均分模式，其中2号与3号仿真过程完全一致。从图10(b)可知，由于1号策略没有考虑功率协调控制与蓄电池最大功率限幅，所以1号策略下的超级电容的SOC协调最慢，效果也最差。
图11(a)和图11(b)中超级电容的初始SOC＝3％，处在过放极限状态。分析图10(a)可知，1号与2号仿真中的混合储能均进入均分模式，暂稳态过程表现一致。而3号仿真中混合储能直接进入功率协调模式：让蓄电池进行放电，在满足负荷供电的同时，也协调超级电容的SOC恢复至正常区(SOC_sc＝20％)，使得超级电容SOC保持相对正常。
在超级电容的SOC正常的情况下，减小了蓄电池的充放电深度，延长了蓄电池的使用寿命。
图12(a)和图12(b)为超级电容SOC处于正常区时，差额功率Pec波动时的混合储能的功率波形。差额功率波形如图12(a)所示，在t1时刻Pec突变过程发生了两次极性变换，在t2时刻Pec突增中伴随高频信号。从图12(b)中可以看到，在t1时刻的1号仿真发生了两次状态切换，而3号仿真中Pbat未发生充放电状态转换；在t2时刻的3号仿真的功率瞬时变化率和变化频率也都比1号仿真更小。从结果可以看出，在超级电容SOC允许的工况下，混合储能在响应高频过零变化功率时能有效减少蓄电池单元正负性功率抵消造成的功率浪费情况，大幅降低蓄电池单元的功率响应深度，提高了功率补偿效率。对蓄电池而言，实质上是加强其使用性能，延长其使用寿命。
实施例2
本发明实施例2提供一种对应上述实施例1的终端设备，终端设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行上述实施例的方法。
本实施例的终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；处理器执行存储器上的计算机程序，以实现上述实施例1方法的步骤。
在一些实现中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
在另一些实现中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
实施例3
本发明实施例3提供了一种对应上述实施例1的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令。计算机程序/指令被处理器执行时，实现上述实施例1方法的步骤。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，适用于混合储能系统，所述混合储能系统包括蓄电池系统、超级电容系统；所述蓄电池系统、超级电容系统均接于孤岛微电网的交流母线；其特征在于，该方法包括：判断超级电容的荷电状态是否位于正常区间，若是，则将超级电容输出有功功率Psc与反馈功率PH作差，得到功率误差Per，利用所述功率误差Per进行功率分配，得到正常功率指令Pb，利用所述正常功率指令Pb计算得到蓄电池第一协调功率指令Pbr，根据所述蓄电池第一协调功率指令Pbr确定蓄电池的均分功率指令Pbatr；
否则，利用超级电容直流电压Udc1获得重构后的超级电容荷电状态SOC_sc，根据所述重构后的超级电容荷电状态SOC_sc计算蓄电池第二协调功率指令Pem，利用所述第二协调功率指令Pem与蓄电池荷电状态SOC_bat确定蓄电池的协调功率指令Pbs；
利用所述蓄电池的均分功率指令Pbatr/蓄电池的协调功率指令Pbs获得蓄电池的功率指令Pbref。
2.根据权利要求1所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，所述蓄电池第一协调功率指令Pbr计算公式为：
其中， 分别为蓄电池在混合储能系统放电状态和充电状态下的功率协调指令，/>SOC_sc_high为超级电容SOC分区中过充高压区与超级电容正常区的临界SOC值，SOC_sc_low为超级电容SOC分区中超级电容正常区与超级电容过放低压区的临界SOC值，SOC_sc_mid为超级电容SOC分区中正常区的中间SOC值。
3.根据权利要求1所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，所述蓄电池的均分功率指令Pbatr的表达式为：
Pbatr＝λ·Pbmax；
其中，Pbmax表示蓄电池最大充/放电功率， SOC_bat_mid为蓄电池分区中正常区的中间SOC值，SOC_bat_max为蓄电池分区中过充极限区与蓄电池过充高压区的临界SOC值，SOC_bat_high为蓄电池过充高压区与蓄电池正常区的临界SOC值，SOC_bat_low为蓄电池正常区与蓄电池过放低压区的临界SOC值，SOC_bat_min为蓄电池过放低压区与蓄电池过放极限区的临界SOC值。
4.根据权利要求3所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，其中，P_bat_max为蓄电池的最大放电功率，P_bat_min为蓄电池的最大充电功率。
5.根据权利要求1所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，所述反馈功率PH的计算公式为：其中，P_bat_max为蓄电池的最大放电功率，P_bat_min为蓄电池的最大充电功率。
6.根据权利要求1所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，重构后的超级电容荷电状态SOC_sc的计算公式为：其中，Usc_max为超级电容额定的最大电压，Usc_min为超级电容额定的最小电压，Δ1与Δ2为超级电容SOC重构时留下的电压裕量，Udc1为超级电容直流电压。
7.根据权利要求1所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，所述蓄电池的协调功率指令Pbs的表达式为：其中，P1＝Pec-Pscmax，P1表示蓄电池最大可吸收的充电协调功率，Pec为系统的差额功率，Pscmax为超级电容的最大充电功率，P2表示蓄电池最大可释放的放电协调功率，Pscmin为超级电容的最大放电功率。
8.根据权利要求1所述的基于多目标协调的混合储能功率自适应分配方法，其特征在于，所述蓄电池的功率指令Pbref的计算公式为：SOC_sc_high为超级电容SOC分区中过充高压区与超级电容正常区的临界SOC值，SOC_sc_low为超级电容SOC分区中超级电容正常区与超级电容过放低压区的临界SOC值。
9.一种基于多目标协调的混合储能功率自适应分配系统，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
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