一種基于一致性算法的孤島型微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電網(wǎng)內(nèi)各電源的協(xié)調(diào)控制方法，尤其涉及一種基于一致性算法的孤 島型微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 在超級(jí)電容器、蓄電池組、光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)組成的孤島型微電 網(wǎng)中，光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率受氣候條件的影響較大，會(huì)引起系統(tǒng)中電能供需 的不平衡。當(dāng)超級(jí)電容器作為主電源時(shí)，電能的供需一旦出現(xiàn)頻繁地不平衡現(xiàn)象，將導(dǎo)致超 級(jí)電容器荷電狀態(tài)的急劇變化。
[0003] 常規(guī)的混合儲(chǔ)能控制策略一般手段較簡(jiǎn)單，且往往基于儲(chǔ)能元件均處于可調(diào)度的 狀態(tài)，對(duì)于儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)電量過(guò)高或過(guò)低的情形，則并未考慮。而實(shí)際運(yùn)行中，一旦超級(jí)電 容器的荷電狀態(tài)達(dá)到限值，會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)的電壓和頻率失去控制。另外，如果控制策略選擇 不合理，為保證超級(jí)電容器荷電狀態(tài)達(dá)到限值范圍內(nèi)，將會(huì)頻繁地調(diào)整蓄電池組的出力。
[0004] 常規(guī)的混合儲(chǔ)能控制策略一般是在集中式控制方式下，需要中央管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 信息的獲取和指令的發(fā)送。但這種控制方式具有通訊瓶頸、中央管理系統(tǒng)存在安全隱患、不 能有效應(yīng)對(duì)微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題。
[0005] 因此，為穩(wěn)定、有效調(diào)整超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)，同時(shí)，為更好地滿足實(shí)時(shí)控制的 需求，亟待提出一種可實(shí)現(xiàn)分布式控制，并且可以自適應(yīng)改變超級(jí)電容器荷電狀態(tài)的控制 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于一致性算法的孤島型微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制方法，可以 穩(wěn)定、有效調(diào)整超級(jí)電容器荷電狀態(tài)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0008] 步驟1 :檢測(cè)孤島型微電網(wǎng)內(nèi)超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)及所述超級(jí)電容器向所述微 電網(wǎng)輸出的功率；
[0009] 步驟2 :判斷所述超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)是否達(dá)到限值；如果達(dá)到限值，則觸發(fā)狀 態(tài)限制外環(huán)，通過(guò)PI環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)所述超級(jí)電容器的參考輸出功率，此時(shí)，所述微電網(wǎng)運(yùn)行于 狀態(tài)限制模式；如果未達(dá)到限值，則所述微電網(wǎng)運(yùn)行于正常模式；
[0010] 步驟3:根據(jù)不同運(yùn)行模式下所述超級(jí)電容器的實(shí)際參考輸出功率，經(jīng)過(guò)自適應(yīng) 控制內(nèi)環(huán)，算得所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率；
[0011] 步驟4 :利用一致性算法共享所述蓄電池組總的額定功率以及步驟3中算得的所 述蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率；
[0012] 步驟5:利用步驟4共享得到的信息，所述蓄電池組內(nèi)各蓄電池按照自身額定功率 占所述蓄電池組總的額定功率的比例指導(dǎo)輸出功率。
[0013] 步驟2中，當(dāng)所述超級(jí)電容器荷電狀態(tài)達(dá)到限值時(shí)，將所述微電網(wǎng)切換至狀態(tài)限 制模式，在該模式下，所述超級(jí)電容器的實(shí)際參考輸出功率由以下表達(dá)式算得：
[0016] 式（1)中，KjPKi分別為PI環(huán)節(jié)的比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)；S0Cse為超級(jí)電容 器的荷電狀態(tài)實(shí)際值；S0Cseraf為超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)參考值；P'seraf為經(jīng)過(guò)PI環(huán)節(jié)得 到的超級(jí)電容器輸出功率參考值；式（2)中，Pse_和Pse_分別為超級(jí)電容器的最大輸出功 率和最小輸出功率；Ps&rf為超級(jí)電容器的實(shí)際參考輸出功率；
[0017] 如果未達(dá)到限值，則所述微電網(wǎng)運(yùn)行于正常模式，此時(shí)，所述超級(jí)電容器的實(shí)際參 考輸出功率為：
[0018] PSCref=f(Pss,Pbatref)⑶
[0019] 其中，Pss為自適應(yīng)控制內(nèi)環(huán)經(jīng)過(guò)PI環(huán)節(jié)得到的系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的功率缺額，Pbatraf為 蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率，式（3)的計(jì)算受自適應(yīng)控制內(nèi)環(huán)的影響：
[0020] 當(dāng)Pbatmin<PSS<Pbatmax時(shí)，
[0021] Ps&ef=Q⑷
[0022] 當(dāng)Pss〈Pbat _〈〇 或者Pss>Pbatmx>〇 時(shí)，
[0023] PSCref=Pss-Pbatref (5)
[0024] 其中，Ps&efS負(fù)表示充電，Ps&efS正表示放電，Pbatmax和Pbatmin分別為蓄電池組的 功率上限值和下限值。
[0025] 步驟3中所述蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率由以下方法獲得：
[0026] 將所述超級(jí)電容器向所述微電網(wǎng)輸出的功率與所述超級(jí)電容器實(shí)際參考輸出功 率做差即得到所述微電網(wǎng)的瞬時(shí)功率缺額，再通過(guò)PI環(huán)節(jié)得到系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的功率缺額Pss， 如果Pss在所述蓄電池組的功率限值范圍內(nèi)，此時(shí)蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率Pbatraf與 Pss相等；否則，蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率Pbatraf為蓄電池組的功率上/下限值，Pbatraf 為負(fù)表不充電，Pbatraf為正表不放電。
[0027] 所述步驟4)具體包括以下步驟：
[0028] 4. 1)利用一致性算法算得所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池的總數(shù)N;
[0029] 4. 2)利用一致性算法算得所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池組總的額定功率的平均值Ptotal/N， 由第4. 1)步算得的所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池的總數(shù)N，可計(jì)算所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池組總的額定 功率PtCltal=Ptotal/N*N;
[0030] 4. 3)利用一致性算法算得所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池組總的實(shí)際參考輸出功率的平均 值Pbatraf/N，由第4. 1)步算得的所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池的總數(shù)N，可計(jì)算所述微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池 組總的實(shí)際參考輸出功率Pbatraf=Pbatraf/N*N。
[0031] 步驟5中各蓄電池的參考輸出功率按公式（6)獲得：
[0032] (6)
[0033] 其中，蓄電池i的額定功率，P蓄電池i的參考輸出功率，Pbatraf為蓄 電池組總的實(shí)際參考輸出功率。
[0034] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所提狀態(tài)限制外環(huán)，將超級(jí)電容器荷電狀態(tài)作為 被控對(duì)象，通過(guò)PI環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)超級(jí)電容器的實(shí)際參考出力，可使超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)恢復(fù) 至參考水平，且超級(jí)電容器的輸出功率及荷電狀態(tài)均呈現(xiàn)緩慢變化，解決現(xiàn)有的混合儲(chǔ)能 控制策略未能有效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)電量過(guò)高或過(guò)低的情形。同時(shí)，本發(fā)明利用一致性算 法共享微電網(wǎng)內(nèi)蓄電池組總的額定功率和參考輸出功率，可方便地得到各蓄電池的參考輸 出功率，能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)的分布式控制，以及有效應(yīng)對(duì)通訊瓶頸、微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化等問(wèn) 題。本發(fā)明的控制策略適用于我國(guó)已大量存在混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)的實(shí)際，可應(yīng)用于超級(jí)電容 器作為主電源的控制方式中。另一方面，微電網(wǎng)中光伏陣列和風(fēng)力發(fā)電受氣候影響嚴(yán)重，可 能會(huì)出現(xiàn)凈負(fù)荷水平快速、大范圍變化的情況，本發(fā)明所提的控制策略能夠產(chǎn)生超級(jí)電容 器及蓄電池組的參考輸出功率信息，可為微電網(wǎng)內(nèi)各電源的實(shí)時(shí)輸出功率提供技術(shù)指導(dǎo)。 采用主從控制，超級(jí)電容器作為主電源，優(yōu)先響應(yīng)微電網(wǎng)中凈負(fù)荷需求的變化。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明所述的基于一致性算法的孤島型微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制策略流程示意圖；
[0036] 圖2為狀態(tài)限制外環(huán)及正常運(yùn)行外環(huán)；
[0037] 圖3為自適應(yīng)控制內(nèi)環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限如 此。
[0039] 參見(jiàn)圖1，一種基于一致性算法并考慮荷電狀態(tài)限制的混合儲(chǔ)能控制策略，該控制 策略具體步驟如下：
[0040] 第1步：檢測(cè)超級(jí)電容器的實(shí)際荷電狀態(tài)及其向微電網(wǎng)輸出的功率；
[0041] 第2步：判斷超級(jí)電容器荷電狀態(tài)是否達(dá)到限值；
[0042] 參閱圖2,當(dāng)超級(jí)電容器荷電狀態(tài)達(dá)到限值時(shí)，由狀態(tài)管理系統(tǒng)將整個(gè)微電網(wǎng)切換 至狀態(tài)限制運(yùn)行模式。在該模式下，超級(jí)電容器的實(shí)際參考輸出功率由以下公式獲得：
[0045] 式（1)中，KjPL分別為PI環(huán)節(jié)的比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)；S0Cse為超級(jí)電容 器的荷電狀態(tài)實(shí)際值；S0Cseraf為超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)參考值；P'seraf為經(jīng)過(guò)PI環(huán)節(jié)得 到的超級(jí)電容器輸出功率參考值；式（2)中，Pse_和Pse_分別為超