儲能系統(tǒng)中多個混合儲能裝置間的互補優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及新能源發(fā)電儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種儲能系統(tǒng)中多個混合儲能裝 置間的互補優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在具有可再生能源的光伏發(fā)電系統(tǒng)中添加儲能裝置，用來承擔光伏電源波動造成 的功率差額，將光伏發(fā)電單元與電網(wǎng)之間的功率進行解耦，從而穩(wěn)定間歇式光伏電源的功 率輸出，降低對敏感負荷及電網(wǎng)的沖擊。更為重要的是，在系統(tǒng)離網(wǎng)運行模式時，能為系統(tǒng) 提供電壓和頻率支撐，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，儲能裝置的合理利用對光伏等可再生能源 發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟、安全、可靠運行至關(guān)重要。
[0003] 能量型蓄電池憑借其技術(shù)成熟、價格低廉、構(gòu)造成本低、免維護、能量密度大等優(yōu) 點，成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中最常用也是最重要的儲能裝置。但由于光伏電源受光照強度、溫度 等影響的隨機性波動，使得系統(tǒng)的瞬時功率不平衡，造成蓄電池的多次小循環(huán)充放電，明顯 惡化蓄電池的充放電工作環(huán)境，大大縮短蓄電池的使用壽命，同時由于蓄電池的過早老化 報廢，帶來了嚴重的環(huán)境污染，加大了系統(tǒng)的投資成本。
[0004] 目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的研究主要集中于單一儲能技術(shù)的研發(fā)和充放電 控制策略等方面，而對于系統(tǒng)中的混合儲能技術(shù)研究相對較少，并且只處于實驗室研究階 段，尤其是混合儲能的理論建模、容量優(yōu)化匹配及不同儲能裝置之間的互補優(yōu)化控制策略 等關(guān)鍵技術(shù)還有待于進一步的深入研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種儲能系統(tǒng)中多個混合儲能裝置之 間的互補優(yōu)化控制方法，對于能量型蓄電池組和功率型超級電容器組構(gòu)成的光伏系統(tǒng)中的 混合儲能裝置，建立各儲能裝置的數(shù)學模型，并在此基礎(chǔ)上，通過采用禁忌搜索算法對兩種 儲能裝置的容量進行最優(yōu)配置，以提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性；通過改進型滑動平均濾波算法，將 系統(tǒng)中功率差額的高頻、低頻分量進行分解，分別由超級電容器組和能量型蓄電池組承擔， 以實現(xiàn)兩種不同類型儲能裝置互補優(yōu)化的協(xié)調(diào)控制。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種儲能系統(tǒng)中多個混合儲能裝置之間的互補優(yōu) 化控制方法，包括：
[0007] 對所述多個儲能裝置建立動、穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型；
[0008] 基于所述數(shù)學模型建立容量優(yōu)化目標函數(shù)，并對所述多個儲能裝置的荷電狀態(tài)進 行在線監(jiān)測，得到系統(tǒng)負荷缺電率；
[0009] 根據(jù)所述系統(tǒng)負荷缺電率建立容量優(yōu)化目標函數(shù)的優(yōu)化約束條件，從而對各儲能 裝置的容量進行優(yōu)化配置；
[0010] 對所述儲能系統(tǒng)的負荷功率基于不同頻率分量進行分離，將分離后的不同頻率分 量對應的負荷功率分別分配給多個儲能裝置承擔，從而對儲能裝置的功率流進行優(yōu)化配 置。 toon] 優(yōu)選的，所述多個儲能裝置為兩個，分別為：能量型蓄電池組和功率型超級電容器 組。
[0012] 進一步優(yōu)選的，所述能量型蓄電池組的數(shù)學模型包括：
[0013] 用以表征電池剩余容量的單體能量型蓄電池的核電狀態(tài)SOC :
[0014] 其中，S0C。為初始的SOC值；C ba為單體能量型蓄電池的標稱額定容量（Ah) ;1為 能量型蓄電池的充放電電流，在放電時為正值，在充電時為負值；t。和t分別為起、止時間； E(SOC)為SOC對應的能量型蓄電池電動勢；
[0015] 能量型蓄電池組的總能量Eban :Eban= nCbaUba/103;
[0016] 其中，Cba為單體能量型蓄電池的標稱額定容量（Ah)，U ba為額定電壓（V)，η為級 聯(lián)成能量型蓄電池組的單體能量型蓄電池個數(shù)；
[0017] 能量型蓄電池組的最小剩余能量：Eba_= nC baUba(1-D0D)/IO3;
[0018] 其中，DOD為最大放電深度；
[0019] 能量型蓄電池組的額定輸出功率：Pban= nC baUba/107;
[0020] 其中，所述能量型蓄電池組以ClO的時間率放電。
[0021] 進一步優(yōu)選的，所述功率型超級電容器組的數(shù)學模型包括：
[0022] 超級電容器組的存儲總能量Euc: & = ;
[0023] 其中，Cu。為單體超級電容器的標稱電容值（F)，U u。為額定電壓（V)，m為級聯(lián)成超 級電容器組的單體超級電容器個數(shù)；
[0024] 超級電容器組的最大輸出功率：Puaiiax= mU _axI_ax/103;
[0025] 其中，Iuaiiax為單體超級電容器的最大充放電電流。
[0026] 進一步優(yōu)選的，所述數(shù)學模型還包括：
[0027] 當儲能裝置處于充電狀態(tài)時，存儲的能量為：
[0028] Eba(kt) = Eba[ (k-1) t]+Pba(kt) X t X n bac，Euc(kt) = Euc[ (k-1) t]+Puc(kt) XtX nucc;
[0029] 當儲能裝置處于放電狀態(tài)時，存儲的能量為：
[0030] Eba(kt) = Eba[(k-l)t]-Pba(kt) Xt/nbad，Euc(kt) = Euc[(k-l)t]-Puc(kt) Xt/ U ucd，
[0031] 其中^3(杜）土3[(1^-1)幻分別為能量型蓄電池組在杜、（1^-1)七時刻儲存的能量； Eu。(kt)、Eu。[ (k-1) t]分別為超級電容器組在kt、（k-1) t時刻儲存的能量；Pba (kt)、Pu。(kt) 分別為能量型蓄電池組和超級電容器組在杜時刻的充放電功率；11^、11^、11_、11^分 別為能量型蓄電池組和超級電容器組的充放電效率。
[0032] 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)負荷缺電率具體為
[0033] 其中，LPSP為系統(tǒng)負荷缺電率；LPS為系統(tǒng)運行工作過程中的負荷缺電量；t為單 位時間間隔；T為總的計算次數(shù)。
[0034] 進一步優(yōu)選的，所述容量優(yōu)化目標函數(shù)為：C = (^+(^+Ck
[0035] 其中，C為儲能裝置的總成本；Clv為儲能裝置的購置成本；Ccini為儲能裝置的運行 維護成本；C d。為儲能裝置的處置成本；
[0037] ClvbaXlvs。分別為能量型蓄電池組和超級電容器儲能裝置的購置成本；K Wb^KciniM 分別為能量型蓄電池組和超級電容器儲能裝置的運行維護管理系數(shù)；Pba (t)、PsJt)分別為 能量型蓄電池組和超級電容器在t時段提供的功率；△ 為儲能裝置的運行時間。
[0038] 進一步優(yōu)選的，所述儲能系統(tǒng)為光伏發(fā)電混合儲能系統(tǒng)，所述對所述儲能系統(tǒng)的 負荷功率基于不同頻率分量進行分離，將分離后的不同頻率分量對應的負荷功率分別分配 給多個儲能裝置承擔具體為：
[0039] 分離所述儲能系統(tǒng)的系統(tǒng)不平衡功率Δρ的功率分量，將系統(tǒng)不平衡功率Δρ中 的頻繁波動的功率分量部分分配給所述超級電容器組，將所述系統(tǒng)不平衡功率Ap中的基 本功率配給所述能量型蓄電池組；
[0040] 其中，Ap = Ppv qpv-(P1〇ad+Pgrid);
[0041] △ P為能量型蓄電池組和超級電容器儲能裝置承擔的系統(tǒng)瞬時不平衡功率；Ppv為 光伏電源輸出的功率，P lciad為負荷吸收的功率；Pffld為電網(wǎng)吸收或釋放的功率；η pv為光伏 變換器的轉(zhuǎn)換效率。
[0042] 進一步優(yōu)選的，所述能量型蓄電池組的功率參考值 所述超級電容器組的功率參考值Praf se= A p-p ba;
[0043] 其中，T為滑動窗口寬度、kB為功率補償系數(shù)、Δ T為滑動窗口寬度的增量、Ak B為 功率補償系數(shù)的增量，AkB是能量型蓄電池荷電狀態(tài)SOCba(t)的函數(shù)。
[0044] 進一步優(yōu)選的，所述對儲能裝置的功率流進行優(yōu)化配置具體為：
[0045] 根據(jù)超級電容器組的端電壓對滑動窗口寬度和功率補償系數(shù)的設(shè)置進行優(yōu)化；
[0046] 其中，當超級電容器組的端電壓低于設(shè)定值Usa時，確定所述超級電容器組儲 能量偏低；此時，當能量型蓄電池儲能量大于設(shè)定值而處于放電狀態(tài)時，設(shè)置窗口寬度為 T- Δ T，功率補償系數(shù)為kB+ Δ kB，并隨著放電深度的加深，增大Δ kB;當能量型蓄電池處于 充電狀態(tài)時，設(shè)置窗口寬度為T+ △ T，功率補償系數(shù)為kB_ △ kB，并隨著充電深度的加深，減 小 AkB;
[0047] 當超級電容器端電壓高于設(shè)定值useH時，確定所述超級電容器儲能量偏高；此時， 當能量型蓄電池儲能量大于設(shè)定值而處于放電狀態(tài)時，設(shè)置窗口寬度為T+ △ T，功率補償系 數(shù)為V