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      一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法

      文檔序號:7379726閱讀:297來源:國知局
      一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法,其步驟如下:(1)根據(jù)光伏輸出功率預(yù)測值和負(fù)荷功率的預(yù)測值,計(jì)算二者差值;(2)利用小波包分解方法,將映射到m個小波包子空間中,得到不同頻率信號;(3)將頻率信號中與蓄電池的響應(yīng)頻率相近的頻率信號作為低頻信號,由蓄電池補(bǔ)償;剩余的頻率信號以及未被電池吸收的頻率信號作為高頻信號,由超級電容器補(bǔ)償;(4)采用外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制方法,根據(jù)具體情況利用超級電容器的荷電狀態(tài)和蓄電池的電流、荷電狀態(tài)、最大充放電功率,輸出蓄電池和超級電容器的實(shí)時功率,控制蓄電池和超級電容器的充放電功率;本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,蓄電池充放電次數(shù)減少。
      【專利說明】—種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法,屬于分布式發(fā)電、儲能、功率預(yù)測、小波分析、光伏發(fā)電、微電網(wǎng)及新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】,是適用于多元復(fù)合儲能系統(tǒng)的控制策略。
      【背景技術(shù)】
      [0002]目前微電網(wǎng)的控制策略的發(fā)展和應(yīng)用還不成熟,需要進(jìn)一步的改進(jìn)和探索,現(xiàn)階段為微電網(wǎng)并網(wǎng)提供儲能的主要設(shè)備為超級電容器和蓄電池;超級電容具有功率密度大、循環(huán)使用壽命長、充電時間短、可靠性高、能量密度低的特點(diǎn),而蓄電池能量密度大,可以大容量儲能,但是不適合頻繁充放,通過將這兩種儲能裝置優(yōu)勢互補(bǔ),由于技術(shù)原因沒有結(jié)合應(yīng)用。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,減少蓄電池充放電次數(shù)的基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法。
      [0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:
      本方法的具體步驟如下:
      步驟一:根據(jù)光伏電池組件的光伏輸出功率預(yù)測值Pr和負(fù)荷功率的預(yù)測值A(chǔ) ,計(jì)算二者差值h = ρψ- pI ;
      步驟二:利用小波包分解方法,將差值信號映射到m個小波包子空間中,對進(jìn)
      行分解,得到不同頻率的頻率信號;`
      步驟三:從經(jīng)小波包分解法后得到頻率信號中選出與蓄電池的響應(yīng)頻率相近的頻率信
      號作為低頻信號巧^ , 由蓄電池補(bǔ)償;剩余的頻率信號以及未被電池吸收的頻率信號作
      為尚頻彳目號,&j||由超級電容器補(bǔ)償;
      步驟四:并網(wǎng)運(yùn)行模式下,蓄電池和超級電容器采用雙環(huán)控制策略,即外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的控制方法,利用超級電容器的荷電狀態(tài)和蓄電池的電流、荷電狀態(tài)、最大充放電功率,輸出蓄電池和超級電容器的實(shí)時功率,控制蓄電池和超級電容器的充放電功率,根據(jù)具體情況采取如下操作:
      設(shè)光伏電池輸出功率為衿,蓄電池功率為^ ,超級電容器功率為&,并網(wǎng)時電網(wǎng)與微電網(wǎng)的交換功率為P ,負(fù)荷功率為盡,SOCb為蓄電池荷電狀態(tài),^為蓄電池電流,SOC臟為畜電池荷電狀態(tài)最大值,為畜電池荷電狀態(tài)最小值,SOLmu為超級電容器荷電狀態(tài),光伏功率輸出與負(fù)荷功率的差值經(jīng)小波包分解后的低頻信號為高頻信號為Pkigk ο[0005](I)當(dāng)0<PFS巧,SOC-SOC臓,^>0時,分兩種情況:當(dāng)SOC畫DCmk SSOC眶時,則控制系統(tǒng)控制巧=0,巧=6_,此時電網(wǎng)平抑光伏
      功率的低頻波動;當(dāng)WCn >時,則控制系統(tǒng)控制=,Pf = Pkigh + Ρ^Μ?χ
      ,此時電網(wǎng)平抑光伏功率的低頻波動,超級電容向蓄電池充電,并且平抑光伏功率高頻波動;
      (2)當(dāng)<^OCB < SOk^ ^max,> 0 時,分兩種情況:當(dāng)SOC^^SOC^SOC眶時,則控制系統(tǒng)控制ΡΕ = Ρ_, Pe = P_ ;當(dāng)這OC腦> SOC時,則控制系統(tǒng)控制Pe = ?),P! = +Pto ;
      (3)當(dāng)Ρy > Pl,SOCmw < SOCb < SOCmmz,iB>0 時,分兩種情況:當(dāng)L.。、.』沒郝h iOC脇.H^OC 時,則控制系統(tǒng)控制= ,Ρ? = -Pk々k ;當(dāng)SOC職> SOC臓時,則控制系統(tǒng)控制^ = 0,/? = ~Ρ_+Ρ^ ;
      (4)當(dāng)Ρy > P1,SOCb ^SOCbmm , ^ 時,分兩種情況:當(dāng)過OC BMM S這OC Mk幺這O。SMAX時,則控制系統(tǒng)控制P^=-Pym,Pf = ~Ρ^ ;當(dāng)SOCMk > SOCmmx 時,則控制系統(tǒng)控制 Pb ~-Pmmx,Pm = ~^Mgk + Ρ?μλχ ;
      (5)當(dāng)Ρy > Pi,?Ου孤駆 <.5?€^ <,iM <0 時,分兩種情況:當(dāng)SOC^mmSSOC馳<SOC臓時,則控制系統(tǒng)控制Pd,Pe = -P_ ;當(dāng)SuCFdk > SOCm^x 時,則控制系統(tǒng)控制 P3 = -P瓦max,= -PMgk + Pbmax ;
      (6)當(dāng)巧>巧,SOC0SOC腿,^<0時,分兩種情況:當(dāng)
      SOCbmm < SOCsds^ ^ SOCmmx時,則控制系統(tǒng)控制/^ = 0,^? = -Pkigk,此時電網(wǎng)平抑光伏功
      率低頻波動;當(dāng)SOC > S。。時,則控制系統(tǒng)控制/^ = O,A = - Pm- + Pq,此時,光伏功率低頻部分波動由電網(wǎng)平抑,高頻部分波動由超級電容平抑,并且超級電容以一定的穩(wěn)定功家值5向電網(wǎng)放電;
      (7)當(dāng)O < 5 巧,SO^<^OCm <SO'。,iB s0 時,分兩種情況:當(dāng)
      SOCbmw ^ SuCsdk < SOCfmax時,則控制系統(tǒng)控制P怒=-P巡,?! = ^rMgk,此時電網(wǎng)向
      微電網(wǎng)輸送功率,不僅平抑光伏低頻波動,而且為蓄電池充電;當(dāng)>0.35時,則
      PB = -{pmm-pk.、, ^ = 其中為超級電容器允許最大輸出功率,此時光伏功率的低頻功率波動由電網(wǎng)功率平抑;
      (8)當(dāng)巧,SOCASOC臟,?5<0時,分兩種情況:當(dāng)
      S艦or時,則控制系統(tǒng)控制Α = O,P簽=-P被.,此時電網(wǎng)向微電網(wǎng)輸送功率,平抑光伏低頻波動;當(dāng)SOCmc > SOC臓時,則慫=O ,巧=-Pk雄,此時光伏功率的低頻功率波動由電網(wǎng)功率平抑;
      (9)當(dāng)Pr= O ,SOCRSOC.,y SO時,檢測光伏逆變器是否以光伏最大功率輸出,
      當(dāng)光伏逆變器控制輸出功率小于當(dāng)前時刻光伏最大輸出功率時,則控制系統(tǒng)控制光伏逆變器增大光伏功率輸出;當(dāng)逆變器已經(jīng)控制光伏功率以當(dāng)前最大功率輸出,則檢測超級電容荷電狀態(tài)這ocMk ,
      ①若SOCsdle>,則首先控制超級電各器放電,使=巧,Ps = O ;
      ②若DC嫌MOC廁,則控制蓄電池放電,使巧=巧,Ps= Q ;
      (10)當(dāng)A= O ,?5OC趣^> O EJ^t,分兩種情況:當(dāng)漢尤腿;? SOCf池挪,檢測
      光伏逆變器是否以光伏最大功率輸出,如果光伏逆變器控制輸出功率小于當(dāng)前光伏最大輸出功率,則控制系統(tǒng)控制光伏逆變器增大光伏功率輸出,如果逆變器已經(jīng)控制光伏功率以當(dāng)前最大功率輸出,則此時使蓄電池和超級電容都停止放電,即令^ = O,^ = 0,由電網(wǎng)側(cè)向負(fù)荷提供電能。
      [0006]對于所述蓄電池和超級電容采用外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的方法得到蓄電池和超級電容器的實(shí)時功率P,并使其不斷接近最終達(dá)到給定有功功率P_ref的具體步驟如下:
      (1)對于蓄電池:
      通過電壓互感器和電流互感器采集蓄電池接入交流母線處的電壓、電流值,所述電壓、電流值分別經(jīng)過派克變換后獲得直軸分量Ud、Id和交軸分量U,、Iq,直軸電壓、電流相乘為有功功率P,交軸電壓、電流相乘為無功功率`Q,所述有功功率P即實(shí)時功率P,將有功功率P和無功功率Q分別與其給定有功功率P_ref、給定無功功率Q_ref (設(shè)置為O)做減法運(yùn)算,差值分別為Λ P=P-P_ref和Λ Q=Q-Q_ref,將Λ P和Λ Q分別輸入比例積分環(huán)節(jié)PI后通過派克反變換得到外環(huán)輸出電流,即內(nèi)環(huán)電流給定值i_ref ;此時所述給定有功功率?_代€由蓄電池功率巧給定;
      蓄電池的直流輸出電流經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟娏鱥,所述交流電流i與i_ref經(jīng)減法運(yùn)算得到差值Λ I,所述差值Λ I依次經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)后輸入到PWM發(fā)生器,所述PWM發(fā)生器的輸出信號作為逆變器的觸發(fā)信號輸入逆變器,逆變器根據(jù)觸發(fā)信號調(diào)節(jié)由蓄電池逆變的交流電流i的大小,從而完成電流內(nèi)環(huán)的控制;所述由蓄電池逆變的交流電流i輸入到派克變換的電流輸入端,繼續(xù)重復(fù)上述變換控制過程即為外環(huán)功率控制部分;
      (2)對于超級電容:
      與蓄電池的控制方法類似,不同點(diǎn)在于外環(huán)通過電壓互感器和電流互感器采集超級電容接入交流母線處的電壓、電流值,然后經(jīng)過與蓄電池控制相同的控制過程,此時所述給定
      有功功率P_ref由超級電容器功率&給定;從而控制超級電容器的功率輸出的大小。
      [0007]本發(fā)明所產(chǎn)生的積極效果如下:
      (I)本方法將優(yōu)勢互補(bǔ)的兩種儲能裝置相結(jié)合,可以滿足含有間歇式電源的微電網(wǎng)的控制需求,充分發(fā)揮了超級電容器快速充放電的優(yōu)勢,避免了蓄電池頻繁充放電,延長了蓄電池使用壽命,提高了微電網(wǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性,為大規(guī)模推廣和發(fā)展新能源、分布式發(fā)電技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)奠定了基礎(chǔ);
      (2)本方法采用MATLAB/SMULINK仿真技術(shù)、電力電子技術(shù)、儲能技術(shù)、自動控制技術(shù)、電能質(zhì)量、功率預(yù)測技術(shù)、負(fù)荷預(yù)測技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)、小波分析技術(shù)使微電網(wǎng)控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,減少蓄電池充放電次數(shù);
      (3)本方法通過光伏功率預(yù)測及負(fù)荷功率預(yù)測曲線,可以預(yù)測儲能裝置的出力需求;
      (4)本方法保證儲能裝置有足夠裕度實(shí)現(xiàn)平抑功率波動、穩(wěn)定電壓的控制目標(biāo),保證負(fù)荷有安全可靠的電能供應(yīng);
      (5)本方法能夠延長儲能裝置的使用壽命、充分發(fā)揮不同儲能裝置的特性,避免過充、過放現(xiàn)象;
      (6)采用本方法并網(wǎng)運(yùn)行時,可以作為大電網(wǎng)電能的有效補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)削峰填谷的功能;
      (7)本方法有利于微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高,促進(jìn)微電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0008]圖1為本發(fā)明的方法流程圖;
      圖2為本發(fā)明的外環(huán)功率控制原理圖;
      圖3為本發(fā)明的內(nèi)環(huán)電流控制原理圖;
      圖4為本發(fā)明的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)原理圖;
      圖5為本發(fā)明的實(shí)施例中三層小波包分解示意圖;
      圖6為本發(fā)明的實(shí)施例中晴天光伏預(yù)測功率與負(fù)荷功率曲線示意圖;
      圖7為本發(fā)明的實(shí)施例中多云天氣光伏預(yù)測功率與負(fù)荷功率曲線示意圖;
      圖8為本發(fā)明的實(shí)施例中陰天光伏預(yù)測功率與負(fù)荷功率曲線示意圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0009]下面結(jié)合附圖1~8和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明:
      微電網(wǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示,蓄電池、超級電容器和光伏電池組件通過AC/DC接入電網(wǎng)母線,負(fù)荷直接接入電網(wǎng)母線,控制系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集得到如圖2~3輸入的電壓值U、電流值I,控制系統(tǒng)分別輸出控制蓄電池、超級電容器和光伏電池組件所對應(yīng)的AC/DC,所述控制系統(tǒng)的輸出還控制負(fù)荷的變化。
      [0010]由圖廣8所示的實(shí)施例可知,本實(shí)施例的主要步驟如下:
      步驟一:根據(jù)圖6~8中光伏電池組件的光伏輸出功率預(yù)測值耳和負(fù)荷功率預(yù)測值巧,計(jì)算二者差值;
      步驟二:利用小波包分解方法,將差值信號
      【權(quán)利要求】
      1.一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法,其特征在于步驟如下:步驟一:根據(jù)光伏電池組件的光伏輸出功率預(yù)測值Pf和負(fù)荷功率的預(yù)測值Pl ,計(jì)算二者差值ΡY-ι.= Pf-Pi ; 步驟二:利用小波包分解方法,將差值信號Ppi映射到m個小波包子空間中,對Pw進(jìn)行分解,得到不同頻率的信號; 步驟三:從經(jīng)小波包分解法后得到頻率信號中選出與蓄電池的響應(yīng)頻率相近的頻率信號作為低頻信號, Py,由蓄電池補(bǔ)償;剩余的頻率信號以及未被電池吸收的頻率信號作為尚頻彳目號Aifi由超級電容器補(bǔ)償; 步驟四:并網(wǎng)運(yùn)行模式下,蓄電池和超級電容器采用雙環(huán)控制策略,即外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的控制方法,利用超級電容器的荷電狀態(tài)和蓄電池的電流、荷電狀態(tài)、最大充放電功率,輸出蓄電池和超級電容器的實(shí)時功率,控制蓄電池和超級電容器的充放電功率,根據(jù)具體情況采取如下操作: 設(shè)光伏電池輸出功率為A,畜電池功率為4,超級電各器功率為,并網(wǎng)時電網(wǎng)與微電網(wǎng)的交換功率為f,負(fù)荷功率為A,SOCb為蓄電池荷電狀態(tài),iB為蓄電池電流,SOC為畜電池荷電狀態(tài)最大值,Hmm為畜電池荷電狀態(tài)最小值,為超級電容器荷電狀態(tài),光伏功率輸出與負(fù)荷功率的差值經(jīng)小波包分解后的低頻信號為Pu、,1?頻?目號為P&igk ;當(dāng)O < A ?巧,hOC^ < SOC “ & O時,分兩種情況:當(dāng)S。。BMW —這OC^SOC^max時,則控制系統(tǒng)控制= O,Pe = ^Mgk,此時電網(wǎng)平抑光伏功率的低頻波動;當(dāng)時,則控制系統(tǒng)控制= + P^max,此時電網(wǎng)平抑光伏功率的低頻波動,超級電容向蓄電池充電,并且平抑光伏功率高頻波動;當(dāng) O,SOCsirm < < ^OC , i^^.0 時,分兩種情況:當(dāng)SOCmmSSOCmcMOCmmx 時,則控制系統(tǒng)控制 ΡΕ = Ρ_, Ρ? = Ρ_ ;當(dāng)H翻^ > Su^臟時,則控制系統(tǒng)控制P怒:。,Pm = Phigk + ; 當(dāng)ΡY > Pg,SOCmm〈匕B〈過O。MMX j ij 時,分兩種情況:當(dāng)
      < SOu 滅y < SOL ^aX 時,則控制系統(tǒng)控制,P'S ~ -Pkigk ;當(dāng)SOC臟> SOC麵χ時,則控制系統(tǒng)控制P& = Q , Pe: -Pm.+ Pyw ; 當(dāng) 4 > 巧,SOu j <SOCmim,Si O 時,分兩種情況:當(dāng)< kfOL.^^ < SOC時,則控制系統(tǒng)控制巧=-4.,Pb = 'p_ ;當(dāng)SOC職> SOCmix時,則控制系統(tǒng)控制 = -Pem^ J1J- -Pm.+ Pmmx ; 當(dāng)ΡY > P1,SOC越纖< hOL.Β < “OC路趣,^ s O時,分兩種情況:當(dāng)
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法,其特征在于:對于所述蓄電池和超級電容采用外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的方法得到蓄電池和超級電容器的實(shí)時功率P,并使其不斷接近最終達(dá)到給定有功功率P_ref的具體步驟如下: (I)對于蓄電池: 通過電壓互感器和電流互感器采集蓄電池接入交流母線處的電壓、電流值,所述電壓、電流值分別經(jīng)過派克變換后獲得直軸分量ud、Id和交軸分量U,、Iq,直軸電壓、電流相乘為有功功率P,交軸電壓、電流相乘為無功功率Q,所述有功功率P即實(shí)時功率P,將有功功率P和無功功率Q分別與其給定有功功率P_ref、給定無功功率Q_ref (設(shè)置為O)做減法運(yùn)算,差值分別為Λ P=P-P_ref和Λ Q=Q-Q_ref,將Λ P和Λ Q分別輸入比例積分環(huán)節(jié)PI后通過派克反變換得到外環(huán)輸出電流,即內(nèi)環(huán)電流給定值i_ref ;此時所述給定有功功率?_代€由蓄電池功率盡給定; 蓄電池的直流輸出電流經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟娏鱥,所述交流電流i與i_ref經(jīng)減法運(yùn)算得到差值Λ I,所述差值Λ I依次經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)后輸入到PWM發(fā)生器,所述PWM發(fā)生器的輸出信號作為逆變器的觸發(fā)信號輸入逆變器,逆變器根據(jù)觸發(fā)信號調(diào)節(jié)由蓄電池逆變的交流電流i的大小,從而完成電流內(nèi)環(huán)的控制;所述由蓄電池逆變的交流電流i輸入到派克變換的電流輸入端,繼續(xù)重復(fù)上述變換控制過程即為外環(huán)功率控制部分; (2)對于超級電容: 與蓄電池的控制方法類似,不同點(diǎn)在于外環(huán)通過電壓互感器和電流互感器采集超級電容接入交流母線處的電壓、電流值,然后經(jīng)過與蓄電池控制相同的控制過程,此時所述給定有功功 率P_ref由超級電容器功車盡給定;從而控制超級電容器的功率輸出的大小。
      【文檔編號】H02J3/28GK103887816SQ201410063914
      【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
      【發(fā)明者】高志強(qiáng), 褚華宇, 范輝, 孟良, 孫中記, 梁賓, 楊瀟 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所
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