背景技術(shù)：

1、

2、隨著電力系統(tǒng)中的新能源發(fā)電逐步取代同步發(fā)電機(jī)，電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力顯著降低，系統(tǒng)受擾動(dòng)后易出現(xiàn)更大的頻率變化率和頻率偏移量，觸發(fā)分布式電源反孤島保護(hù)、低頻減載和高頻切機(jī)保護(hù)動(dòng)作，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。通過采取有效措施來提高現(xiàn)代電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力已經(jīng)迫在眉睫。通過合理指定能量來源、制定控制策略，使新能源并網(wǎng)換流器模擬傳統(tǒng)同步機(jī)的慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻是一種有效的方法。隨著儲(chǔ)能方法的快速發(fā)展，儲(chǔ)能設(shè)備在快速、靈活充放電等方面的優(yōu)勢(shì)日益凸顯，成為新能源頻率響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)能量來源。其中，電池儲(chǔ)能作為目前最為成熟和商業(yè)化的儲(chǔ)能方法，具有能量密度大、放電時(shí)間長的顯著優(yōu)勢(shì)，其放電時(shí)間能夠滿足一次調(diào)頻的分鐘級(jí)持續(xù)時(shí)間要求，因此已被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻。超級(jí)電容儲(chǔ)能具有功率密度高、循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，適合承擔(dān)瞬時(shí)幅值高、波動(dòng)頻繁的慣量響應(yīng)功率。鑒于超級(jí)電容和電池儲(chǔ)能在功率密度、能量密度、循環(huán)壽命等方面的特性互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，采用超級(jí)電容-電池混合儲(chǔ)能來為電網(wǎng)提供慣量響應(yīng)與一次調(diào)頻等不同時(shí)間尺度下的頻率支撐，已成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

3、現(xiàn)有混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)難以兼顧系統(tǒng)成本和調(diào)頻功率分配的靈活性。為實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的頻率主動(dòng)支撐能力，通常會(huì)采用兩個(gè)dc/dc變換器分別控制超級(jí)電容和電池的充放電，將頻率響應(yīng)所需功率中的慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻功率分量分別分配給超級(jí)電容和電池。盡管一定程度上發(fā)揮了超容和電池各自的特性優(yōu)勢(shì)，但兩個(gè)dc/dc變換器的使用一定程度上增加了系統(tǒng)成本，且由于一次調(diào)頻功率中仍含有頻繁波動(dòng)的分量，因此不利于延長電池壽命。基于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的頻率主動(dòng)支撐方法在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略方面仍有待進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的基于混合儲(chǔ)能的新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法存在的問題，提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何提供一種基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法及系統(tǒng)。

2、為解決上述方法問題，本發(fā)明提供如下方法方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法，其包括，構(gòu)建附加緊湊型混合儲(chǔ)能的新能源系統(tǒng)，采集電池儲(chǔ)能裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行接觸器控制，決定新控制周期接觸器是否導(dǎo)通；

4、獲取電網(wǎng)瞬時(shí)頻率根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻策略計(jì)算功率需求，調(diào)整電池充電策略計(jì)算得到混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率參考值；

5、根據(jù)功率參考值計(jì)算雙向dc/dc變換器的電流控制參考值，進(jìn)行雙向dc/dc變換器控制，通過比例-積分控制器調(diào)整計(jì)算占空比；

6、將計(jì)算出的占空比輸入pwm發(fā)生器，產(chǎn)生控制信號(hào)調(diào)節(jié)dc/dc變換器的工作狀態(tài)。

7、作為本發(fā)明所述基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述附加緊湊型混合儲(chǔ)能的新能源系統(tǒng)包括新能源發(fā)電系統(tǒng)和緊湊型混合儲(chǔ)能系統(tǒng)；所述新能源發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的新能源發(fā)電裝置、直流母線和逆變器，新能源發(fā)電裝置輸出直流電至直流母線，逆變器用于維持直流母線電壓恒定，將直流母線的直流電轉(zhuǎn)換為交流電后輸出至交流電網(wǎng)；所述緊湊型混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電池儲(chǔ)能裝置、超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置、雙向dc/dc變換器、接觸器以及二極管，電池儲(chǔ)能裝置通過并聯(lián)的接觸器和二極管與超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置連接，雙向dc/dc變換器的低壓側(cè)與超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置連接，雙向dc/dc變換器的高壓側(cè)與新能源系統(tǒng)的直流母線連接。

8、作為本發(fā)明所述基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)行接觸器控制包括獲取電池儲(chǔ)能裝置中的電池輸出電流、荷電狀態(tài)和上個(gè)控制周期接觸器狀態(tài)，確定當(dāng)前控制周期的接觸器通斷狀態(tài)，表達(dá)式為：

9、

10、式中，ibat為實(shí)時(shí)采集的電池輸出電流，socbat為荷電狀態(tài)，kmn-1為上一控制周期的接觸器通斷狀態(tài)，kmn為當(dāng)前控制周期的接觸器通斷狀態(tài)，socbat0代表電池的初始荷電狀態(tài)；1代表導(dǎo)通狀態(tài)，0代表關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)實(shí)時(shí)采集的電池輸出電流大于0時(shí)，則控制當(dāng)前控制周期的接觸器狀態(tài)為導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)實(shí)時(shí)采集的電池輸出電流為0且當(dāng)前控制周期電池荷電狀態(tài)在初始荷電狀態(tài)以上時(shí)，則控制當(dāng)前控制周期的接觸器狀態(tài)為關(guān)斷狀態(tài)；否則維持當(dāng)前控制周期的接觸器狀態(tài)和上個(gè)控制周期接觸器狀態(tài)保持一致。

11、作為本發(fā)明所述基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計(jì)算得到混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率參考值包括以下步驟，實(shí)時(shí)采集交流側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的三相電壓，將采集到的三相電壓輸入到鎖相環(huán)模塊中輸出電網(wǎng)的瞬時(shí)頻率，根據(jù)電網(wǎng)瞬時(shí)頻率計(jì)算頻率響應(yīng)功率；計(jì)算系統(tǒng)頻率偏差，偏差經(jīng)過死區(qū)環(huán)節(jié)，若頻率偏差超出死區(qū)設(shè)定值，則輸出非零的一次調(diào)頻功率，否則輸出為零；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的荷電狀態(tài)和超級(jí)電容器的電壓，根據(jù)電池的soc和超容電壓，利用回充功率計(jì)算公式計(jì)算回充功率；使用logistic函數(shù)構(gòu)建s曲線過渡充電控制策略，將頻率響應(yīng)功率和回充功率相加，得到混合儲(chǔ)能系統(tǒng)總的功率參考值。

12、作為本發(fā)明所述基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述頻率響應(yīng)功率的計(jì)算公式為：

13、

14、式中，pf為頻率響應(yīng)功率，f為電網(wǎng)瞬時(shí)頻率，代表慣量響應(yīng)功率；所述死區(qū)環(huán)節(jié)的表達(dá)式為：

15、

16、式中，δf表示系統(tǒng)頻率偏差經(jīng)過死區(qū)環(huán)節(jié)后的輸出量，δfdb表示死區(qū)大小；所述回充功率的計(jì)算公式為：

17、

18、式中，ksc代表超容充電控制的比例系數(shù)，vsc為超容電壓，pch為電池回充功率，kbat代表電池充電控制的比例系數(shù)；λ(f)是基于系統(tǒng)頻率反饋的充電約束系數(shù)；所述s曲線的表達(dá)式為：

19、

20、式中，8代表無窮小量，n代表s曲線的自適應(yīng)系數(shù)；所述功率參考值的計(jì)算公式為：

21、

22、式中，為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率參考值。

23、作為本發(fā)明所述基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)行雙向dc/dc變換器控制包括以下步驟，根據(jù)計(jì)算得出的功率參考值計(jì)算雙向dc/dc變換器電流控制內(nèi)環(huán)的參考值，并進(jìn)行限幅，計(jì)算公式為：

24、

25、

26、式中，為雙向dc/dc變換器電流控制內(nèi)環(huán)的參考值，為功率參考值，imax代表允許的最大電流；采集混合儲(chǔ)能總放電電流，輸入雙向dc/dc變換器電流控制內(nèi)環(huán)的參考值和混合儲(chǔ)能總放電電流的差值，經(jīng)過比例-積分控制器進(jìn)行限幅輸出占空比，表達(dá)式為：

27、

28、

29、式中，itot為混合儲(chǔ)能總放電電流，d為占空比；脈寬調(diào)制器輸入占空比d信號(hào)，輸出pwm信號(hào)控制dc/dc功率開關(guān)器件的通斷。

30、作為本發(fā)明所述基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的一種優(yōu)選方案，其中：還包括，當(dāng)電網(wǎng)頻率超出預(yù)定死區(qū)范圍時(shí)，立即啟動(dòng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的緊急響應(yīng)機(jī)制，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，快速調(diào)整接觸器狀態(tài)、功率分配和dc/dc變換器的參數(shù)，補(bǔ)充或吸收電網(wǎng)所需的功率；進(jìn)行混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)系統(tǒng)超級(jí)電容電壓高于電池電壓，且接觸器斷開時(shí)，則混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在初始狀態(tài)下，系統(tǒng)位于超容獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)遭受擾動(dòng)導(dǎo)致頻率跌出死區(qū)之外時(shí)，回充功率被限制為0，儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出總功率參考值即為頻率響應(yīng)功率，超容對(duì)外放電，若電網(wǎng)頻率未恢復(fù)時(shí)，超容電壓降至低于電池電壓導(dǎo)致二極管vd導(dǎo)通，系統(tǒng)切換至電池-超容單向并聯(lián)狀態(tài)；若檢測(cè)到電池放電電流出現(xiàn)上升，接觸器km處于閉合狀態(tài)時(shí)，則系統(tǒng)切換至電池-超容直接并聯(lián)狀態(tài)，電池放電電流上升，電池持續(xù)放電荷電狀態(tài)下降，超容放電電流下降，頻率響應(yīng)功率來源由超容向電池切換；當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)至死區(qū)以內(nèi)時(shí)，則基于系統(tǒng)頻率反饋的充電約束系數(shù)從0開始增大，電池由調(diào)頻階段轉(zhuǎn)入回充階段，荷電狀態(tài)上升，當(dāng)電池荷電狀態(tài)恢復(fù)至初始荷電狀態(tài)，回充功率為0，且接觸器km處于斷開狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)返回至超容獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)超容電壓重新計(jì)算回充功率，啟動(dòng)對(duì)超容的回充直到超容電壓恢復(fù)至初始運(yùn)行點(diǎn)，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)完全恢復(fù)至初始狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)束。

31、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)，其包括：構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建附加緊湊型混合儲(chǔ)能的新能源系統(tǒng)，采集電池儲(chǔ)能裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行接觸器控制，決定新控制周期接觸器是否導(dǎo)通；計(jì)算模塊，用于獲取電網(wǎng)瞬時(shí)頻率根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻策略計(jì)算功率需求，調(diào)整電池充電策略計(jì)算得到混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率參考值；調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)功率參考值計(jì)算雙向dc/dc變換器的電流控制參考值，進(jìn)行雙向dc/dc變換器控制，通過比例-積分控制器調(diào)整計(jì)算占空比；控制模塊，用于將計(jì)算出的占空比輸入pwm發(fā)生器，產(chǎn)生控制信號(hào)調(diào)節(jié)dc/dc變換器的工作狀態(tài)，進(jìn)行基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻。

32、第三方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的步驟。

33、第四方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)基于混合儲(chǔ)能的緊湊型新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻方法的步驟。

34、本發(fā)明有益效果為實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容與電池接入狀態(tài)的柔性切換，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)頻率波動(dòng)的不同時(shí)間尺度下對(duì)兩類儲(chǔ)能的有序利用，充分地發(fā)揮超容和電池的互補(bǔ)特性優(yōu)勢(shì)，在準(zhǔn)確執(zhí)行頻率響應(yīng)功率指令值的前提下減少電池的啟動(dòng)次數(shù)和電池承受的功率峰值，實(shí)現(xiàn)電池使用壽命的最大化。提高超容能量利用率，避免對(duì)直流母線電壓的干擾。