光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中混合儲能的功率協(xié)調控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力領域，尤其涉及一種光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中混合儲能的功率協(xié)調控 制方法。
【背景技術】
[0002] 我國幅員遼闊，電力資源和電力負荷沿東西走廊呈逆向分布，高壓遠距離在很長 一個時期內無法避免。然而，研究結果表明新能源的大規(guī)模遠距離傳輸暴露出諸多弊端，譬 如風、光集中電站的穩(wěn)定運行問題、輸電走廊的限制問題等。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是可再生 能源的有效組織方式，隨著光伏電池成本的不斷降低，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了越來越 多的重視和快速發(fā)展，但隨著分布式光伏滲透率的不斷提高，給電網(wǎng)供電品質帶來了挑戰(zhàn)， 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)往往采用逆變器作為其并網(wǎng)接口，隨著其滲透率的不斷提高，對電網(wǎng) 的影響也越來越大。一方面，光伏出力具有隨機性和波動性，容易引起電網(wǎng)電壓的波動，其 輸出功率的波動性，會影響電網(wǎng)電壓偏離其合理運行范圍。另一方面，分布式光伏系統(tǒng)附近 存在大量的非線性負荷，產(chǎn)生的諧波與逆變器相結合，容易引發(fā)諧波諧振，影響電網(wǎng)的安全 穩(wěn)定運行。
[0003] 針對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電能質量的提升，光伏集成到一起的混合儲能系統(tǒng)，以 其光儲一體化的電路結構和就地功率平衡的技術優(yōu)勢得到了越來越多的重視。然而，在光 儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，能夠保證儲能單元在安全運行的前提下，如何實現(xiàn)其性能的最大發(fā)揮， 混合儲能之間的功率分配是一個關鍵問題。目前，現(xiàn)有技術中已針對混合儲能系統(tǒng)的優(yōu)化 功率配置和協(xié)調控制進行了研究。然而，現(xiàn)有方法大多面向直流或交流母線電壓的穩(wěn)定性， 研究混合儲能單元的優(yōu)化配置和協(xié)調控制。但是，從電網(wǎng)的角度來看，光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)還 需要更多地考慮整個系統(tǒng)的可調度性和光伏出力的可平抑性。如何合理響應電網(wǎng)需求，給 混合儲能系統(tǒng)分配所需的功率指令，對于光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)具有重要的意義。另外，為了保 證儲能單元對功率指令的合理分攤，儲能的荷電狀態(tài)（State of Charge，S0C)應該作為儲 能控制的一個優(yōu)化約束。儲能的荷電狀態(tài)表征了其剩余容量的大小，在數(shù)值上定義為剩余 容量占其容量的比值。S0C受到充放電電壓、電流、環(huán)境溫度和自放電等因素的影響。
【發(fā)明內容】
[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中混合儲能的功率協(xié)調控制方法， 以解決上述問題。
[0005] 本發(fā)明提供的光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中混合儲能的功率協(xié)調控制方法，其包括對光儲 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)采用雙層控制，所述雙層控制包括上層控制和下層控制，
[0006] 所述上層控制包括，通過頻率協(xié)調控制混合儲能單元的功率分配；
[0007] 所述下層控制包括，根據(jù)混合儲能單元的可用容量分攤指令功率，管理各儲能變 流器吸收或發(fā)出期望的功率。
[0008] 進一步，所述上層控制還包括當光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)無需電網(wǎng)提供有功支撐時，根 據(jù)如下公式獲取輸出功率：
[0010] 其中，c〇es為光伏出力波動的濾波截止頻率，ppv為光伏輸出功率最大跟蹤模塊所 得到的光伏最大的實時出力，Praf為電網(wǎng)所需的光伏平抑后的輸出功率。
[0011] 進一步，所述上層控制還包括當光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)接受電網(wǎng)調度時，根據(jù)如下公 式獲取向電網(wǎng)注入所需的有功功率：
[0013] 其中，Praf為電網(wǎng)調度指令，％為光伏出力的平滑部分，P。為緊急有功支撐部分。
[0014] 進一步，所述上層控制還包括通過混合儲能單元中的電池儲能單元對低頻的功率 波動量進行補償，通過混合儲能單元中的超級電容儲能單元對高頻部分的功率波動量進行 補償。
[0015] 進一步，根據(jù)光伏出力的頻率范圍選擇混合儲能單元的功率分配對象，所述分配 對象包括電池和超級電容。
[0016] 進一步，根據(jù)荷電狀態(tài)的儲能功率，控制功率不對等的各儲能單元，按其可用容量 動態(tài)的分擔功率。
[0017] 進一步，所述下層控制還包括根據(jù)如下公式獲取電池單體的荷電狀態(tài)：
[0019] 其中，S0C為電池單體的荷電狀態(tài)，Np為電池組的并聯(lián)支路數(shù)，I bat為電池的放電 電流，電池組的輸出電壓，Qn為電池額定容量。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過頻率協(xié)調控制可以有效協(xié)調光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中 電池和超級電容儲能單元的功率分配，以確保光儲聯(lián)合系統(tǒng)工作在電網(wǎng)調度模式或光伏輸 出功率平抑模式，降低光伏高頻波動分量對電網(wǎng)的沖擊；通過基于S0C的儲能功率協(xié)調控 制可以有效組織功率不對等的多種儲能單元動態(tài)地按其可用容量分擔功率，以提供平衡功 率，維持直流母線電壓穩(wěn)定，提升了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可調度性和電網(wǎng)友好性，為光儲 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)運行與控制提供了一種新的方法。
【附圖說明】
[0021] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：
[0022] 圖1是本發(fā)明的光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率的頻率協(xié)調控制示意圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明的光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率的頻率分配特性示意圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明的光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率的自適應下垂控制示意圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明的儲能單體的等效電路模型示意圖。
[0027] 圖6是本發(fā)明的儲能單元的功率協(xié)調控制示意圖。
[0028] 圖7是本發(fā)明的無儲能時光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力示意圖。
[0029] 圖8是本發(fā)明的電網(wǎng)調度模式下光儲發(fā)電系統(tǒng)的出力示意圖。
[0030] 圖9是本發(fā)明的電網(wǎng)調度模式下儲能單元的出力示意圖。
[0031] 圖10是本發(fā)明的協(xié)調控制后的有儲能時光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力示意圖。
[0032] 圖11是本發(fā)明的協(xié)調控制后電網(wǎng)調度模式下儲能單元的出力示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：圖1是本發(fā)明的光儲聯(lián)合發(fā)電系 統(tǒng)原理示意圖。圖2是本發(fā)明的光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率的頻率協(xié)調控制示意圖，圖3是本發(fā)明 的光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率的頻率分配特性示意圖，圖4是本發(fā)明的光儲聯(lián)合系統(tǒng)功率的自適應 下垂控制示意圖，圖5是本發(fā)明的儲能單體的等效電路模型示意圖，圖6是本發(fā)明的儲能單 元的功率協(xié)調控制示意圖，圖7是本發(fā)明的無儲能時光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力示意圖，圖8是本 發(fā)明的電網(wǎng)調度模式下光儲發(fā)電系統(tǒng)的出力示意圖，圖9是本發(fā)明的電網(wǎng)調度模式下儲能 單元的出力示意圖，圖10是本發(fā)明的協(xié)調控制后的無儲能時光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力示意圖， 圖11是本發(fā)明的協(xié)調控制后電網(wǎng)調度模式下儲能單元的出力示意圖。
[0034] 如圖1所示，本實施例中的光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中混合儲能的功率協(xié)調控制方法， 包括對光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)采用雙層控制，所述雙層控制包括上層控制和下層控制，
[0035] 所述上層控制包括，通過頻率協(xié)調控制混合儲能單元的功率分配；
[0036] 所述下層控制包括，根據(jù)混合儲能單元的可用容量分攤指令功率，管理各儲能變 流器吸收或發(fā)出期望的頻率。
[0037] 本實施例中的上層控制采用基于頻域協(xié)調的控制方法，根據(jù)電網(wǎng)調度和光伏出 力，給混合儲能單元分配功率指令。下層控制為基于SOC (State of Charge,荷電狀態(tài)，簡 稱S0C)的儲能功率分攤控制，管理各儲能變流器吸收或發(fā)出所期望的功率。
[0038] 如圖2所示，在本實施例的光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，上層控制的主要目的在于計算 混合儲能單元集的、總的功率指令，采用基于頻域協(xié)調的控制方法。這里以光儲聯(lián)合發(fā)電系 統(tǒng)"接受電網(wǎng)調度"和"輸出功率平抑"兩種工作模式加以闡釋。
[0039] 當光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)無需電網(wǎng)提供有功支撐時，根據(jù)如下公式獲取輸出功率：
[0041] 其中，光伏出力波動的濾波截止頻率，以保證光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的 波動頻率低于ωΜ，可由電網(wǎng)對光伏爬坡特性的要求決定，ppv為光伏輸出功率最大跟蹤模 塊所得到的光伏最大的實時出力，Praf為電網(wǎng)所需的光伏平抑后的輸出功率。
[0042] 當光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)接受電網(wǎng)調度時，根據(jù)如下公式獲取向電網(wǎng)注入所需的有功 功率：
[0044] 其中，P"f為電網(wǎng)調度指令，表示向電網(wǎng)注入所需的有功功率，Ppv為光伏出力的平 滑部分，Pc為緊急有功支撐部分。
[0045] 電網(wǎng)功率指令由兩部分組成，分別為光伏出力的平滑部分Ppv和緊急有功支撐部 分Pc。儲能所需要平衡的總功率A P%為指令功率和光伏出力功率之間的差值，即：
[0047] 由于混合儲能中，各個單元的響應時間不盡相同，為了實現(xiàn)不平衡功率在儲能中 的分擔，采用基于頻率的協(xié)調控制方