混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法
【專利摘要】本發明是一種混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，其特點是：采用超級電容和蓄電池互補對風光輸出功率進行兩級平抑，兩級平抑均采用同一算法，對所需平滑的風光輸出功率及儲能元件自身剩余容量等數據進行采集、分析，計算風光輸出功率期望值，同時考慮風光功率波動大小及儲能元件的荷電狀態對移動步長進行優化控制；最終以風光輸出功率實際值對期望值的偏差作為儲能元件的平抑目標，控制儲能單元充放電，實現對風光輸出功率的平滑。能夠在維持風電、光伏最大功率輸出的基礎上，通過對蓄電池和超級電容的靈活、快速控制，實現了風光輸出功率波動的平抑，有效的改善了電能質量，提高了能源利用率和電網對可再生能源的接納能力。
【專利說明】混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，屬于電能質量領域。
【背景技術】
[0002]出于一次能源枯竭和環境保護的考慮，世界范圍內都把發展可再生能源作為重要戰略。近年來，我國風電、光伏裝機容量大幅度增加，而并網發電增長緩慢，其原因在于風能和太陽能所具有的隨機性和波動性對風電并網消納提出了巨大的挑戰。調節分布式電源本身可以在一定程度上減小分布式電源的出力波動，但同時也降低了可再生能源的有效利用率；儲能技術的快速發展為平抑風電、光伏輸出功率波動提供了新思路，可在不影響風能和太陽能最大功率跟蹤的基礎上，對風光出力進行“跨越時間”的調整，減小風光出力波動，提高電網穩定性和對可再生能源的接納能力。
[0003]目前國內外學者已對儲能平抑可再生能源輸出功率波動的方法進行了大量研究，應用較為普遍的是基于一階低通濾波原理的平抑方法。本發明從較為簡單的移動平均算法出發，采用超級電容和蓄電池兩種互補元件對風光輸出功率進行兩級平抑，減小風電、光伏并網對電網的影響，從而改善電能質量，提高電網對可再生能源的接納能力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是在維持風電、光伏最大功率輸出的基礎上，通過對蓄電池和超級電容的靈活、快速控制，實現風光輸出功率波動的平抑，從而減小分布式電源對并網系統的影響。
[0005]混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，主要包括如下步驟:
[0006](I)采用超級電容和蓄電池兩種互補元件對風光輸出功率進行兩級平抑，由容量較小、響應快速，能短時提供較大功率輸出特性的功率型儲能元件(超級電容)對原始風光輸出功率中的高頻、尖峰波動進行第一級平抑；而容量較大，響應速度相對較慢的能量型元件(蓄電池)在超級電容平抑的基礎上進行第二級平抑，使得兩級平抑后的風光儲一體化發電系統輸出有功功率滿足并網需求。
[0007](2)風光輸出功率期望值的制定
[0008]系統采樣間隔為At，初始時刻為V當前時刻ti=(1-l) At，采集風電、光伏出力Pwt、Ppv。利用簡單移動平均算法制定平抑功率期望值:
【權利要求】
1.一種混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，其特征在于，它包括如下步驟: (1)利用簡單移動平均算法制定風光輸出功率期望值 系統采樣間隔為At，初始時刻為，當前時刻ti=(1-l) At，采集風電、光伏出力Pwt、Ppv，則平抑功率期望值為:
2.根據權利要求1所述的混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，其特征在于:采用超級電容和蓄電池兩種互補元件對風光輸出功率進行兩級平抑，根據兩種元件自身特點，由容量較小、響應快速，能短時提供較大功率輸出特性的功率型儲能元件一超級電容對原始風光輸出功率中的高頻、尖峰波動進行第一級平抑；而容量較大，響應速度相對較慢的能量型元件一蓄電池在超級電容平抑的基礎上進行第二級平抑。
3.根據權利要求1所述的混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，其特征在于:所述步驟(2)中α(| ΔΡ|)為定義的權重系數，用以表征功率波動量大小對移動步長η的貢獻，移動步長η與I ΛΡ|成正比，當功率波動量I ΛΡ|較大時，所需儲能裝置對功率波動進行的補償也較大，需增大移動步長后再進行控制，從而Q (I ΛΡ|)隨之增大。α(|ΛΡ|)設計為:
α (I Δ P I) =a.ΔΡ|, (a>0)，其中 a 為控制參數。
4.根據權利要求1所述的混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，其特征在于:所述步驟(2)中β (SOC)為定義的權重系數，用以表征儲能單元荷電狀態對移動步長η的貢獻，P(SOC)的取值包含兩種模式:儲能裝置處于放電模式時，如此時荷電狀態充足，增大移動步長可以充分利用儲能裝置，因此β (SOC)設計為:β JSOO=Ii1.S0C+b1；(&>()，且SOC≥SOCmin);而當儲能裝置處于充電模式下，荷電狀態越充足，儲能元件所能進行的補償作用越小，應減小移動步長n，防止儲能裝置過充電，此時β (SOC)設計為:β2 (SOC) =k2.S0C+b2, (k2〈0，且 SOC ( SOCmax)，其中 SOCmin 為儲能元件荷電狀態下限，SOCmax為荷電狀態上限，k1、k2、b1、b2均為控制參數。
5.根據權利要求1所述的混合儲能系統平抑風光輸出功率波動的控制方法，其特征在于:所述步驟(2)中0和β依據系統實際情況來制定，由于移動步長η為整數，因此所取的α和β應滿足和為整數的條件，儲能系統荷電狀態十分關鍵，決定了儲能裝置補償功率波動的能力，因此有β (SOC) >α( |ΔΡ|)，且在儲能裝置荷電狀態低于下限時，禁止放電，n=0；荷電狀態高于上限時，禁止充電，n=0。
【文檔編號】H02J3/24GK103595068SQ201310573429
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】張雅超, 王永利, 李衛國, 陳厚合, 辛業春, 王玲 申請人:國家電網公司, 吉林省電力有限公司吉林供電公司, 遼寧省電力有限公司本溪供電公司, 東北電力大學