一種孤立微網混合儲能系統頻率控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于微網控制技術領域，尤其涉及一種孤立微網混合儲能系統頻率控制器。
【背景技術】
[0002]目前，基于可再生能源的分布式發電(DG)的大規模應用是未來電力工業實現低碳化的最有效解決方案之一。而微網可將各類DG、儲能裝置以及負荷進行有效集成，實現對局部區域靈活、可靠和經濟供電，成為近年來新能源領域的研宄熱點。微網可實現自我控制、保護和管理，既可與配電網并網運行，又可呈孤島方式獨立運行。孤島運行模式主要適用于以下兩種情況:(I)上游配電網發生故障時，微網與其解列，呈孤島模式運行以保證對重要負荷的可靠供電；(2)為偏遠、環境惡劣地區提供電能，在有效避免長距離、高投資輸電線路建設的同時，實現能源的就地選取、高效利用。孤立微網可有效緩解我國東、南部大量海島由于遠離大陸、電源單一等原因所造成的供電可靠性差、能源開發利用水平低等問題，為海島的深度開發、生態保護及居民生活水平的提高帶來了機遇，具有重要的戰略意義。
[0003]微網特別是孤立微網在組成結構和運行機制上與傳統電網有很大不同。微網系統慣性小、阻尼不足、抗干擾能力弱，同時微網中間歇性可再生能源(風能、太陽能、海洋能)所占比例較大，其運行時抵御外界環境擾動的能力較弱，維持微網頻率穩定的難度較大。為此，微網中通常配備一定容量的微型發電單元(柴油發電機、微型燃氣輪機或燃料電池)來提供系統頻率調節。然而此類裝置動態特性較慢，頻率追蹤調節能力較差，且在本質上仍無法擺脫對化石能源的依賴，存在利用效率低、成本高以及污染重等問題。為解決此問題，儲能系統(Energy Storage System, ESS)的快速發展被看作是微網實現穩定運行的關鍵技術之一O
[0004]就國內外研宄現狀來看，ESS作為微網的重要環節，在提高微網運行穩定性、改善電能質量等方面的作用獲得了廣泛認同:研宄表明，ESS在合理控制下，可進行有功及無功的獨立控制，達到有效平滑微網內部及微網與外網聯絡線功率波動的問題；研宄表明，ESS可以提高微網容量可信度，使其成為大電網的可控單元，具有可預測性和可調度性的特點。然而，基于單一蓄電池(BESS)或超級電容器(SC)儲能介質的ESS很難滿足微網動態變化過程中對功率密度及能量密度的雙重要求，如對BESS的過分利用會導致其物理特性的變化，嚴重破壞其使用壽命；而對SC的過度使用極易觸發其端電壓的上下限而退出工作，為此混合儲能系統(Hybrid Energy Storage System, HESS)應運而生。HESS與單一 ESS相比，控制方式及容量配置均更加靈活，具有更廣闊的應用前景。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型為解決微網頻率控制工作中的對BESS的過度使用導致蓄電池使用壽命短，微網頻率調節的經濟性及可靠性低的問題而提供一種結構簡單、安裝使用方便、提高工作效率的孤立微網混合儲能系統頻率控制器。
[0006]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:
[0007]本實用新型實施例的孤立微網混合儲能系統頻率控制器，該孤立微網混合儲能系統頻率控制器包括:測量單元、參考功率產生單元、蓄電池/超級電容器功率控制單元、蓄電池及超級電容器脈沖產生單元；
[0008]測量單元連接參考功率產生單元，參考功率產生單元連接蓄電池/超級電容器功率控制單元，蓄電池/超級電容器功率控制單元連接蓄電池及超級電容器脈沖產生單元。
[0009]本實用新型還可以采用如下技術措施:
[0010]在本實用新型的實施例中，該孤立微網混合儲能系統頻率控制器設置用于實時測量微網頻率以及蓄電池荷電狀態的測量單元。
[0011]進一步，該孤立微網混合儲能系統頻率控制器設置用于接收測量單元所測微網頻率，蓄電池荷電狀態，通過頻率控制算法得到蓄電池及超級電容器功率參考值的參考功率產生單元，該頻率控制算法采用改進的孤立微網頻率滯環控制算法實現蓄電池(BESS)和超級電容器(SC)的功率參考值計算，通過引入頻率滯環優化蓄電池的功率參考值，定向控制蓄電池的工作狀態，以避免蓄電池小電流充放電。
[0012]改進的孤立微網頻率滯環控制算法通過將實時采集的微網頻率4_和頻率額定值入下垂控制器，輸出功率參考信號P ref, PMf經低通濾波器分解得到低頻分量Pref,/ ,Pref,/進一步輸入頻率滯環控制器，以定向控制蓄電池(BESS)的工作狀態，然后經過蓄電池(BESS)越限保護環節輸出蓄電池(BESS)功率參考值!\ef，bat。PrefP ref,b；的差值為高頻功率分量Prets，經過超級電容器(SC)越限保護環節可輸出超級電容器(SC)功率參考值PMf，s。。若蓄電池(BESS)的蓄電池荷電狀態(state of charge, SOC)與超級電容器(SC)端電壓Us。均無越限情況，則二者輸出的功率參考值分別為P Mf，b和P ref,so
[0013]而且，所述的頻率滯環控制算法在保證微網頻率控制精度維持在可接受范圍內的前提下，進一步減少蓄電池(BESS)的充放電次數，提高其使用壽命；該頻率滯環引入3個觸發頻率值(frate，fmin+Af，fmax-Af)來共同決定蓄電池(BESS)響應孤立微網頻率控制信號的動作情況。頻率觸發信號將孤立微網允許頻率波動范圍[fmin，fmax]劃分為蓄電池(BESS)的工作區與非工作區。當f_s到達觸發頻率值f min+ Δ f或fmax- Λ f時，蓄電池(BESS)處于工作區，通過與微網交換功率參與頻率調節，直到f_s到達下一個觸發頻率值f 當頻率量測值f_s到達觸發頻率值時，蓄電池(BESS)停止工作，輸出為0，直到f _s到達下一個觸發頻率值(fmin+Af或fmax-Af)，在此期間，蓄電池(BESS) —直處于非工作區，可避免較小的充放電電流對蓄電池(BESS)使用壽命的影響。基于此規律，蓄電池(BESS)隨著孤立微網頻率的不斷變化而在工作區與非工作區之間進行動態切換，根據微網頻率調節蓄電池(BESS)的工作狀態。
[0014]進一步，該孤立微網混合儲能系統頻率控制器設置用于接收參考功率產生單元的功率參考值，得到蓄電池和超級電容器逆變器控制信號的蓄電池/超級電容器功率控制單
J L.ο
[0015]進一步，該孤立微網混合儲能系統頻率控制器設置用于接收蓄電池/超級電容器功率控制單元的逆變器控制信號，得到控制蓄電池和超級電容器逆變器動作脈沖信號的蓄電池及超級電容器脈沖產生單元。
[0016]進一步，所述的孤立微網混合儲能系統頻率控制器設置有根據各自功率參考值通過功率外環器和電流內環控制器得到逆變器控制信號的蓄電池/超級電容器功率控制單
J L.ο
[0017]進一步，所述的孤立微網混合儲能系統頻率控制器設置有根據各自的逆變器控制信號通過PWM調制電路得到逆變器脈沖控制信號的蓄電池/超級電容器脈沖生成單元。
[0018]本實用新型具有的優點和積極效果是:由于本實用新型由測量單元、參考功率產生單元、蓄電池/超級電容器功率控制單元、蓄電池及超級電容器脈沖產生單元組成，通過微網頻率實時采集以及儲能單元功率分配等功能實現對孤立微網頻率的控制，在傳統的混合儲能系統控制器的基礎上，克服現有微網頻率控制工作中的對蓄電池(BESS)過度使用導致壽命短，微網頻率調節的經濟性及可靠性低的問題，提出一種孤立微網混合儲能系統頻率控制器，充分利用了蓄電池(BESS)與超級電容器(SC)儲能特性優點的同時，通過引入頻率滯環來充分協調孤立微網頻率控制精度與蓄電池(BESS)充放電次數的關系，進一步優化了蓄電池(BESS)與超級電容器(SC)的充放電功率。
[0019]本實用新型通過改變微網頻率控制精度來避免蓄電池(BESS)小電流充放電，超級電容器(SC)不直接承擔蓄電池(BESS)滯環控制后可能避免的小功率，因此對超級電容器(SC)影響較小。與傳統混合儲能系統(HESS)頻率控制器比，本實用新型在頻率控制精度與蓄電池(BESS)使用壽命之間尋求理想的平衡，在保障微網頻率控制精度維持在可接受范圍內的前提下，進一步減少蓄電池(BESS)的小電流充放電次數，提高蓄電池(BESS)的使用壽命，可有效提高微網頻率調節的經濟性及可靠性，具有良好的實用性和工程應用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例提供的孤立微網混合儲能系統頻率控制器結構示意圖；
[0021]圖中:1、測量單元；2、參考功率產生單元；3、蓄電池/超級電容器功率控制單元；4、蓄電池及超級電容器脈沖產生單元；
[0022]圖2是本實用新型實施例提供的參考功率產生單元(頻率控制算法)結構示意圖；
[0023]圖3是本實用新型實施例提供的頻率滯環基本原理圖。
【具體實施方式】
[0024]為能進一步了解本實用新型的【實用新型內容】、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:本實用新型所用到的單元都屬于已知單元，在購買硬件單元時，已經安裝有軟件。本實用新型不存在軟件或方法的創新。
[0025]請參閱圖1:
[0026]如圖1所示，本實用新型實施例的孤立微網混合儲能系統頻率控制器主要由:測量單元1、參考功率產生單元2、蓄電池/超級電容器功