一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制方法技術

本發明專利技術公開一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制方法，包括以下步驟：1）計算可再生能源輸出功率的中低頻分量與高頻分量；2）采用超級電容補償可再生能源輸出功率波動的高頻分量，電池補償可再生能源輸出功率波動的中低頻分量；3）根據超級電容的剩余容量對超級電容輸出功率進行修正，得到超級電容的輸出功率參考值。使得在利用電池與超級電容補償可再生能源輸出功率波動中的中低頻分量與高頻分量的同時，根據超級電容的剩余能量對其輸出功率進行修正，以達到有效地控制超級電容端電壓的目的，該方法可以在抑制可再生能源輸出功率波動的同時，避免超級電容端電壓越限。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于分布式發電供能
，是一種在抑制可再生能源輸出功率波動的同時有效地控制超級電容端電壓的方法，特別是。
技術介紹
可再生能源發電技術，如光伏發電和風力發電以其無污染、可再生、分布廣等優點，受到了越來越多的關注。然而，可再生能源發電具有波動性大、隨機性強、出力變化快的特點。因此，就地配置一定容量的儲能系統，可以有效抑制可再生能源發電輸出功率的波動，提高電網接納可再生能源發電的能力。但單一電池儲能功率密度小，當可再生能源出力波動劇烈時，電池輸出功率極易達到限幅；而單一的超級電容儲能由于能量密度小，又不能 長時間供電。因此利用電池與超級電容混合儲能系統對可再生能源輸出功率波動進行抑制，其中超級電容能充分地利用其功率密度大的特點，主要用于負責補償可再生能源輸出功率中的高頻波動，有效地避免了電池輸出功率達到限幅的現象。目前國內外提出的電池與超級電容混合儲能系統的控制策略主要有三種I)基于預測的計劃輸出控制方法。根據可再生能源輸出功率預測值與本地負荷預測值，以一定的時間長度為標準，以平衡該時間段內的能量為目標計算電池儲能系統的輸出功率參考值，再以平衡短時間內的功率波動為目標計算超級電容的輸出功率參考值。2)基于濾波的平滑輸出控制方法。根據濾波原理，利用電池補償可再生能源輸出功率中的中低頻分量；利用超級電容補償可再生能源輸出功率中的高頻分量，充分地利用了超級電容功率密度大與電池能量密度大的優點。3)在超級電容濾波控制的基礎上提出超級電容的管理方法。根據超級電容的端電壓對超級電容的存儲能量進行管理，以防止超級電容端電壓越限。第一種控制策略比較依賴可再生能源出力預測與負荷預測的準確性，而且所需儲能系統的容量一般較大，而第二種控制策略所需儲能系統容量較小，但平滑效果必然會受到一定的限制。而且前兩種控制策略都沒有考慮到超級電容的能量管理，超級電容極易達到其端電壓上下限而退出運行。第三種控制策略雖然考慮到了超級電容的端電壓控制，但是當超級電容端電壓過高或過低時只是一味地減小超級電容的輸出功率，沒有區分超級電容是處在充電狀態還是處在放電放電，該方法沒有實現最優的超級電容能量管理。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，本專利技術在基于電池與超級電容混合濾波控制的基礎上，提出了一種超級電容端電壓控制方法，即能量管理方法。在分別利用電池與超級電容補償可再生能源輸出功率波動的中低頻分量與高頻分量的同時，根據超級電容的實時剩余容量計算出超級電容輸出功率參考值的調整比例值，并根據其輸出功率的正負做出相應的修正，以有效地控制其端電壓。為實現上述目的，本專利技術的技術方案為，包括以下步驟I)計算可再生能源輸出功率的中低頻分量與高頻分量；2)采用超級電容補償可再生能源輸出功率波動的高頻分量，電池補償可再生能源輸出功率波動的中低頻分量；3)根據超級電容的剩余容量對超級電容輸出功率進行修正，得到超級電容的輸出功率參考值。所述步驟I)中的再生能源輸出功率的高頻分量Ps。μ的計算公式J . V·Psc ref =" ·—^試中PW為可再生能源輸出功率；TS。為一階巴特沃茲低通濾波器 —I + Isc ■ S的濾波時間常數；再生能源輸出功率的中低頻分量Pbat 的計算公式Tf · ^Pbat—ref = ~{PW+PSC) ' ~ ;式中PW為可再生能源輸出功率；Tbat和Ts。為一階巴特沃 —^ + Tbat-S茲低通濾波器的濾波時間常數，Tsc<Tbato由于超級電容屬于功率型儲能裝置，充放電功率變化區間大，循環次數多，能量密度小，因此選擇較小的濾波時間常數Ts。，用來補償可再生能源輸出功率Pw(S)中的高頻分量；由于電池屬于能量型儲能裝置，充放電功率變化區間小，循環次數少，能量密度大，因此選擇較大的濾波時間常數Tbat，用來補償可再生能源輸出功率Pw(S)中的中低頻分量。所述步驟3)超級電容的剩余容量SOCse根據超級電容的端電壓獲得，所述超級電容的剩余容量socs。與超級電容端電壓成比例關系；超級電容儲存的能量I I 二式中C為超級電容的電容，Us。為超級電容端電壓。在超級電容端電壓達到上下限值之前，采取提前控制以防止超級電容端電壓越限。本專利技術通過選取適當的超級電容端電壓作為開始預先控制的判斷條件，以達到有效防止超級電容端電壓越限的目的。所述步驟3)根據超級電容的剩余容量對超級電容輸出功率進行修正包括以下情況31)當超級電容端電壓Usc為高限區時，即Us。up〈Us。( Usc max時，超級電容端電壓Usc的控制方法是少充多放；32)正常工作區S卩Usc down ( Usc ( Usc up時，超級電容與電池輸出功率不做調整；33)當超級電容端電壓Usc為高限區時，即Usc min ( USCXUS。d_時，超級電容端電壓Usc的控制方法是少放多充；所述Use min為超級電容端電壓的下限，Usc max為超級電容端電壓的上限;Usc—-n為超級電容端電壓的下限判斷條件值，Usc up為超級電容端電壓的上限判斷條件值。本專利技術的有益效果在利用電池與超級電容補償可再生能源輸出功率波動的中低頻分量與高頻分量的同時，根據超級電容的實時剩余容量計算出超級電容輸出功率參考值的調整比例值，并根據其輸出功率的正負做出相應的修正，以有效地控制其端電壓。附圖說明圖I為本專利技術系統結構圖；圖2為本專利技術混合儲能的濾波控制框圖；圖3為本專利技術超級電容輸出功率與電池輸出功率波特圖；圖4為本專利技術端電壓控制框圖；圖5、6為本專利技術超級電容端電壓控制效果圖。具體實施例方式下面根據說明書附圖，詳細地介紹一下本專利技術的技術方案。 電池/超級電容混合儲能系統與可再生能源發電系統并網結構圖如圖I所示。其中電池與超級電容通過各自的DC/DC變換器連接到直流母線處，再通過DC/AC變換器連接到交流母線處；可再生能源發電系統直接連接到交流母線處；微網的交流母線再通過靜態開關與配電網相連。忽略系統損耗并由能量守恒定律可得，Pbat+Psc+Pw=Psys(I)式中，Pbat為電池輸出功率，Psc為超級電容輸出功率,Pw可再生能源發電功率,Psys為聯絡線功率。本專利技術中與超級電容和電池連接的DC/DC變換器采用恒功率控制，其控制目標是抑制可再生能源輸出功率的波動。由于超級電容屬于功率型儲能裝置，輸出功率變化范圍大，變化速率快，且超級電容循環次數多，因此超級電容主要用來補償可再生能源輸出功率波動中的高頻分量；而電池屬于能量型儲能裝置，輸出功率變化范圍小，變化速率慢，且電池循環次數少，因此電池主要用來補償可再生能源輸出功率波動中的中低頻分量。基于電池與超級電容混合儲能的濾波控制框圖如圖2所示。波動的可再生能源輸出功率Pw通過濾波時間常數為Ts。的一階巴特沃茲低通濾波器得到聯絡線功率一次目標值再與可再生能源輸出功率Pw相減，得到超級電容輸出功率參考值P&M，如式(2)所示，即再生能源輸出功率的高頻分量；可再生能源輸出功率Pw與超級電容實際輸出功率Ps。相加后，通過濾波時間常數為Tbat的濾波器得到聯絡線功率的二次目標值再與濾波之前的值相減得到電池輸出功率參考值Psc;—Mf，如式(3)，即再生能源輸出功率的中低頻分量。其中聯絡線一次目標值是指經超級電容補償后的理想聯絡線功率值本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制方法，其特征在于包括以下步驟：1）計算可再生能源輸出功率的中低頻分量與高頻分量；2）采用超級電容補償可再生能源輸出功率波動的高頻分量，電池補償可再生能源輸出功率波動的中低頻分量；3）根據超級電容的剩余容量對超級電容輸出功率進行修正，得到超級電容的輸出功率參考值。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳建斌，劉智宏，吳宇霆，胡玉峰，王成山，郭力，賈宏杰，劉云，許健，吳家宏，
申請(專利權)人：南方電網科學研究院有限責任公司，天津大學，北京四方繼保自動化股份有限公司，
類型：發明
國別省市：