一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法，其步驟如下：（1）根據(jù)光伏輸出功率預(yù)測值和負荷功率的預(yù)測值，計算二者差值；（2）利用小波包分解方法，將映射到m個小波包子空間中，得到不同頻率信號；（3）將頻率信號中與蓄電池的響應(yīng)頻率相近的頻率信號作為低頻信號，由蓄電池補償；剩余的頻率信號以及未被電池吸收的頻率信號作為高頻信號，由超級電容器補償；（4）采用外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制方法，根據(jù)具體情況利用超級電容器的荷電狀態(tài)和蓄電池的電流、荷電狀態(tài)、最大充放電功率，輸出蓄電池和超級電容器的實時功率，控制蓄電池和超級電容器的充放電功率；本發(fā)明的優(yōu)點是安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，蓄電池充放電次數(shù)減少。
【專利說明】—種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法，屬于分布式發(fā)電、儲能、功率預(yù)測、小波分析、光伏發(fā)電、微電網(wǎng)及新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，是適用于多元復(fù)合儲能系統(tǒng)的控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002]目前微電網(wǎng)的控制策略的發(fā)展和應(yīng)用還不成熟，需要進一步的改進和探索，現(xiàn)階段為微電網(wǎng)并網(wǎng)提供儲能的主要設(shè)備為超級電容器和蓄電池；超級電容具有功率密度大、循環(huán)使用壽命長、充電時間短、可靠性高、能量密度低的特點，而蓄電池能量密度大，可以大容量儲能，但是不適合頻繁充放，通過將這兩種儲能裝置優(yōu)勢互補，由于技術(shù)原因沒有結(jié)合應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減少蓄電池充放電次數(shù)的基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:
本方法的具體步驟如下:
步驟一:根據(jù)光伏電池組件的光伏輸出功率預(yù)測值Pr和負荷功率的預(yù)測值A(chǔ) ,計算二者差值h = ρψ- pI ；
步驟二:利用小波包分解方法，將差值信號映射到m個小波包子空間中，對進
行分解，得到不同頻率的頻率信號；`
步驟三:從經(jīng)小波包分解法后得到頻率信號中選出與蓄電池的響應(yīng)頻率相近的頻率信
號作為低頻信號巧^ , 由蓄電池補償；剩余的頻率信號以及未被電池吸收的頻率信號作
為尚頻彳目號，&j||由超級電容器補償；
步驟四:并網(wǎng)運行模式下，蓄電池和超級電容器采用雙環(huán)控制策略，即外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的控制方法，利用超級電容器的荷電狀態(tài)和蓄電池的電流、荷電狀態(tài)、最大充放電功率，輸出蓄電池和超級電容器的實時功率，控制蓄電池和超級電容器的充放電功率，根據(jù)具體情況采取如下操作:
設(shè)光伏電池輸出功率為衿，蓄電池功率為^ ,超級電容器功率為&，并網(wǎng)時電網(wǎng)與微電網(wǎng)的交換功率為P ,負荷功率為盡，SOCb為蓄電池荷電狀態(tài)，^為蓄電池電流，SOC臟為畜電池荷電狀態(tài)最大值，為畜電池荷電狀態(tài)最小值，SOLmu為超級電容器荷電狀態(tài)，光伏功率輸出與負荷功率的差值經(jīng)小波包分解后的低頻信號為高頻信號為Pkigk ο[0005](I)當0<PFS巧，SOC-SOC臓，^>0時，分兩種情況:當SOC畫DCmk SSOC眶時，則控制系統(tǒng)控制巧=0，巧=6_，此時電網(wǎng)平抑光伏
功率的低頻波動；當WCn >時，則控制系統(tǒng)控制=，Pf = Pkigh + Ρ^Μ?χ
，此時電網(wǎng)平抑光伏功率的低頻波動，超級電容向蓄電池充電，并且平抑光伏功率高頻波動；
(2)當<^OCB < SOk^ ^max，> 0 時，分兩種情況:當SOC^^SOC^SOC眶時，則控制系統(tǒng)控制ΡΕ = Ρ_, Pe = P_ ；當這OC腦> SOC時，則控制系統(tǒng)控制Pe = ?)，P! = +Pto ;
(3)當Ρy > Pl，SOCmw < SOCb < SOCmmz，iB>0 時，分兩種情況:當L.。、.』沒郝h iOC脇.H^OC 時，則控制系統(tǒng)控制= ，Ρ? = -Pk々k ;當SOC職> SOC臓時，則控制系統(tǒng)控制^ = 0,/? = ~Ρ_+Ρ^ ；
(4)當Ρy > P1，SOCb ^SOCbmm , ^ 時，分兩種情況:當過OC BMM S這OC Mk幺這O。SMAX時，則控制系統(tǒng)控制P^=-Pym，Pf = ~Ρ^ ;當SOCMk > SOCmmx 時，則控制系統(tǒng)控制 Pb ~-Pmmx，Pm = ~^Mgk + Ρ?μλχ ;
(5)當Ρy > Pi，?Ου孤駆 <.5?€^ <，iM <0 時，分兩種情況:當SOC^mmSSOC馳<SOC臓時，則控制系統(tǒng)控制Pd，Pe = -P_ ；當SuCFdk > SOCm^x 時，則控制系統(tǒng)控制 P3 = -P瓦max，= -PMgk + Pbmax ;
(6)當巧>巧，SOC0SOC腿，^<0時，分兩種情況:當
SOCbmm < SOCsds^ ^ SOCmmx時，則控制系統(tǒng)控制/^ = 0,^? = -Pkigk，此時電網(wǎng)平抑光伏功
率低頻波動；當SOC > S。。時，則控制系統(tǒng)控制/^ = O，A = - Pm- + Pq，此時，光伏功率低頻部分波動由電網(wǎng)平抑，高頻部分波動由超級電容平抑，并且超級電容以一定的穩(wěn)定功家值5向電網(wǎng)放電；
(7)當O < 5 巧，SO^<^OCm <SO'。，iB s0 時，分兩種情況:當
SOCbmw ^ SuCsdk < SOCfmax時，則控制系統(tǒng)控制P怒=-P巡，?! = ^rMgk，此時電網(wǎng)向
微電網(wǎng)輸送功率，不僅平抑光伏低頻波動，而且為蓄電池充電；當>0.35時，則
PB = -{pmm-pk.、, ^ = 其中為超級電容器允許最大輸出功率，此時光伏功率的低頻功率波動由電網(wǎng)功率平抑；
(8)當巧，SOCASOC臟，?5<0時，分兩種情況:當
S艦or時，則控制系統(tǒng)控制Α = O，P簽=-P被.，此時電網(wǎng)向微電網(wǎng)輸送功率，平抑光伏低頻波動；當SOCmc > SOC臓時，則慫=O ,巧=-Pk雄,此時光伏功率的低頻功率波動由電網(wǎng)功率平抑；
(9)當Pr= O ,SOCRSOC.，y SO時，檢測光伏逆變器是否以光伏最大功率輸出，
當光伏逆變器控制輸出功率小于當前時刻光伏最大輸出功率時，則控制系統(tǒng)控制光伏逆變器增大光伏功率輸出；當逆變器已經(jīng)控制光伏功率以當前最大功率輸出，則檢測超級電容荷電狀態(tài)這ocMk ,
①若SOCsdle>,則首先控制超級電各器放電,使=巧，Ps = O ；
②若DC嫌MOC廁，則控制蓄電池放電，使巧=巧，Ps= Q ;
(10)當A= O ,?5OC趣^> O EJ^t,分兩種情況:當漢尤腿；? SOCf池挪，檢測
光伏逆變器是否以光伏最大功率輸出，如果光伏逆變器控制輸出功率小于當前光伏最大輸出功率，則控制系統(tǒng)控制光伏逆變器增大光伏功率輸出，如果逆變器已經(jīng)控制光伏功率以當前最大功率輸出，則此時使蓄電池和超級電容都停止放電，即令^ = O，^ = 0,由電網(wǎng)側(cè)向負荷提供電能。
[0006]對于所述蓄電池和超級電容采用外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的方法得到蓄電池和超級電容器的實時功率P，并使其不斷接近最終達到給定有功功率P_ref的具體步驟如下:
(1)對于蓄電池:
通過電壓互感器和電流互感器采集蓄電池接入交流母線處的電壓、電流值，所述電壓、電流值分別經(jīng)過派克變換后獲得直軸分量Ud、Id和交軸分量U,、Iq,直軸電壓、電流相乘為有功功率P，交軸電壓、電流相乘為無功功率`Q，所述有功功率P即實時功率P，將有功功率P和無功功率Q分別與其給定有功功率P_ref、給定無功功率Q_ref (設(shè)置為O)做減法運算，差值分別為Λ P=P-P_ref和Λ Q=Q-Q_ref,將Λ P和Λ Q分別輸入比例積分環(huán)節(jié)PI后通過派克反變換得到外環(huán)輸出電流，即內(nèi)環(huán)電流給定值i_ref ;此時所述給定有功功率？_代€由蓄電池功率巧給定；
蓄電池的直流輸出電流經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟娏鱥，所述交流電流i與i_ref經(jīng)減法運算得到差值Λ I，所述差值Λ I依次經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)后輸入到PWM發(fā)生器，所述PWM發(fā)生器的輸出信號作為逆變器的觸發(fā)信號輸入逆變器，逆變器根據(jù)觸發(fā)信號調(diào)節(jié)由蓄電池逆變的交流電流i的大小，從而完成電流內(nèi)環(huán)的控制；所述由蓄電池逆變的交流電流i輸入到派克變換的電流輸入端，繼續(xù)重復(fù)上述變換控制過程即為外環(huán)功率控制部分；
(2)對于超級電容:
與蓄電池的控制方法類似，不同點在于外環(huán)通過電壓互感器和電流互感器采集超級電容接入交流母線處的電壓、電流值，然后經(jīng)過與蓄電池控制相同的控制過程，此時所述給定
有功功率P_ref由超級電容器功率&給定；從而控制超級電容器的功率輸出的大小。
[0007]本發(fā)明所產(chǎn)生的積極效果如下:
(I)本方法將優(yōu)勢互補的兩種儲能裝置相結(jié)合，可以滿足含有間歇式電源的微電網(wǎng)的控制需求，充分發(fā)揮了超級電容器快速充放電的優(yōu)勢，避免了蓄電池頻繁充放電，延長了蓄電池使用壽命，提高了微電網(wǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性，為大規(guī)模推廣和發(fā)展新能源、分布式發(fā)電技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)；
(2)本方法采用MATLAB/SMULINK仿真技術(shù)、電力電子技術(shù)、儲能技術(shù)、自動控制技術(shù)、電能質(zhì)量、功率預(yù)測技術(shù)、負荷預(yù)測技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)、小波分析技術(shù)使微電網(wǎng)控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減少蓄電池充放電次數(shù)；
(3)本方法通過光伏功率預(yù)測及負荷功率預(yù)測曲線，可以預(yù)測儲能裝置的出力需求；
(4)本方法保證儲能裝置有足夠裕度實現(xiàn)平抑功率波動、穩(wěn)定電壓的控制目標，保證負荷有安全可靠的電能供應(yīng)；
(5)本方法能夠延長儲能裝置的使用壽命、充分發(fā)揮不同儲能裝置的特性，避免過充、過放現(xiàn)象；
(6)采用本方法并網(wǎng)運行時，可以作為大電網(wǎng)電能的有效補充，實現(xiàn)削峰填谷的功能；
(7)本方法有利于微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高，促進微電網(wǎng)安全可靠運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
圖2為本發(fā)明的外環(huán)功率控制原理圖；
圖3為本發(fā)明的內(nèi)環(huán)電流控制原理圖；
圖4為本發(fā)明的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)原理圖；
圖5為本發(fā)明的實施例中三層小波包分解示意圖；
圖6為本發(fā)明的實施例中晴天光伏預(yù)測功率與負荷功率曲線示意圖；
圖7為本發(fā)明的實施例中多云天氣光伏預(yù)測功率與負荷功率曲線示意圖；
圖8為本發(fā)明的實施例中陰天光伏預(yù)測功率與負荷功率曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖1~8和實施例對本發(fā)明進行進一步說明:
微電網(wǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示，蓄電池、超級電容器和光伏電池組件通過AC/DC接入電網(wǎng)母線，負荷直接接入電網(wǎng)母線，控制系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集得到如圖2~3輸入的電壓值U、電流值I，控制系統(tǒng)分別輸出控制蓄電池、超級電容器和光伏電池組件所對應(yīng)的AC/DC，所述控制系統(tǒng)的輸出還控制負荷的變化。
[0010]由圖廣8所示的實施例可知，本實施例的主要步驟如下:
步驟一:根據(jù)圖6~8中光伏電池組件的光伏輸出功率預(yù)測值耳和負荷功率預(yù)測值巧，計算二者差值；
步驟二:利用小波包分解方法，將差值信號
【權(quán)利要求】
1.一種基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法，其特征在于步驟如下:步驟一:根據(jù)光伏電池組件的光伏輸出功率預(yù)測值Pf和負荷功率的預(yù)測值Pl ,計算二者差值ΡY-ι.= Pf-Pi ; 步驟二:利用小波包分解方法，將差值信號Ppi映射到m個小波包子空間中，對Pw進行分解，得到不同頻率的信號； 步驟三:從經(jīng)小波包分解法后得到頻率信號中選出與蓄電池的響應(yīng)頻率相近的頻率信號作為低頻信號, Py,由蓄電池補償；剩余的頻率信號以及未被電池吸收的頻率信號作為尚頻彳目號Aifi由超級電容器補償； 步驟四:并網(wǎng)運行模式下，蓄電池和超級電容器采用雙環(huán)控制策略，即外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的控制方法，利用超級電容器的荷電狀態(tài)和蓄電池的電流、荷電狀態(tài)、最大充放電功率，輸出蓄電池和超級電容器的實時功率，控制蓄電池和超級電容器的充放電功率，根據(jù)具體情況采取如下操作: 設(shè)光伏電池輸出功率為A，畜電池功率為4，超級電各器功率為，并網(wǎng)時電網(wǎng)與微電網(wǎng)的交換功率為f，負荷功率為A，SOCb為蓄電池荷電狀態(tài)，iB為蓄電池電流，SOC為畜電池荷電狀態(tài)最大值，Hmm為畜電池荷電狀態(tài)最小值，為超級電容器荷電狀態(tài)，光伏功率輸出與負荷功率的差值經(jīng)小波包分解后的低頻信號為Pu、，1?頻?目號為P&igk ;當O < A ?巧，hOC^ < SOC “ & O時，分兩種情況:當S。。BMW —這OC^SOC^max時，則控制系統(tǒng)控制= O，Pe = ^Mgk，此時電網(wǎng)平抑光伏功率的低頻波動；當時，則控制系統(tǒng)控制= + P^max，此時電網(wǎng)平抑光伏功率的低頻波動，超級電容向蓄電池充電，并且平抑光伏功率高頻波動；當 O，SOCsirm < < ^OC , i^^.0 時，分兩種情況:當SOCmmSSOCmcMOCmmx 時，則控制系統(tǒng)控制 ΡΕ = Ρ_, Ρ? = Ρ_ ；當H翻^ > Su^臟時，則控制系統(tǒng)控制P怒:。，Pm = Phigk + ； 當ΡY > Pg，SOCmm〈匕B〈過O。MMX j ij 時，分兩種情況:當
< SOu 滅y < SOL ^aX 時，則控制系統(tǒng)控制，P'S ~ -Pkigk ;當SOC臟> SOC麵χ時，則控制系統(tǒng)控制P& = Q , Pe: -Pm.+ Pyw ; 當 4 > 巧，SOu j <SOCmim，Si O 時，分兩種情況:當< kfOL.^^ < SOC時，則控制系統(tǒng)控制巧=-4.，Pb = 'p_ ；當SOC職> SOCmix時，則控制系統(tǒng)控制 = -Pem^ J1J- -Pm.+ Pmmx ; 當ΡY > P1，SOC越纖< hOL.Β < “OC路趣,^ s O時，分兩種情況:當
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率預(yù)測的多元復(fù)合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)控制方法，其特征在于:對于所述蓄電池和超級電容采用外環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)電流控制的方法得到蓄電池和超級電容器的實時功率P，并使其不斷接近最終達到給定有功功率P_ref的具體步驟如下: (I)對于蓄電池: 通過電壓互感器和電流互感器采集蓄電池接入交流母線處的電壓、電流值，所述電壓、電流值分別經(jīng)過派克變換后獲得直軸分量ud、Id和交軸分量U,、Iq,直軸電壓、電流相乘為有功功率P，交軸電壓、電流相乘為無功功率Q，所述有功功率P即實時功率P，將有功功率P和無功功率Q分別與其給定有功功率P_ref、給定無功功率Q_ref (設(shè)置為O)做減法運算，差值分別為Λ P=P-P_ref和Λ Q=Q-Q_ref,將Λ P和Λ Q分別輸入比例積分環(huán)節(jié)PI后通過派克反變換得到外環(huán)輸出電流，即內(nèi)環(huán)電流給定值i_ref ;此時所述給定有功功率？_代€由蓄電池功率盡給定； 蓄電池的直流輸出電流經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟娏鱥，所述交流電流i與i_ref經(jīng)減法運算得到差值Λ I，所述差值Λ I依次經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)后輸入到PWM發(fā)生器，所述PWM發(fā)生器的輸出信號作為逆變器的觸發(fā)信號輸入逆變器，逆變器根據(jù)觸發(fā)信號調(diào)節(jié)由蓄電池逆變的交流電流i的大小，從而完成電流內(nèi)環(huán)的控制；所述由蓄電池逆變的交流電流i輸入到派克變換的電流輸入端，繼續(xù)重復(fù)上述變換控制過程即為外環(huán)功率控制部分； (2)對于超級電容: 與蓄電池的控制方法類似，不同點在于外環(huán)通過電壓互感器和電流互感器采集超級電容接入交流母線處的電壓、電流值，然后經(jīng)過與蓄電池控制相同的控制過程，此時所述給定有功功 率P_ref由超級電容器功車盡給定；從而控制超級電容器的功率輸出的大小。
【文檔編號】H02J3/28GK103887816SQ201410063914
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】高志強, 褚華宇, 范輝, 孟良, 孫中記, 梁賓, 楊瀟 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學研究院, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗所