储能系统中多个混合储能装置间的互补优化控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及新能源发电储能技术领域，尤其涉及一种储能系统中多个混合储能装 置间的互补优化控制方法。
【背景技术】
[0002] 在具有可再生能源的光伏发电系统中添加储能装置，用来承担光伏电源波动造成 的功率差额，将光伏发电单元与电网之间的功率进行解耦，从而稳定间歇式光伏电源的功 率输出，降低对敏感负荷及电网的冲击。更为重要的是，在系统离网运行模式时，能为系统 提供电压和频率支撑，改善系统的稳定性。因此，储能装置的合理利用对光伏等可再生能源 发电系统的经济、安全、可靠运行至关重要。
[0003] 能量型蓄电池凭借其技术成熟、价格低廉、构造成本低、免维护、能量密度大等优 点，成为光伏发电系统中最常用也是最重要的储能装置。但由于光伏电源受光照强度、温度 等影响的随机性波动，使得系统的瞬时功率不平衡，造成蓄电池的多次小循环充放电，明显 恶化蓄电池的充放电工作环境，大大缩短蓄电池的使用寿命，同时由于蓄电池的过早老化 报废，带来了严重的环境污染，加大了系统的投资成本。
[0004] 目前，光伏发电系统中储能技术的研究主要集中于单一储能技术的研发和充放电 控制策略等方面，而对于系统中的混合储能技术研究相对较少，并且只处于实验室研究阶 段，尤其是混合储能的理论建模、容量优化匹配及不同储能装置之间的互补优化控制策略 等关键技术还有待于进一步的深入研究。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种储能系统中多个混合储能装置之 间的互补优化控制方法，对于能量型蓄电池组和功率型超级电容器组构成的光伏系统中的 混合储能装置，建立各储能装置的数学模型，并在此基础上，通过采用禁忌搜索算法对两种 储能装置的容量进行最优配置，以提高了系统的经济性；通过改进型滑动平均滤波算法，将 系统中功率差额的高频、低频分量进行分解，分别由超级电容器组和能量型蓄电池组承担， 以实现两种不同类型储能装置互补优化的协调控制。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种储能系统中多个混合储能装置之间的互补优 化控制方法，包括：
[0007] 对所述多个储能装置建立动、稳态数学模型；
[0008] 基于所述数学模型建立容量优化目标函数，并对所述多个储能装置的荷电状态进 行在线监测，得到系统负荷缺电率；
[0009] 根据所述系统负荷缺电率建立容量优化目标函数的优化约束条件，从而对各储能 装置的容量进行优化配置；
[0010] 对所述储能系统的负荷功率基于不同频率分量进行分离，将分离后的不同频率分 量对应的负荷功率分别分配给多个储能装置承担，从而对储能装置的功率流进行优化配 置。 toon] 优选的，所述多个储能装置为两个，分别为：能量型蓄电池组和功率型超级电容器 组。
[0012] 进一步优选的，所述能量型蓄电池组的数学模型包括：
[0013] 用以表征电池剩余容量的单体能量型蓄电池的核电状态SOC :
[0014] 其中，S0C。为初始的SOC值；C ba为单体能量型蓄电池的标称额定容量（Ah) ;1为 能量型蓄电池的充放电电流，在放电时为正值，在充电时为负值；t。和t分别为起、止时间； E(SOC)为SOC对应的能量型蓄电池电动势；
[0015] 能量型蓄电池组的总能量Eban :Eban= nCbaUba/103;
[0016] 其中，Cba为单体能量型蓄电池的标称额定容量（Ah)，U ba为额定电压（V)，η为级 联成能量型蓄电池组的单体能量型蓄电池个数；
[0017] 能量型蓄电池组的最小剩余能量：Eba_= nC baUba(1-D0D)/IO3;
[0018] 其中，DOD为最大放电深度；
[0019] 能量型蓄电池组的额定输出功率：Pban= nC baUba/107;
[0020] 其中，所述能量型蓄电池组以ClO的时间率放电。
[0021] 进一步优选的，所述功率型超级电容器组的数学模型包括：
[0022] 超级电容器组的存储总能量Euc: & = ;
[0023] 其中，Cu。为单体超级电容器的标称电容值（F)，U u。为额定电压（V)，m为级联成超 级电容器组的单体超级电容器个数；
[0024] 超级电容器组的最大输出功率：Puaiiax= mU _axI_ax/103;
[0025] 其中，Iuaiiax为单体超级电容器的最大充放电电流。
[0026] 进一步优选的，所述数学模型还包括：
[0027] 当储能装置处于充电状态时，存储的能量为：
[0028] Eba(kt) = Eba[ (k-1) t]+Pba(kt) X t X n bac，Euc(kt) = Euc[ (k-1) t]+Puc(kt) XtX nucc;
[0029] 当储能装置处于放电状态时，存储的能量为：
[0030] Eba(kt) = Eba[(k-l)t]-Pba(kt) Xt/nbad，Euc(kt) = Euc[(k-l)t]-Puc(kt) Xt/ U ucd，
[0031] 其中^3(杜）土3[(1^-1)幻分别为能量型蓄电池组在杜、（1^-1)七时刻储存的能量； Eu。(kt)、Eu。[ (k-1) t]分别为超级电容器组在kt、（k-1) t时刻储存的能量；Pba (kt)、Pu。(kt) 分别为能量型蓄电池组和超级电容器组在杜时刻的充放电功率；11^、11^、11_、11^分 别为能量型蓄电池组和超级电容器组的充放电效率。
[0032] 优选的，所述系统负荷缺电率具体为
[0033] 其中，LPSP为系统负荷缺电率；LPS为系统运行工作过程中的负荷缺电量；t为单 位时间间隔；T为总的计算次数。
[0034] 进一步优选的，所述容量优化目标函数为：C = (^+(^+Ck
[0035] 其中，C为储能装置的总成本；Clv为储能装置的购置成本；Ccini为储能装置的运行 维护成本；C d。为储能装置的处置成本；
[0037] ClvbaXlvs。分别为能量型蓄电池组和超级电容器储能装置的购置成本；K Wb^KciniM 分别为能量型蓄电池组和超级电容器储能装置的运行维护管理系数；Pba (t)、PsJt)分别为 能量型蓄电池组和超级电容器在t时段提供的功率；△ 为储能装置的运行时间。
[0038] 进一步优选的，所述储能系统为光伏发电混合储能系统，所述对所述储能系统的 负荷功率基于不同频率分量进行分离，将分离后的不同频率分量对应的负荷功率分别分配 给多个储能装置承担具体为：
[0039] 分离所述储能系统的系统不平衡功率Δρ的功率分量，将系统不平衡功率Δρ中 的频繁波动的功率分量部分分配给所述超级电容器组，将所述系统不平衡功率Ap中的基 本功率配给所述能量型蓄电池组；
[0040] 其中，Ap = Ppv qpv-(P1〇ad+Pgrid);
[0041] △ P为能量型蓄电池组和超级电容器储能装置承担的系统瞬时不平衡功率；Ppv为 光伏电源输出的功率，P lciad为负荷吸收的功率；Pffld为电网吸收或释放的功率；η pv为光伏 变换器的转换效率。
[0042] 进一步优选的，所述能量型蓄电池组的功率参考值 所述超级电容器组的功率参考值Praf se= A p-p ba;
[0043] 其中，T为滑动窗口宽度、kB为功率补偿系数、Δ T为滑动窗口宽度的增量、Ak B为 功率补偿系数的增量，AkB是能量型蓄电池荷电状态SOCba(t)的函数。
[0044] 进一步优选的，所述对储能装置的功率流进行优化配置具体为：
[0045] 根据超级电容器组的端电压对滑动窗口宽度和功率补偿系数的设置进行优化；
[0046] 其中，当超级电容器组的端电压低于设定值Usa时，确定所述超级电容器组储 能量偏低；此时，当能量型蓄电池储能量大于设定值而处于放电状态时，设置窗口宽度为 T- Δ T，功率补偿系数为kB+ Δ kB，并随着放电深度的加深，增大Δ kB;当能量型蓄电池处于 充电状态时，设置窗口宽度为T+ △ T，功率补偿系数为kB_ △ kB，并随着充电深度的加深，减 小 AkB;
[0047] 当超级电容器端电压高于设定值useH时，确定所述超级电容器储能量偏高；此时， 当能量型蓄电池储能量大于设定值而处于放电状态时，设置窗口宽度为T+ △ T，功率补偿系 数为V