混合储能微网系统截止频率确定方法及输出功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合储能微网系统截止频率确定方法，涉及微电网【技术领域】。本发明针对现有混合储能微网系统利用穷举法确定截止频率所带来的输出功率幅值波动、适应性较差等方面的不足，利用经验模态分解技术将微电源输出功率分解为不同瞬时频率等级的分量，从而得到对电源侧输出功率进行高低分频的最佳截止频率。本发明还公开了一种混合储能微网系统输出功率控制方法，根据独立微网供电功率平滑度指标动态调整截止频率，并按照动态调整的截止频率控制微网输出功率。相比现有技术，本发明可实现微网功率波动幅度的高效控制，提高微网运行的稳定性。
【专利说明】混合储能微网系统截止频率确定方法及输出功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电网【技术领域】，尤其涉及一种混合储能微网系统截止频率确定方法及输出功率控制方法，所述混合储能微网系统利用高功率密度储能设备和高储能密度储能设备对经过截止频率分频后的功率分别进行平抑。
【背景技术】
[0002]良好的环境效益和经济效益使微网越来越引起学术界的兴趣并且受到了交叉领域的广泛关注。可是，由于微网中分布式电源的存在，微网控制策略和运行策略与传统电力系统有着很大的不同。并且，以现在的电源结构来看，分布式电源还是以不可控的可再生能源为主体，为了使可再生能源的波动性不至于严重影响到电力系统的电能质量和系统的稳定，储能系统将随着可再生能源被广泛运用到微网系统中去，用以将微网系统的安全性和可靠性控制在可以接受的范围内。因此，储能系统的运行管理对微网安全稳定运行而言至关重要。
[0003]由于微网容量只有兆瓦级，与大规模电力系统容量相去甚远。而储能设备中的高储能密度储能设备，高功率密度储能设备和飞轮等更加适用于微网中的能量管理，并且能够确保微网电能质量水平。多种多样的电化学电池已经被作为储能装置运用到供电系统中。这些电池拥有相对较高的能量密度，然而它们的循环寿命较低。当这些电化学电池频繁充放电时，它们的使用寿命还会大幅度降低。与高储能密度储能设备不同，高功率密度储能设备由于其独特的化学储能形式，使得它拥有相对高储能密度储能设备更高的充放电效率和使用寿命，但是能量密度较小，较高的容量会需要更大体积的高功率密度储能设备供应。在此基石出上，文献〈〈Composite energy storage system involving battery andultracapacitor with dynamic energy management in microgrid applications)) (IEEETransactions on Power Electronics第26卷第3期第923页)提出了基于高储能密度储能设备和高功率密度储能设备特性的互补方法，以二者的混合储能形式提高电能的使用效率并且更好的维持系统的稳定运行。文献《Optimum sizing and optimum energy managementof a hybrid energy storage system for lithium battery life improvementKJournalof Power Sources第244卷第2页)的相关研究表明:混合使用储能设备可以有效延长电池的使用寿命。在此基础上，文献《Optimal sizing of energy storage for efficientintegration of renewable energy)) (50th Conference on Decision and Control andEuropean Control Conference第5813页)研究了优化储能设备投资成本的问题,提出以可再生能源为当地部分负荷供电，目标是在考虑电网电价动态波动以及储能成本的前提下，最小化系统长期供电的平均费用。文献《Optimal design of hybrid renewable energysystems (HRES) using hydrogen storage technology for data center applications))(Renewable Energy第52卷第79页)进一步研究了使用混合可再生能源发电满足电力市场需求的前景，该文采用风电制氢储能技术大幅度降低系统成本，尤其是在可再生能源相对稀缺的地域，这种方法可以更大程度的利用稀缺资源，提高电能利用率。[0004]在上述研究所提出的微网混合储能系统中，功率的平滑度是衡量微网稳定性的重要指标，通过确定滤波器的截止频率对原始微电源功率进行高低频划分，并从滤波器输出得到参考值，通过混合储能系统修正功率平滑度。然而，在国内外现有的研究中，对原始微电源功率进行分频所需的截止频率都是以穷举法测试得到，尚缺乏一种更为科学、可靠的计算方法。且穷举法获得的截止频率依赖于穷举实验次数，在实际运用中可能会造成功率幅度的波动，能量调度的可控性降低，对微网的稳定性将带来负面影响。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有混合储能微网系统利用穷举法确定截止频率所带来的输出功率幅值波动、适应性较差等方面的不足，提供一种混合储能微网系统截止频率确定方法及输出功率控制方法，利用经验模态分解技术得到对电源侧输出功率进行闻低分频的最佳截止频率，进而可实现微网功率波动幅度的闻效控制，提闻微网运行的稳定性。
[0006]本发明采用以下技术方案解决上述技术问题:
[0007]混合储能微网系统截止频率确定方法，所述混合储能微网系统包括高功率密度储能设备和高储能密度储能设备，包括以下步骤:
[0008]步骤1、获取所述混合储能微网系统电源侧的原始输出功率-时间曲线；
[0009]步骤2、按照以下方法将原始输出功率-时间曲线分离为一组固有模态函数:
[0010]步骤2-1、求取原始输出功率-时间曲线的上、下包络线；
[0011]步骤2-2、求取上、下包络线的均值与原始输出功率的余量，并判断该余量与上一次循环计算得到的余量之间是否符合约束条件，如符合，则将当前计算得到的余量作为一个固有模态函数输出，并用当前原始输出功率与当前得到的余量之差替代原始输出功率后，转至步骤2-1 ;如不符合，将得到的余量替代原始输出功率后，转至步骤2-1 ;其中，上、下包络线的均值与原始输出功率的余量按照下式得到:
[0012]h(t)=Pg(t)-m(t),
[0013]式中，h(t)为t时刻的余量；Pg(t)为t时刻的原始输出功率；
【权利要求】
1.混合储能微网系统截止频率确定方法，所述混合储能微网系统包括高功率密度储能设备和高储能密度储能设备，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、获取所述混合储能微网系统电源侧的原始输出功率-时间曲线； 步骤2、按照以下方法将原始输出功率-时间曲线分离为一组固有模态函数: 步骤2-1、求取原始输出功率-时间曲线的上、下包络线； 步骤2-2、求取上、下包络线的均值与原始输出功率的余量，并判断该余量与上一次循环计算得到的余量之间是否符合约束条件，如符合，则将当前计算得到的余量作为一个固有模态函数输出，并用当前原始输出功率与当前得到的余量之差替代原始输出功率后，转至步骤2-1 ;如不符合，将得到的余量替代原始输出功率后，转至步骤2-1 ； 其中，上、下包络线的均值与原始输出功率的余量按照下式得到:
2.如权利要求1所述混合储能微网系统截止频率确定方法，其特征在于，使用三次样条插值方法求取原始输出功率-时间曲线的上、下包络线。
3.如权利要求1所述混合储能微网系统截止频率确定方法，其特征在于，所述终止标准系数的取值为0.1。
4.如权利要求1所述混合储能微网系统截止频率确定方法，其特征在于，当存在多个连续的频率值，均满足所有固有模态的频率-时间曲线解的个数最少，则以所述多个连续的频率值中的最大值和最小值的均值作为混合储能微网系统的截止频率。
5.混合储能微网系统输出功率控制方法，所述混合储能微网系统包括高功率密度储能设备和高储能密度储能设备；在进行输出功率控制时，首先将电源侧输出功率中高于截止频率和低于截止频率的部分分离出来，分别作为高频分量和低频分量；然后，以高频分量的负值作为高功率密度储能设备的参考值，调整高功率密度储能设备的输出功率，使之尽量靠近参考值；以低频分量的负值作为高储能密度储能设备的参考值，调整高储能密度储能设备的输出功率，使之尽量靠近参考值；其特征在于，所述截止频率利用权利要求1~4任一项所述方法得到。
6.如权利要求5所述混合储能微网系统的输出功率控制方法，其特征在于，所述截止频率按照以下方法动态调整: 在多个观测周期中对所述混合储能微网系统负荷侧的输出功率分别进行多次采样，并根据下式得到各观测周期中的平均功率波动:
【文档编号】H02J3/32GK103944177SQ201410124542
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】孙承晨, 袁越, 曹阳 申请人:河海大学