一种分布式电源与混合储能系统协调控制的方法和系统与流程

本发明涉及储能优化配置领域,并且更具体地，涉及一种分布式电源与混合储能系统协调控制的方法和系统。

背景技术

随着社会的发展，分布式电源的渗透率不断提高，在接入电网后会对电网的电能质量、可靠性产生影响。为平抑由分布式电源的随机性产生的联络线波动，可以采用储能装置进行补偿，实现提高分布式电源接入的友好性。传统的储能装置由单一类型的蓄电池组成，蓄电池具有能量密度大，储能时间长的特点。但由于在分布式电源的波动频率较大时，需要蓄电池进行频繁的充放电。频繁的充放电会快速的消耗掉蓄电池的寿命，从而使得蓄电池的配置和更换成本较高。超级电容器作为功率型储能装置，具有响应速度快、充放电循环次数多的特点。因此采用含超级电容器与蓄电池组合的混合储能，利用蓄电池去承担波动幅值大频率低的部分，超级电容器去承担波动幅值小频率高的部分，可以在平抑分布式电源波动的同时，有效地增加储能装置的寿命。因此合理地配置混合储能装置的容量和制定有效的分布式电源与混合储能的控制策略是分布式电源的规划和经济运行的主要内容。

技术实现要素：

为了解决现有技术中分布式电源与混合储能系统协调控制的技术问题，本发明提供一种分布式电源与混合储能系统协调控制的方法，所述方法包括：

实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，其中，所述混合储能系统包括超级电容和蓄电池；

比较交流电网输出功率pline与额定功率pline_ref，确定交流电网输出功率差δp；

基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用。

进一步地，在实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline之前还包括设置交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low。

进一步地，所述基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用包括：

当δp≥k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于低限状态时，分布式电源优选给混合储能系统充电；

当δp<-k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即分布式电源和混合储能系统都处于低限状态，电网功率又明显不足时，接入备用电池组，为混合储能系统充电并将功率供给电网；

当δp≥-k且pes≥pes_max,pdg≥pdg_max,即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于超限状态时，接入备用电池组，混合储能系统向备用电池组放电，电网多余功率也送入备用电池组中；

当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率。

进一步地，所述当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率是指混合储能系统采用低通滤波方法，将需要对配电网进行的功率补偿δp在混合储能系统中进行功率的分配后向配电网输出，具体包括：

将所述功率补偿δp经低通滤波器滤波后再减去所述功率补偿δp得到混合储能系统中超级电容的输出功率参考值psc_ref；

计算所述功率补偿δp与混合储能系统中超级电容的功率参考值psc_ref的差值；

将所述差值经另一个低通滤波器滤波后再减去所述差值得到混合储能系统蓄电池的功率参考值pbat_ref。

进一步地，所述备用电池组的容量保持在其储能容量的35％至75％。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种分布式电源与混合储能系统协调控制的系统，所述系统包括：

测量单元，其用于实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，其中，所述混合储能系统包括超级电容和蓄电池；

比较单元，其用于比较交流电网输出功率pline与额定功率pline_ref，确定交流电网输出功率差δp；

控制单元，其用于基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用。

进一步地，所述系统还包括参数设置单元，其用于设置交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low。

进一步地，所述控制单元用于基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用包括：

当δp≥k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于低限状态时，分布式电源优选给混合储能系统充电；

当δp<-k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即分布式电源和混合储能系统都处于低限状态，电网功率又明显不足时，接入备用电池组，为混合储能系统充电并将功率供给电网；

当δp≥-k且pes≥pes_max,pdg≥pdg_max,即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于超限状态时，接入备用电池组，混合储能系统向备用电池组放电，电网多余功率也送入备用电池组中；

当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率。

进一步地，所述控制单元用于当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率是指混合储能系统采用低通滤波方法，将需要对配电网进行的功率补偿δp在混合储能系统中进行功率的分配后向配电网输出，具体包括：

将所述功率补偿δp经低通滤波器滤波后再减去所述功率补偿δp得到混合储能系统中超级电容的输出功率参考值psc_ref；

计算所述功率补偿δp与混合储能系统中超级电容的功率参考值psc_ref的差值；

将所述差值经另一个低通滤波器滤波后再减去所述差值得到混合储能系统蓄电池的功率参考值ptab_ref。

进一步地，所述控制单元将备用电池组的容量保持在其储能容量的35％至75％。

本发明技术方案提供的分布式电源和混合储能系统协调控制的方法和系统通过比较交流电网中实际功率与额定功率的差值，并综合分析分布式电源的出力，以及混合储能系统的容量的状态，调整混合储能系统的充放电，并通过低通滤波方法对混合储能系统的功率进行分配，较好地实现了对交流电网进行功率补偿以及功率过剩时的放电，很好地实现了分布式电源供电和混合储能系统削峰填谷的协调性，避免了混合储能系统在电网大负荷时功率不足以及高电压时长期处于阻值状态，从而大大延长了混合储能的寿命。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的分布式电源和混合储能系统协调控制的方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的分布式电源和混合储能系统接入电网的结构图；

图3为根据本发明优选实施方式的混合储能系统采用低能滤波法进行功率分配的原理图；

图4为根据本发明优选实施方式的分布式电源和混合储能系统协调控制的系统的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的分布式电源和混合储能系统协调控制的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的分布式电源与混合储能系统协调控制的方法100从步骤101开始。

在步骤101中，实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，其中，所述混合储能系统包括超级电容和蓄电池。

图2为根据本发明优选实施方式的分布式电源和混合储能系统接入电网的结构图。如图2所示，所述分布式电源、混合储能系统中的超级电容和蓄电池以及备用电池组并联后接入交流电网中。其中，分布式电源用于向电网和混合储能系统输出功率，而混合储能系统、备用电池组则和交流电网之间则双向输出功率。

在步骤102中，比较交流电网输出功率pline与额定功率pline_ref，确定交流电网输出功率差δp；

在步骤103中，基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用。

优选地，在实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline之前还包括设置交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low。

优选地，所述基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用包括：

当δp≥k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于低限状态时，分布式电源优选给混合储能系统充电；

当δp<-k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即分布式电源和混合储能系统都处于低限状态，电网功率又明显不足时，接入备用电池组，为混合储能系统充电并将功率供给电网；

当δp≥-k且pes≥pes_max,pdg≥pdg_max,即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于超限状态时，接入备用电池组，混合储能系统向备用电池组放电，电网多余功率也送入备用电池组中；

当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率。

优选地，所述当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率是指混合储能系统采用低通滤波方法，将需要对配电网进行的功率补偿δp在混合储能系统中进行功率的分配后向配电网输出，具体包括：

将所述功率补偿δp经低通滤波器滤波后再减去所述功率补偿δp得到混合储能系统中超级电容的输出功率参考值psc_ref；

计算所述功率补偿δp与混合储能系统中超级电容的功率参考值psc_ref的差值；

将所述差值经另一个低通滤波器滤波后再减去所述差值得到混合储能系统蓄电池的功率参考值pbat_ref。

图3为根据本发明优选实施方式的混合储能系统采用低能滤波法进行功率分配的原理图。如图2所示，pline为交流电网输出功率pline，pline_ref为交流电网额定功率，δp是交流电网实际输出功率与额定功率的输出功率差，将所述输出功率差δp与设置的功率差允许值k进行比较，当-k<δp<0时，交流电网功率不足，需要混合储能系统进行功率补偿，当对混合储能系统中的超级电容和蓄电池进行功率分配时，由于采用阶滤波器，其传递函数为：

式中，t为滤波时间常数。当时间常数确定后，混合储能系统的出血仅与交流电网的功率波动有关。混合储能系统中超级电容承担电力系统中变化速度快，频率高的功率补偿，而蓄电池主要承担功率波动大，频率低的功率补偿，采用低通滤波器可以将高频低频分开来控制，当交流电网输出功率差为δp(s)时，即可确定蓄电池和超级电容的输出功率δpbat(s)和δpsc(s),其计算公式如下：

优选地，所述备用电池组的容量保持在其储能容量的35％至75％。

图4为根据本发明优选实施方式的分布式电源和混合储能系统协调控制的系统的结构示意图。如图4所示，本优选实施方式所述的分布式电源与混合储能系统协调控制的系统400包括：

测量单元401，其用于实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，其中，所述混合储能系统包括超级电容和蓄电池；

比较单元402，其用于比较交流电网输出功率pline与额定功率pline_ref，确定交流电网输出功率差δp；

控制单元403，其用于基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用。

优选地，所述系统还包括参数设置单元304，其用于设置交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low。

优选地，所述控制单元用于基于已经预设的交流电网功率差允许值的上限值k和下限值-k，混合储能系统储能容量pes的上限值pes_max和下限值pes_min，分布式电源出力pdg的上限值pdg_max和下限值pdg_min，以及备用电池组允许的储能容量的上边界值pbat1_high和下边界值pbat1_low,结合实时测量的实时测量混合储能系统储能容量pes、备用电池组容量pbat1、分布式电源的出力pdg以及所述分布式电源与混合储能系统连接的交流电网的输出功率pline，根据每个参数所处阈值区间，确定分布式电源与混合储能系统的输出控制、备用电池的调用包括：

当δp≥k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于低限状态时，分布式电源优选给混合储能系统充电；

当δp<-k且pes≤pes_min，pdg≤pdg_min，即分布式电源和混合储能系统都处于低限状态，电网功率又明显不足时，接入备用电池组，为混合储能系统充电并将功率供给电网；

当δp≥-k且pes≥pes_max,pdg≥pdg_max,即电网功率充足或电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源和混合储能系统都处于超限状态时，接入备用电池组，混合储能系统向备用电池组放电，电网多余功率也送入备用电池组中；

当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率。

优选地，所述控制单元用于当-k<δp<0，且pes_min<pes<pes_max，pdg_min<pdg<pdg_max，即电网功率差在功率差允许值范围以内，分布式电源的出力和混合储能系统的容量都位于其正常工作区间时，由混合储能系统向配电网正常输出功率是指混合储能系统采用低通滤波方法，将需要对配电网进行的功率补偿δp在混合储能系统中进行功率的分配后向配电网输出，具体包括：

将所述功率补偿δp经低通滤波器滤波后再减去所述功率补偿δp得到混合储能系统中超级电容的输出功率参考值psc_ref；

计算所述功率补偿δp与混合储能系统中超级电容的功率参考值psc_ref的差值；

将所述差值经另一个低通滤波器滤波后再减去所述差值得到混合储能系统蓄电池的功率参考值ptbat_ref。

进一步地，所述控制单元将备用电池组的容量保持在其储能容量的35％至75％。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。