一种储能平滑新能源出力波动的控制方法及装置与流程

本发明涉及新能源发电并网领域，具体涉及一种储能平滑新能源出力波动的控制方法及装置。

背景技术

由于受到气候和地理环境等多因素的影响，风电和光伏发电出力均会呈现间歇性和波动性的特点。风电场、光伏电站的输出功率直接并网，会给电力系统稳定、电网频率和电能质量等方面带来巨大挑战。

风电输出功率波动中高频分量通常可以被发电机的转子惯量吸收，低频分量波动在接入电网后可以被系统惯性所吸收，中频分量(约0.01hz～1hz)波动对所连电网的影响最为严重，需要通过配置储能系统来平抑。

现在业界对平抑波动的控制方法主要为一阶低通滤波算法，但该方法存在滤波效果差的问题。同时针对储能系统荷电状态(soc)不受控的问题，上海电机学院硕士论文《风光储联合并网发电系统中电池储能单元的平滑控制策略研究》提出了基于模糊控制的soc主动调节控制策略，如图1所示，但模糊控制的工程实现过程过于复杂，控制精度及动态品质差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种储能平滑新能源出力波动的控制方法及装置，用以解决现有的储能系统调节控制方法过程复杂导致工程应用难以实现的问题。

为实现上述目的，本发明的方案提供了一种储能平滑新能源出力波动的控制方法，包括：

方法方案一，包括确定电池储能系统的充放电平衡度指标和储能出力强度指标，对所述充放电平衡度指标和储能出力强度指标进行分析处理，将处理结果叠加到所述电池储能系统的参考输入中，所述分析处理包括：

其中，γ为充放电平衡度指标；δ为储能出力强度指标；a和b为设定调节参数；为所述处理结果。

方法方案二，在方法方案一的基础上，新能源输出功率经过滤波后得到滤波后的输出功率，所述滤波后的输出功率与所述新能源输出功率做差得到所述参考输入。

方法方案三，在方法方案二的基础上，所述滤波为fir滤波。

方法方案四，在方法方案二或者方法方案三的基础上，对所述新能源输出功率的功率信号进行频谱分析，确定fir滤波器的设计需求，并通过matlab对fir滤波器进行参数设计。

方法方案五，在方法方案四的基础上，新能源包括风电场和/或光伏电站。

本发明还提供了一种电池储能系统的主动调节控制装置，包括：

装置方案一，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：确定电池储能系统的充放电平衡度指标和储能出力强度指标，对所述充放电平衡度指标和储能出力强度指标进行分析处理，将处理结果叠加到所述电池储能系统的参考输入中，所述分析处理包括：

其中，γ为充放电平衡度指标；δ为储能出力强度指标；a和b为设定调节参数；为所述处理结果。

装置方案二，在装置方案一的基础上，新能源输出功率经过滤波后得到滤波后的输出功率，所述滤波后的输出功率与所述新能源输出功率做差得到所述参考输入。

装置方案三，在装置方案二的基础上，所述滤波为fir滤波。

装置方案四，在装置方案二或者装置方案三的基础上，对所述新能源输出功率的功率信号进行频谱分析，确定fir滤波器的设计需求，并通过matlab对fir滤波器进行参数设计。

装置方案五，在装置方案四的基础上，新能源包括风电场和/或光伏电站。

本发明的有益效果是：通过对电池储能系统进行简单易行的分析处理，根据处理结果对电池储能系统的参考输入进行调整，从而实现对电池储能系统的控制调整。本发明的方法可以实现储能系统自身soc的平衡控制，避免了在工程实际中引入复杂且不够成熟的控制算法导致工程应用难以实现。

同时本发明采用fir滤波器，代替传统的低通滤波方式，提高了系统的滤波效果，增加了系统的稳定性和准确性。

附图说明

图1是现有控制方法的控制策略框图；

图2是本发明控制方法的控制策略框图；

图3是soc主动调节控制策略的工程简易方案控制输入输出三维图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种储能平滑新能源出力波动的控制方法及装置，解决了现有技术计算过程复杂的缺陷。

本发明的控制策略整体框架如图2所示，主要分为两部分，一为基于有限场单位冲激响应滤波器(fir滤波器)的储能平滑控制策略，提高系统滤波效果；二为模糊控制soc主动调节控制策略的工程简易代替方案。图2中pwp为风电和光伏发电总的输出功率；pref为滤波后的pwp；pbref为电池储能系统出力的给定参考值；δpb为功率调整量；pb为电池输出功率。

1.基于fir滤波器的储能平滑控制策略。

首先进行风电场、光伏电站功率信号的频谱分析，通过对目标新能源电站输出功率的数据采样，调用matlab的工具箱进行快速傅里叶分析，得到幅频特性曲线。

针对风电场在最恶劣工况下的系统幅频特性，结合《风电场接入电网技术规定实施细则》中的基本要求和最大功率变化率限制的规定，确定fir滤波器的设计需求。

可利用matlab的fdatool工具箱实现滤波器的具体设计，得到fir滤波器h(n)＝w(n)hd(n)的参数w(n)，n＝0,1,···n-1。

实际工程中，仅需设置存储器保存新能源系统处理的采样信息，进行加权叠加的简易计算，即能完成fir滤波器的工程实现。该方案滤波效果优于业界常用的低通滤波，同时实现方案简单易行。

2.soc主动调节控制策略的工程简易代替方案。

储能系统在进行新能源出力平滑控制的同时需要进行自身soc控制，若不能维持自身充放电的平衡，则储能系统soc会处于极端状况，影响储能电池的使用寿命。

而学术界基本通过引入模糊控制，在新能源出力滤波器之后加入一个功率的模糊调节量，从而实现电池储能系统在soc过高或过低时的主动调节控制。但模糊控制过于复杂，难以在工程应用中实现。

本发明提出了soc主动调节控制策略的工程简易方案代替模糊控制，能够起到近似相同的作用。

当风电和光伏发电的功率变化率较小时，根据储能电池的soc以及fir滤波器给出的这一时刻电池储能系统处理的参考值，经过soc主动调节控制器，得到功率的调整量。

在上海电机学院硕士论文《风光储联合并网发电系统中电池储能单元的平滑控制策略研究》中，将储能电池的soc以及fir滤波器给出的这一时刻电池储能系统处理的参考值转换为充放电平衡度指标γ和储能出力强度指标δ，将这两个指标作为之后soc主动调节控制器的输入。两个指标的取值范围均为-1至1之间。当储能系统充满时γ取1，当储能系统电量放完时γ取-1。当系统下发的储能出力为额定功率充电时δ取1，当额定功率放电时δ取-1。

soc主动调节控制器的输出为储能输出功率的调整量同样取值范围为-1到1之间。取1时表示调整量为正额定功率，取-1表示调整量为负额定功率。

设置两个调节参数a、b，其中a的取值范围为0到2之间，b不限制取值范围，a为储能soc主动调节控制器的触发阈值，取值越大越不容易触发生效，b为控制器的权重系数，取值越大调节效果越明显。计算方法如下：

并对计算结果进行限幅操作。

计算得到的即为功率调整量δpb。利用该简易方法可以实现储能系统自身soc平衡控制，避免了在工程实际中引入实现复杂且不够成熟的模糊控制。

例如，若需设计一个16阶的fir滤波器，采样频率fs为20khz，滤波器fc＝10.8khz。利用fdatool可以设计得到滤波器参数依次为-0.0369、0.0109、0.0558、0.0054、-0.0873、-0.0484、0.1805、0.4133、0.4133、0.1805、-0.0484、-0.0873、0.0054、0.0558、0.0109、-0.0369。

同时参数a设置为0.7，b设置为1.3，则通过计算得到soc主动调节控制策略的工程简易方案控制输入输出三维图如图3所示。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如选取其他形式的滤波方式，或者对公式的等效变形，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。