基于超级电容器和锂电池SOC的动态混合储能控制策略的制作方法
本发明专利涉及基于超级电容器和锂电池soc的动态混合储能的控制策略，具体而言，涉及混合储能控制系统的功率分配以及过充过放保护的协调配合，属于新能源储能以及电力系统储能优化领域。
背景技术：
随着化石燃料燃烧带来的环境污染日趋严重以及人类对于能源的需求日益增多，世界各国对于可再生能源的发展和利用达成共识。但由于风能、太阳能等可再生能源具有间歇性强、波动性大等特点，导致发电系统电能质量以及可靠性降低。为解决此问题，在可再生能源发电系统中引入储能装置，使得可能生能源很好的被大电网接纳。储能设备分为能量型和功率型两类，能量型以蓄电池为代表，具有储能时间长、能量密度大但功率密度小、响应时间长、循环寿命短的特点；功率型以超级电容器为代表，具有功率密度大、响应时间短、循环寿命长、但能量密度小、自放电功率高的特点。为满足电力系统不同层次的功率需求将能量型与功率型储能设备结合使用取长补短，充分发挥各自优势，实现技术互补。为充分发挥储能设备的性能优势，需要对其控制策略进行深入研究。
文献《基于锂电池充放电状态的混合储能系统控制策略设计》在锂电池的充放电状态确定的条件下，通过对超级电容器的荷电状态(soc)以及功率方向进行分析，控制高通滤波时间常数(t)，完成功率的重新分配，使得超级电容器运行在目标区域，在功率分配完成之后，在过充过放保护与最大充放电功率限制环节，将两个元件协调配合，避免过充过放现象的出现。最大程度的跟踪混合储能的功率指令，提高了整体性能。但是在过充过放环节，未考虑蓄电池和超级电容器的实际参考功率的大小，仍可能会导致过充过放。在高通滤波器时间常数控制过程中采用定步长变化方法，这会导致程序运行时间过长以及不能快速的跟踪混合储能功率指令等问题。
技术实现要素：
本发明专利针对上述存在的问题，提供一种基于超级电容器和锂电池soc的动态混合储能控制策略，对于过充过放保护提出利用实际功率的方法来进行保护，在功率分配环节对于高通滤波器时间常数提出基于超级电容器和蓄电池的实际的荷电状态来进行动态的时间常数修改，提高了功率分配的效率。
本发明专利为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
混合储能系统功率指令通过高通滤波器进行功率分配，高通滤波器时间常数由高通滤波器时间常数修改模块给出。功率分配后得到高频功率为超级电容器功率指令，低频功率为蓄电池功率指令。两个功率指令进入过充过放协调配合保护以及最大功率限值保护模块。
过充过放协调保护以及最大功率限值保护模块检测实时的超级电容器与蓄电池的荷电状态，并依据超级电容器和蓄电池的荷电状态进行过充过放协调配合保护，分为仅有过充保护、仅有过放保护、同时进行过充过放保护、同时进行过充保护或同时进行过放保护四种情况来进行两种储能设备间的协调配合。
经过过充过放协调配合保护环节对功率指令的修改进入最大功率限值环节对超过限额的功率指令进行修改。输出的功率指令即为超级电容器与蓄电池的参考功率。
dc/dc控制模块采用参考功率控制，其参考功率为基于超级电容器和锂电池soc的动态混合储能控制策略得到的功率指令，dc/dc控制模块通过控制晶闸管的占空比从而实现对功率指令的实现。
检测超级电容器与蓄电池的充放电功率，判断蓄电池的充放电状态，依据蓄电池的充放电状态，决定超级电容器的目标区域，检测超级电容器的荷电状态，判断超级电容器是否工作在目标区域，当其工作在目标区域内具有最优的性能，通过调整时间常数使得超级电容器运行在目标区域内。调整时间常数时依据超级电容器的soc，来进行动态的调整时间常数的调整量。
本发明专利相对于现有技术具有如下有益效果：
●采用动态的时间常数调整方法，使混合储能控制策略具有响应速度快的特点
●平抑了蓄电池充放电功率的波动情况，提高了蓄电池的使用寿命
●对于任何情况下，都可以有效的完成对储能设备的过充过放保护
附图说明
图1为本发明专利含混合储能的光伏微网结构示意图
图2为本发明专利混合储能控制策略流程图
图3为本发明专利高通滤波器时间常数修改模块具体流程图
图4为本发明专利过充过放协调配合保护以及最大功率保护模块流程图
图5为本发明专利超级电容器目标区域示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明专利的实施例作详细描述。
如图1所示，搭建含混合储能光伏微网结构模型。混合储能模块，光伏发电模块分别经dc/dc变换器并入直流母线，再经dc/ac逆变器接入交流电网中。其中dc/dc采用参考功率控制，dc/ac采用恒压恒频控制。
如图2所示为混合储能控制的整体流程图。功率分配模块使用高通滤波器时间常数修改模块输出的时间常数t进行功率分配，将分配结果输出到过充过放协调配合保护以及最大功率限值保护模块；过充过放协调配合保护以及最大功率限值保护模块将功率分配模块输出的功率分配结果根据实时检测到的超级电容器和蓄电池的soc并按照制定的过充过放保护规则以及最大功率限值保护规则进行修改，将修改后的功率指令输出到dc/dc控制模块；dc/dc控制模块采用参考功率控制，利用过充过放以及最大功率限值保护模块输出的功率指令，对超级电容器以及蓄电池电路的dc/dc进行控制，完成对给定功率指令的实现；时间常数修改模块采集超级电容器以及蓄电池实时的soc以及充放电状态，对滤波器时间常数t进行修改，并将修改后的时间常数t输出到功率分配模块。
图3为时间常数修改模块的具体流程。通过检测超级电容器的荷电状态得到socsc以及两个元件的充放电状态，进行时间常数的动态调整，从而实时调整pb和psc的值，实现更贴合的跟踪phess。图5为超级电容器目标区域的示意图，当蓄电池充电时，超级电容器目标区域为socsc>socbc_sc，由超级电容器主要承担放电功率；当蓄电池放电时，超级电容器目标区域为socsc<socbd_sc，由超级电容器主要承担充电功率，具体步骤如下：
步骤一：phess混合储能经高通滤波器得到高频分量作为超级电容器的功率指令psc，低频部分作为蓄电池的功率指令pb。
步骤二：判断蓄电池的充放电状态。由于超级电容器响应速度快，循环寿命长的，锂电池能量密度大特点。为实现锂电池承担变化频率较小部分的功率，由超级电容器对phess变化部分进行补偿。具体实现方法如下：
若蓄电池处于放电状态即pb>0，判断超级电容器socsc是否大于蓄电池放电条件下超级电容器目标区域的阈值socbd_sc，若socsc>socbd_sc说明超级电容器还可以替锂电池分担功率，进入步骤三；若socsc<socbd_sc说明超级电容器不能再分担更多的功率指令了，那么不进入步骤三直接输出。若蓄电池处于充电状态即pb<0，判断socsc和蓄电池充电条件下超级电容器目标区域的阈值socbc_sc的大小关系，若socsc<socbc_sc说明超级电容器还可以替锂电池分担功率指令，进入步骤三；若socsc>socbc_sc说明超级电容器不能再分担更多的功率指令了，那么不进入步骤三直接输出。
步骤三：蓄电池放电时，若超级电容器也放电，采用动态调整时间常数的方法，△t＝k(socsc-socbd_sc)△t，t＝t+△t，重新功率分配运行，检测socsc，返回步骤二；若超级电容器充电，采用动态调整时间常数的方法，△t＝k(socbd_sc-socsc)△t，t＝t+△t，重新功率分配运行，检测socsc，返回步骤二。蓄电池充电时，若超级电容器也充电，采用动态调整时间常数的方法，△t＝k(socbc_sc-socsc)△t，t＝t+△t，重新功率分配运行，检测socsc，返回步骤二；若超级电容器放电，采用动态调整时间常数的方法，△t＝k(socsc-socbc_sc)△t，t＝t+△t，重新功率分配运行，检测socsc，返回步骤二。
图4为过充过放协调配合保护以及最大功率保护的流程图。储能设备的过充过放会对储能设备造成很大的伤害，所以采用过充过放保护，为了两个储能元件充分发挥其储能特性，将两元件协调配合使用。设置过充警戒区、正常区、过放警戒区。将过充过放保护分为以下四种情况：
(1)仅单个储能元件需要过放保护。若蓄电池需要过放保护pb按公式
混合储能系统在蓄电池和超级电容器在达到其充放电功率限值时，就要修改混合储能的功率指令，按混合储能系统的最大功率进行充放电。
若pb>pbmax_b，则pb＝pbmax_b；若pb<pbmax_c，pb＝pbmax_c。其中pbmax_b为蓄电池放电时最大功率限值，pbmax_c为蓄电池充电时最大功率限值。
若psc>pscmax_b，则psc＝pscmax_b；若psc>pscmax_c，psc＝pscmax_c。其中pscmax_b为超级电容器放电时最大功率限值，pscmax_c为超级电容器充电时最大功率限值。
惟以上所述者，仅为本发明专利之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用发明专利之范围，即但凡依本发明专利权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明专利之权利范围。
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