一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法与流程

本发明属于电网控制，具体涉及一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法。

背景技术：

1、光伏系统的发电功率和气象因素直接相关，发电功率存在明显的随机波动性和不稳定性。随着电网中光伏装机容量的逐渐增大，光伏发电功率的随机波动将会影响电网的实时功率平衡，造成电网电压和频率发生波动，直接影响电网的电能质量和稳定性。以外，此种随机波动，会给电网调度带来诸多不确定性，增大了系统的安全运行风险。因此，光伏的并网功率波动必须要抑制在一定的范围内。

2、中国专利申请cn202210686085.8提出了一种平抑风电功率波动的多储能单元协同控制方法和系统，适用于储能平抑光伏并网引起的功率波动问题；中国专利申请cn201710195791.1公布了一种铅炭电池实时平抑光伏电站功率波动的方法，其在提高功率波动平抑效果的同时延长了储能的使用寿命；但由于目前大多是研究其使用的储能电池属于能量型储能装置，输出功率变化范围小、变化速率慢且充放电循环次数少，主要用来补偿可再生能源输出功率中的低频波动分量，对于高频波动分量的抑制效果有限。

3、光伏系统的发电功率和气象因素直接相关，发电功率存在明显的随机波动性和不稳定性。随着电网中光伏装机容量的逐渐增大，光伏发电功率的随机波动将会影响电网的实时功率平衡，造成电网电压和频率发生波动，直接影响电网的电能质量和稳定性。以外，此种随机波动，会给电网调度带来诸多不确定性，增大了系统的安全运行风险。因此，光伏的并网功率波动必须要抑制在一定的范围内。但目前大多数研究对功率波动的抑制大多采用对储能电池的控制实现，由于储能电池属于能量型储能装置，输出功率变化范围小、变化速率慢且充放电循环次数少，主要用来补偿可再生能源输出功率中的低频波动分量，对于高频波动分量的抑制效果有限。

技术实现思路

1、为了提高光伏系统的综合经济性，解决高频分量的抑制问题，本发明提出了一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法。该方法在抑制功率波动的同时增加了储能的使用寿命，并且在一定程度上填补了能量型储能电池对高频波动分量抑制能力差的空白，提供了一个可行的技术解决方案，从经济、环保、民生等诸多方面考虑都有着深刻的影响意义。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，所述光伏系统包括：光伏组件、dc/ac变流器、储能系统、超级电容sc、储能变流器、负载以及其配套的能量管理系统；所述超级电容sc与电池通过各自的dc/ac变流器连接到交流母线上，光伏组件通过dc/ac变流器与交流母线相连，整个光伏系统通过唯一的静态开关与配电网相连；超级电容sc和电池构成混合储能系统，电池与超级电容sc的dc/ac变流器均采用恒功率控制，分别跟踪电池功率参考指令pbat_ref和超级电容参考指令psc_ref；所述方法应用于所述光伏系统，采用电池与超级电容构成的混合储能系统进行混合储能平滑控制，利用电池与超级电容对可再生能源输出功率中不同频段的波动成分进行补偿，以达到平滑功率输出的目的。

4、进一步地，所述超级电容sc为功率型储能装置，用于补偿可再生能源输出功率中的高频波动分量；所述电池为能量型储能装置，用于补偿可再生能源输出功率中的低频波动分量。

5、进一步地，所述电池与超级电容构成的混合储能系统进行混合储能平滑控制包括：

6、低通环节采用一阶巴特沃兹低通滤波器，其传递函数如下式所示：

7、

8、式中：s为微分算子；t为滤波时间常数；

9、通过混合储能平滑的功率ppv通过滤波时间常数为tsc的滤波器获得联络线功率一次目标值，再与ppv相减得到超级电容输出功率参考值psc_ref；一次目标值通过滤波时间常数为tbat的滤波器，得到联络线功率二次目标值，再与二次滤波之前的值相减得到电池输出功率参考值pbat_ref；其中，联络线功率一次目标值是指只经超级电容补偿后的联络线功率理想值；联络线功率二次目标值是指经超级电容和电池补偿后的联络线功率理想值；psc_ref与pbat_ref若为负，则表示充电，否则表示放电。

10、进一步地，通过对分布式光伏系统的输出功率进行傅里叶变换，得到其对应的分布式光伏出力波动频谱图，滤波时间常数tsc和滤波时间常数tbat根据具体平滑对象的频谱确定；

11、根据分布式光伏出力的频谱分析图，结合分布式光伏并网功率波动要求和混合储能配置的容量，确定电池和超级电容sc分别需要平抑的波动频率段，从而确定低通滤波对应的时间常数，得到各自的输出功率参考值。

12、进一步地，所述超级电容sc与电池输出功率的传递函数为：

13、

14、

15、有益效果：

16、本发明为光伏系统提供了一种功率抑制的解决方案，提高了光伏系统的稳定性以及能量利用率，并具备运行可靠以及经济效益好等优点。本发明解决了由气象因素等条件引起的光伏系统发电功率存在明显的随机波动性和不稳定性等问题。本发明解决了光伏系统中能量型储能对功率波动的高频分量抑制效果有限的问题。大大改善了光伏系统中储能电池寿命低等问题。

技术特征：

1.一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，其特征在于，所述光伏系统包括：光伏组件、dc/ac变流器、储能系统、超级电容sc、储能变流器、负载以及其配套的能量管理系统；所述超级电容sc与电池通过各自的dc/ac变流器连接到交流母线上，光伏组件通过dc/ac变流器与交流母线相连，整个光伏系统通过唯一的静态开关与配电网相连；超级电容sc和电池构成混合储能系统，电池与超级电容sc的dc/ac变流器均采用恒功率控制，分别跟踪电池功率参考指令pbat_ref和超级电容参考指令psc_ref；所述方法应用于所述光伏系统，采用电池与超级电容构成的混合储能系统进行混合储能平滑控制，利用电池与超级电容对可再生能源输出功率中不同频段的波动成分进行补偿，以达到平滑功率输出的目的。

2.如权利要求1所述的一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，其特征在于，所述超级电容sc为功率型储能装置，用于补偿可再生能源输出功率中的高频波动分量；所述电池为能量型储能装置，用于补偿可再生能源输出功率中的低频波动分量。

3.如权利要求1所述的一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，其特征在于，所述电池与超级电容构成的混合储能系统进行混合储能平滑控制包括：

4.如权利要求3所述的一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，其特征在于，通过对分布式光伏系统的输出功率进行傅里叶变换，得到其对应的分布式光伏出力波动频谱图，滤波时间常数tsc和滤波时间常数tbat根据具体平滑对象的频谱确定；

5.如权利要求4所述的一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，其特征在于，所述超级电容sc与电池输出功率的传递函数为：

技术总结
本发明公开了一种电池与超级电容混合储能平抑光伏系统功率波动方法，属于电网控制技术领域。本发明提出的方法中，电池与超级电容混合储能平滑控制利用电池与超级电容对可再生能源输出功率中不同频段的波动成分进行补偿，以达到平滑输出的目的。本发明解决了由气象因素等条件引起的光伏系统发电功率存在明显的随机波动性和不稳定性等问题。

技术研发人员：蒋玲,刘来,许洪华
受保护的技术使用者：北京科诺伟业科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13