一种分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法与流程

本发明涉及风电平抑控制领域，特别是一种分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法。

背景技术：

1、储能系统平抑风光发电出力波动是指原来波动性较大的风电场和光伏电站总功率加上储能系统的功率输出(储能系统的功率输出包括电能的释放和吸收，释放时其功率为正，吸收时其功率为负)后总的联合功率曲线变得平滑。此时注入到大电网的功率是风电场所有风机或光伏电站所有光伏电池出力与储能系统出力之和。储能系统可以通过实时的调整跟踪风电场、光伏电站的总出力，储能系统输出功率在风电场、光伏电站出力曲线尖峰时吸收功率，在其出力曲线低谷时输出功率。单纯进行功率波动平抑时，最为常见的是滤波器法，而采用低通滤波器进行风光波动平抑则更为普遍。低通滤波控制策略一般通过调整滤波时间常数将功率波动分为高频、低频分量，然后在蓄电池和超级电容之间进行功率分配。低通滤波控制没有复杂的控制原理，控制结构简单且响应速度较快，因而是使用较为广泛的策略之一。

2、在风电平抑控制领域，以低通滤波、傅里叶变换和小波分析为代表的传统滤波方法在风电功率实时分解方面均存在一定的时延问题，在滤波结果上存在一定的相移，无法实时高效的分解风电输出功率。同时，现有功率分配方法无法考虑不同类型储能特性，无法发挥混合储能全部调节能力，同时混合储能协调控制截止频率的选取方法往往需要对未知信号进行预处理与预分析，需要人为设置分解基函数。

技术实现思路

1、鉴于现有的分解平抑风电功率波动混合储能系统控制及系统中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于现有控制方法往往不考虑储能soc安全运行范围，造成过充过放，降低了储能的使用寿命。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法，其包括，获取原始风电功率信号。基于原始风电功率信号，获取标准卡尔曼滤波器下总储能平抑功率信号pes0(t)；通过优化卡尔曼滤波器得到最平滑并网功率信号和储能平抑功率信号pes1(t)。采用功率控制器1获取储能充电功率信号pes2(t)和储能放电功率信号pes3(t)。通过功率控制器2实时获取混合储能soc，根据soc将储能功率信号进行一次分配，所述储能功率信号包括总储能平抑功率信号pes0(t)，储能充电功率信号pes2(t)和储能放电功率信号pes3(t)。根据经验模态分解，利用低通滤波算法实现储能功率信号的二次分配，获得蓄电池和超级电容器的功率曲线控制信号，根据所述功率曲线控制信号获得储能系统输出功率，并结合风电输出功率获得整个风储混合储能系统的输出功率。

5、作为本发明所述分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的一种优选方案，其中：根据所述卡尔曼滤波器建立符合风电波动平抑特点的时间更新方程和状态更新方程，

6、所述时间更新方程为，

7、pw(t|t-1)＝p0(t-1|t-1)           (1)

8、p(t|t-1)＝p(t-1|t-1)+q         (2)

9、所述状态更新方程为，

10、p0(t|t)＝pw(t|t-1)+g(t)(pw(t)-pw(t|t-1))    (3)

11、p(t|t)＝(1-g(t))p(t|t-1)          (4)

12、g(t)＝p(t|t-1)/(p(t|t-1)+r)         (5)

13、其中：pw(t|t-1)为t-1时刻得出的t时刻的先验估计；p0(t-1|t-1)是t-1时刻风电场加入储能系统后的并网功率；p(t|t-1)是先验估计的协方差；p(t-1|t-1)是t-1时刻状态估计的协方差；p0(t|t)是t时刻风电功率并网值；pw(t)为t时刻风电场输出功率值；g(t)为卡尔曼滤波器增益；q和r分别是过程噪声和量测噪声的协方差。

14、作为本发明所述分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的一种优选方案，其中：通过所述时间更新方程和状态更新方程，获得所述总储能平抑功率信号为，

15、pes0(t)＝pw(t)-p0(t|t)        (6)

16、卡尔曼滤波器中的r值直接影响目标并网功率，在标准情况下得到预期效果，引入δ作为修正量，获取最平滑并网目标曲线。

17、其中，获取所述最平滑并网功率信号时，状态更新方程式(5)改为式(7)：

18、g1(t)＝p(t|t-1)/(p(t|t-1)+δr)     (7)

19、δ为最平滑并网目标功率时卡尔曼滤波增益修正量；

20、经修正后可得所述最平滑并网功率信号为：

21、p1(t|t)＝pw(t|t-1)+g1(t)(pw(t)-pw(t|t-1))   (8)

22、修正后得所述储能平抑功率信号为：

23、pes1(t)＝pw(t)-p1(t|t)      (9)

24、其中pes1(t)＞0表示储能充电，pes1(t)＜0为储能放电。

25、作为本发明所述分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的一种优选方案，其中：所述储能充电功率pes2(t)和储能放电功率pes3(t)分别为，

26、储能充电功率信号：

27、

28、储能放电功率信号：

29、

30、作为本发明所述分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的一种优选方案，其中：所述混合储能soc用来表示设备中的剩余能量，即，

31、soc＝ere/ecap    (12)

32、其中ere是储能设备剩余容量，ecap是储能设备额定容量；

33、其中定义hess的soc为，

34、

35、其中，socbat(t)、ebat为电池的荷电状态和额定容量；socsc(t)、esc为超级电容器的荷电状态和额定容量；

36、所述一次分配是根据soc分配储能功率信号在系统运行过程中随着储能soc的变化，储能系统平抑功率波动指令随之改变，将hess的soc以soclow(t)、sochigh(t)为正常工作范围上下限划分为3个层次，如式(14)所示：

37、

38、作为本发明所述分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的一种优选方案，其中：所述二次分配包括，

39、经验模态分解将原始信号按照频率从高到低分解为一系列关于时间轴对称的固有模态函数(imf)与残余分量rn之和，由此得到信号x(t)经emd分解后为：

40、

41、对imf进行hilbert变换；将信号xi(t)进行hilbert变换，如式(16)所示：

42、

43、将imf分量xi(t)与h[xi(t)]组成相应的解析信号：

44、

45、其中，ai(t)和分别为信号瞬时幅值和瞬时相位：

46、

47、

48、由瞬时幅值求得瞬时频率：

49、

50、从而得滤波时间常数：

51、tf＝1/(2πfc)   (21)

52、通过低通滤波算法即可获得蓄电池与超级电容器的功率曲线控制信号。

53、作为本发明所述分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的一种优选方案，其中：基于双卡尔曼滤波的混合储能soc的控制策略对功率信号进行二次分配，其中，超级电容器用于平抑高频波动，蓄电池用于平抑低频波动，从而得到整个风储混合储能系统的输出功率为，

54、pgrid(t)＝pw(t)+phess(t)   (22)

55、phess(t)＝pba(t)+psc(t)   (23)

56、其中，pgrid(t)为风储混合系统的输出功率，pw(t)为风电输出功率，phess(t)为储能系统的输出功率，pba(t)为蓄电池的输出功率，psc(t)为超级电容器的输出功率。

57、第二方面，本发明实施例提供了一种分解平抑风电功率波动混合储能系统的控制方法，其包括：获取数据模块，基于原始风电功率信号，获取总储能平抑功率信号pes0(t)，最平滑并网功率信号，储能平抑功率信号pes1(t)，储能充电功率pes2(t)及储能放电功率pes3(t)。分配模块，通过功率控制器2实时获取混合储能soc，根据soc将数据模块的储能功率信号进行一次分配。输出模块，根据经验模态分解，利用低通滤波算法实现储能功率信号的二次分配，计算获得整个风电混合储能系统的输出功率。

58、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的任一步骤。

59、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的分解平抑风电功率波动混合储能系统控制方法的任一步骤。

60、本发明有益效果为本发明所提出的基于双卡尔曼滤波的储能控制方法在有效消除噪声与抖动的同时，对于系统的不确定性有一定的鲁棒性。此外，本专利可根据储能soc调整下一时刻储能系统动作功率，双目标并网功率可以保证平滑风电功率波动的同时，改善储能系统过充、过放现象，优化风电并网功率，延长储能设备使用寿命。