混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法及輸出功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法，涉及微電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明針對現(xiàn)有混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)利用窮舉法確定截止頻率所帶來的輸出功率幅值波動(dòng)、適應(yīng)性較差等方面的不足，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解技術(shù)將微電源輸出功率分解為不同瞬時(shí)頻率等級的分量，從而得到對電源側(cè)輸出功率進(jìn)行高低分頻的最佳截止頻率。本發(fā)明還公開了一種混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)輸出功率控制方法，根據(jù)獨(dú)立微網(wǎng)供電功率平滑度指標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整截止頻率，并按照動(dòng)態(tài)調(diào)整的截止頻率控制微網(wǎng)輸出功率。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)功率波動(dòng)幅度的高效控制，提高微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【專利說明】混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法及輸出功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法及輸出功率控制方法，所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)利用高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備和高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備對經(jīng)過截止頻率分頻后的功率分別進(jìn)行平抑。
【背景技術(shù)】
[0002]良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益使微網(wǎng)越來越引起學(xué)術(shù)界的興趣并且受到了交叉領(lǐng)域的廣泛關(guān)注?？墒?，由于微網(wǎng)中分布式電源的存在，微網(wǎng)控制策略和運(yùn)行策略與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有著很大的不同。并且，以現(xiàn)在的電源結(jié)構(gòu)來看，分布式電源還是以不可控的可再生能源為主體，為了使可再生能源的波動(dòng)性不至于嚴(yán)重影響到電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定，儲(chǔ)能系統(tǒng)將隨著可再生能源被廣泛運(yùn)用到微網(wǎng)系統(tǒng)中去，用以將微網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和可靠性控制在可以接受的范圍內(nèi)。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行管理對微網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行而言至關(guān)重要。
[0003]由于微網(wǎng)容量只有兆瓦級，與大規(guī)模電力系統(tǒng)容量相去甚遠(yuǎn)。而儲(chǔ)能設(shè)備中的高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備，高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備和飛輪等更加適用于微網(wǎng)中的能量管理，并且能夠確保微網(wǎng)電能質(zhì)量水平。多種多樣的電化學(xué)電池已經(jīng)被作為儲(chǔ)能裝置運(yùn)用到供電系統(tǒng)中。這些電池?fù)碛邢鄬^高的能量密度，然而它們的循環(huán)壽命較低。當(dāng)這些電化學(xué)電池頻繁充放電時(shí)，它們的使用壽命還會(huì)大幅度降低。與高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備不同，高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備由于其獨(dú)特的化學(xué)儲(chǔ)能形式，使得它擁有相對高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備更高的充放電效率和使用壽命，但是能量密度較小，較高的容量會(huì)需要更大體積的高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備供應(yīng)。在此基石出上，文獻(xiàn)〈〈Composite energy storage system involving battery andultracapacitor with dynamic energy management in microgrid applications)) (IEEETransactions on Power Electronics第26卷第3期第923頁)提出了基于高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備和高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備特性的互補(bǔ)方法，以二者的混合儲(chǔ)能形式提高電能的使用效率并且更好的維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)《Optimum sizing and optimum energy managementof a hybrid energy storage system for lithium battery life improvementKJournalof Power Sources第244卷第2頁)的相關(guān)研究表明:混合使用儲(chǔ)能設(shè)備可以有效延長電池的使用壽命。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)《Optimal sizing of energy storage for efficientintegration of renewable energy)) (50th Conference on Decision and Control andEuropean Control Conference第5813頁)研究了優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)備投資成本的問題,提出以可再生能源為當(dāng)?shù)夭糠重?fù)荷供電，目標(biāo)是在考慮電網(wǎng)電價(jià)動(dòng)態(tài)波動(dòng)以及儲(chǔ)能成本的前提下，最小化系統(tǒng)長期供電的平均費(fèi)用。文獻(xiàn)《Optimal design of hybrid renewable energysystems (HRES) using hydrogen storage technology for data center applications))(Renewable Energy第52卷第79頁)進(jìn)一步研究了使用混合可再生能源發(fā)電滿足電力市場需求的前景，該文采用風(fēng)電制氫儲(chǔ)能技術(shù)大幅度降低系統(tǒng)成本，尤其是在可再生能源相對稀缺的地域，這種方法可以更大程度的利用稀缺資源，提高電能利用率。[0004]在上述研究所提出的微網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，功率的平滑度是衡量微網(wǎng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，通過確定濾波器的截止頻率對原始微電源功率進(jìn)行高低頻劃分，并從濾波器輸出得到參考值，通過混合儲(chǔ)能系統(tǒng)修正功率平滑度。然而，在國內(nèi)外現(xiàn)有的研究中，對原始微電源功率進(jìn)行分頻所需的截止頻率都是以窮舉法測試得到，尚缺乏一種更為科學(xué)、可靠的計(jì)算方法。且窮舉法獲得的截止頻率依賴于窮舉實(shí)驗(yàn)次數(shù)，在實(shí)際運(yùn)用中可能會(huì)造成功率幅度的波動(dòng)，能量調(diào)度的可控性降低，對微網(wǎng)的穩(wěn)定性將帶來負(fù)面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)利用窮舉法確定截止頻率所帶來的輸出功率幅值波動(dòng)、適應(yīng)性較差等方面的不足，提供一種混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法及輸出功率控制方法，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解技術(shù)得到對電源側(cè)輸出功率進(jìn)行聞低分頻的最佳截止頻率，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)功率波動(dòng)幅度的聞效控制，提聞微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0007]混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法，所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)包括高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備和高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備，包括以下步驟:
[0008]步驟1、獲取所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)電源側(cè)的原始輸出功率-時(shí)間曲線；
[0009]步驟2、按照以下方法將原始輸出功率-時(shí)間曲線分離為一組固有模態(tài)函數(shù):
[0010]步驟2-1、求取原始輸出功率-時(shí)間曲線的上、下包絡(luò)線；
[0011]步驟2-2、求取上、下包絡(luò)線的均值與原始輸出功率的余量，并判斷該余量與上一次循環(huán)計(jì)算得到的余量之間是否符合約束條件，如符合，則將當(dāng)前計(jì)算得到的余量作為一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)輸出，并用當(dāng)前原始輸出功率與當(dāng)前得到的余量之差替代原始輸出功率后，轉(zhuǎn)至步驟2-1 ;如不符合，將得到的余量替代原始輸出功率后，轉(zhuǎn)至步驟2-1 ;其中，上、下包絡(luò)線的均值與原始輸出功率的余量按照下式得到:
[0012]h(t)=Pg(t)-m(t),
[0013]式中，h(t)為t時(shí)刻的余量；Pg(t)為t時(shí)刻的原始輸出功率；
【權(quán)利要求】
1.混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法，所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)包括高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備和高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、獲取所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)電源側(cè)的原始輸出功率-時(shí)間曲線； 步驟2、按照以下方法將原始輸出功率-時(shí)間曲線分離為一組固有模態(tài)函數(shù): 步驟2-1、求取原始輸出功率-時(shí)間曲線的上、下包絡(luò)線； 步驟2-2、求取上、下包絡(luò)線的均值與原始輸出功率的余量，并判斷該余量與上一次循環(huán)計(jì)算得到的余量之間是否符合約束條件，如符合，則將當(dāng)前計(jì)算得到的余量作為一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)輸出，并用當(dāng)前原始輸出功率與當(dāng)前得到的余量之差替代原始輸出功率后，轉(zhuǎn)至步驟2-1 ;如不符合，將得到的余量替代原始輸出功率后，轉(zhuǎn)至步驟2-1 ； 其中，上、下包絡(luò)線的均值與原始輸出功率的余量按照下式得到:
2.如權(quán)利要求1所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法，其特征在于，使用三次樣條插值方法求取原始輸出功率-時(shí)間曲線的上、下包絡(luò)線。
3.如權(quán)利要求1所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法，其特征在于，所述終止標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)的取值為0.1。
4.如權(quán)利要求1所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)截止頻率確定方法，其特征在于，當(dāng)存在多個(gè)連續(xù)的頻率值，均滿足所有固有模態(tài)的頻率-時(shí)間曲線解的個(gè)數(shù)最少，則以所述多個(gè)連續(xù)的頻率值中的最大值和最小值的均值作為混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)的截止頻率。
5.混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)輸出功率控制方法，所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)包括高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備和高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備；在進(jìn)行輸出功率控制時(shí)，首先將電源側(cè)輸出功率中高于截止頻率和低于截止頻率的部分分離出來，分別作為高頻分量和低頻分量；然后，以高頻分量的負(fù)值作為高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備的參考值，調(diào)整高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備的輸出功率，使之盡量靠近參考值；以低頻分量的負(fù)值作為高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備的參考值，調(diào)整高儲(chǔ)能密度儲(chǔ)能設(shè)備的輸出功率，使之盡量靠近參考值；其特征在于，所述截止頻率利用權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述方法得到。
6.如權(quán)利要求5所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功率控制方法，其特征在于，所述截止頻率按照以下方法動(dòng)態(tài)調(diào)整: 在多個(gè)觀測周期中對所述混合儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)的輸出功率分別進(jìn)行多次采樣，并根據(jù)下式得到各觀測周期中的平均功率波動(dòng):
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK103944177SQ201410124542
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】孫承晨, 袁越, 曹陽 申請人:河海大學(xué)