本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電儲能系統(tǒng)，特別是用于平抑風(fēng)電波動(dòng)的混合儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，風(fēng)能發(fā)電這類可再生新能源的發(fā)電技術(shù)逐漸引起人們的重視。由于風(fēng)能具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，使得風(fēng)電系統(tǒng)的輸出功率處于波動(dòng)的不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電輸出功率直接并入電網(wǎng)后，將對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、電網(wǎng)頻率、電能質(zhì)量、發(fā)電計(jì)劃和調(diào)度等方面帶來負(fù)面影響。因此，采用儲能系統(tǒng)(energy storage system，ESS)平抑風(fēng)電場輸出功率波動(dòng)問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。不同的儲能裝置的特性和適用的場合不盡相同，單一儲能技術(shù)很難滿足風(fēng)力發(fā)電多時(shí)間尺度功率的平抑需求。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過將小容量、高功率比、高循環(huán)壽命和大容量、高能量比的儲能系統(tǒng)結(jié)合，組成混合儲能系統(tǒng)(hybrid energy storage system，HESS)，并通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗苑謩e對功率波動(dòng)中不同時(shí)間特性的波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，能夠得到相對于單一儲能裝置更好的控制效果。

中國專利公告號CN 201410391305.X，公告日是2014年11月19日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為“一種混合儲能平抑風(fēng)電功率波動(dòng)系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法”，該申請案公開了一種混合儲能平抑風(fēng)電功率波動(dòng)系統(tǒng)及其協(xié)調(diào)控制方法，其構(gòu)成是：采集風(fēng)機(jī)輸出功率P_g，對風(fēng)機(jī)輸出功率采用移動(dòng)平均值算法處理，獲得風(fēng)電輸出期望功率P_desire，其二者差值作為儲能補(bǔ)償功率ΔP。將ΔP與超級電容器工作電壓U_ess作為風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制器的輸入，分析判斷啟動(dòng)風(fēng)機(jī)調(diào)控系統(tǒng)或啟動(dòng)儲能協(xié)調(diào)控制層進(jìn)行功率平抑。在利用儲能協(xié)調(diào)控制層進(jìn)行功率平抑時(shí)，低通濾波器、模糊控制器將優(yōu)化補(bǔ)償功率分配，實(shí)現(xiàn)儲能協(xié)調(diào)控制層內(nèi)部協(xié)調(diào)控制。該申請案的不足之處是：包括協(xié)調(diào)控制器、控制風(fēng)機(jī)、低通濾波器、模糊控制器A、模糊控制器B、蓄電池和超級電容器等技術(shù)特征，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模糊控制器、濾波器的滾降引起較為明顯的傳遞誤差；另一方面，為了使超級電容器工作在指定荷電狀態(tài)下，蓄電池需要通過頻繁切換充放電動(dòng)作來補(bǔ)償超級電容器的功率輸出，容易導(dǎo)致超級電容器荷電狀態(tài)在充放電閾值附近來回震蕩，使超級電容器和蓄電池的服役壽命縮短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題、優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)的風(fēng)力發(fā)電儲能系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于平抑風(fēng)電波動(dòng)的混合儲能系統(tǒng)，包括超級電容器和蓄電池，所述超級電容器和蓄電池串級相連；所述混合儲能系統(tǒng)還包括滯回比較控制器，所述滯回比較控制器分別與超級電容器、蓄電池相連；

所述滯回比較控制器設(shè)有由小到大、與超級電容器的剩余電量對應(yīng)的第一閾值、第二閾值、第三閾值和第四閾值；

所述滯回比較控制器用于在所述剩余電量超過第四閾值時(shí)，控制蓄電池從超級電容器內(nèi)吸收電能；

所述滯回比較控制器還用于在所述剩余電量減小至第三閾值時(shí)，控制蓄電池停止吸收電能；

所述滯回比較控制器還用于在所述剩余電量小于第一閾值時(shí)，控制蓄電池對超級電容器進(jìn)行充電；

所述滯回比較控制器還用于在所述剩余電量增加至第二閾值時(shí)，控制蓄電池停止充電。

所述混合儲能系統(tǒng)設(shè)有限制管理模塊，所述限制管理模塊分別與超級電容器、蓄電池相連；

所述限制管理模塊設(shè)有與所述超級電容器和蓄電池的剩余電量之和對應(yīng)的下限閾值和上限閾值；

所述限制管理模塊用于在所述剩余電量之和小于下限閾值時(shí)閉鎖超級電容器對輸出電網(wǎng)的放電，并控制超級電容器通過所述混合儲能系統(tǒng)外部的風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)進(jìn)行充電；

所述限制管理模塊還用于在所述剩余電量之和大于上限閾值時(shí)閉鎖超級電容器的充電，并控制超級電容器進(jìn)行放電。

所述限制管理模塊在所述下限閾值和上限閾值之間設(shè)有N個(gè)充放電閾值，N為正整數(shù)；所述限制管理模塊還用于根據(jù)所述剩余電量之和對應(yīng)的充放電閾值確定的區(qū)間，控制所述超級電容器的充電強(qiáng)度和放電強(qiáng)度。

所述N為2，并設(shè)為下限充放電閾值和上限充放電閾值；

所述限制管理模塊還用于在所述剩余電量之和大于所述下限閾值且小于下限充放電閾值時(shí)，控制所述超級電容器放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度的A倍，A為大于0且小于1的有理數(shù)，同時(shí)控制充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度；

所述限制管理模塊還用于在所述剩余電量之和大于下限充放電閾值且小于上限充放電閾值時(shí)，控制所述超級電容器放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度、控制充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度；

所述限制管理模塊還用于在所述剩余電量之和大于上限充放電閾值且小于所述上限閾值時(shí)，控制所述超級電容器充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度的B倍，B為大于0且小于1的有理數(shù)，同時(shí)控制放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度。

所述限制管理模塊設(shè)有額定容量單元、當(dāng)前剩余容量單元、加法單元和反相單元；

所述額定容量單元分別與所述超級電容器和蓄電池相連，用于獲得所述超級電容器和蓄電池的額定容量之和；

所述當(dāng)前剩余容量單元分別與所述超級電容器和蓄電池相連，用于獲得所述超級電容器和蓄電池的當(dāng)前剩余容量之和；

所述反相單元與所述當(dāng)前剩余容量單元相連，用于獲得所述當(dāng)前剩余容量之和的相反數(shù)；

所述加法單元將所述額定容量單元與反相單元相連，用于獲得所述額定容量之和與當(dāng)前剩余容量之和的差值，作為所述剩余電量之和。

所述剩余電量之和通過荷電狀態(tài)參數(shù)表示，所述荷電狀態(tài)參數(shù)為閉區(qū)間[0，1]內(nèi)的有理數(shù)。

所述限制管理模塊設(shè)有額定容量單元、當(dāng)前剩余容量單元、比值單元、加法單元和反相單元；

所述額定容量單元分別與所述超級電容器和蓄電池相連，用于獲得所述超級電容器和蓄電池的額定容量之和；

所述當(dāng)前剩余容量單元分別與所述超級電容器和蓄電池相連，用于獲得所述超級電容器和蓄電池的當(dāng)前剩余容量之和；

所述反相單元與所述當(dāng)前剩余容量單元相連，用于獲得所述當(dāng)前剩余容量之和的相反數(shù)；

所述加法單元將所述額定容量單元與反相單元相連，用于獲得所述額定容量之和與當(dāng)前剩余容量之和的差值；

所述比值單元將所述加法單元與所述額定容量單元相連，用于獲得所述額定容量之和與當(dāng)前剩余容量之和的差值與額定容量之和的比值，作為所述荷電狀態(tài)參數(shù)。

所述蓄電池以額定功率對所述超級電容器充電或吸收電能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，混合儲能系統(tǒng)僅由超級電容器、蓄電池和滯回比較控制器三個(gè)裝置構(gòu)成，超級電容器作為一級儲能裝置直接補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)；蓄電池為二級儲能裝置，與超級電容串級相連進(jìn)行能量交換，補(bǔ)償超級電容器能量密度低的缺陷，降低超級電容器所需的額定容量，它們串級相連使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單。滯回比較控制器利用超級電容器的剩余電量來控制蓄電池工作狀態(tài)：設(shè)置4個(gè)超級電容器剩余電量對應(yīng)的閾值，避免蓄電池在閾值附近頻繁動(dòng)作與充放電，延長使用壽命，降低超級電容器的荷電狀態(tài)波動(dòng)，提高混合儲能系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是限制管理模塊的閾值設(shè)置圖；

圖3是滯回比較控制器的滯回曲線圖；

圖4是混合儲能系統(tǒng)的目標(biāo)功率曲線示意圖；

圖5是未加入滯回比較控制器的蓄電池充放電狀態(tài)示意圖；

圖6是加入滯回比較控制器的蓄電池充放電狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例設(shè)置額定功率為10MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，利用本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)補(bǔ)償功率波動(dòng)?；旌蟽δ芟到y(tǒng)包括超級電容器、蓄電池、滯回比較控制器和限制管理模塊，如附圖1所示。其中超級電容器和蓄電池串級相連(級聯(lián))，滯回比較控制器分別與超級電容器、蓄電池相連，限制管理模塊分別與超級電容器、蓄電池相連；混合儲能系統(tǒng)根據(jù)基爾霍夫電流定律(KCL定律)并入電網(wǎng)，混合儲能系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)功率曲線如附圖4所示。設(shè)置混合儲能系統(tǒng)初始荷電狀態(tài)為50％，以發(fā)揮其最優(yōu)性能。

為了保證蓄電池處于優(yōu)化的工作狀態(tài)，本實(shí)施例設(shè)定蓄電池僅以額定功率充放電；滯回比較控制器利用超級電容器的剩余電量(荷電狀態(tài)，記為SOCsc)來控制蓄電池的工作狀態(tài)。SOCsc代表的是超級電容器當(dāng)前剩余容量與其額定容量的比值，其取值范圍為0-1。當(dāng)SOCsc＝0時(shí)表示超級電容器放電完全，當(dāng)SOCsc＝1時(shí)表示超級電容器完全充滿。

設(shè)置由小到大、與超級電容器的剩余電量對應(yīng)的第一閾值D_on、第二閾值D_off、第三閾值C_off和第四閾值C_on，滯回曲線如附圖3所示，其中橫坐標(biāo)代表超級電容器的SOCsc值，縱坐標(biāo)P_ba代表蓄電池的輸出功率。

1)當(dāng)SOCsc處于D_off與C_off之間時(shí)，此時(shí)超級電容器能正常補(bǔ)償目標(biāo)功率，設(shè)為正常工作狀態(tài)，滯回比較控制器和蓄電池?zé)o需動(dòng)作。

2)當(dāng)SOCsc逐漸增加，其數(shù)值超過C_on時(shí)，蓄電池以額定功率從超級電容器吸收電能，以加強(qiáng)超級電容器的放電，改善其電量過多的情況。此時(shí)由于蓄電池的動(dòng)作，超級電容器的電量逐漸減少，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，為了防止SOCsc在C_on附近頻繁波動(dòng)導(dǎo)致蓄電池充放電狀態(tài)頻繁改變，設(shè)定SOCsc減小到C_off時(shí)，控制蓄電池停止吸收電能。

3)SOCsc電量逐漸減少，當(dāng)其數(shù)值低于D_on時(shí)，蓄電池以額定功率為超級電容器提供能量，以加強(qiáng)超級電容器的充電，改善其電量過低的情況。此時(shí)由于蓄電池的動(dòng)作，超級電容器的電量逐漸增加，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，為了防止SOCsc在D_on附近頻繁波動(dòng)導(dǎo)致蓄電池充放電狀態(tài)頻繁改變，設(shè)定SOCsc增加到D_off時(shí)，控制蓄電池停止充電。

過充和過放電都會(huì)對混合儲能系統(tǒng)造成很大的損害。為了保護(hù)混合儲能系統(tǒng)，可以在儲能電量較少時(shí)限制其放電，達(dá)到電量下限時(shí)不再放電；而在儲能電量較多時(shí)限制其充電功率，達(dá)到電量上限時(shí)不再充電，設(shè)置防止過充過放保護(hù)參數(shù)SOC。SOC代表的是混合儲能系統(tǒng)(超級電容器與蓄電池)當(dāng)前剩余容量與其額定容量的比值，其取值范圍為0-1。當(dāng)SOC＝0時(shí)表示混合儲能系統(tǒng)放電完全，當(dāng)SOC＝1時(shí)表示混合儲能系統(tǒng)完全充滿。如附圖2所示，在限制管理模塊內(nèi)設(shè)置與超級電容器和蓄電池的剩余電量之和對應(yīng)的下限閾值SOC_min和上限閾值SOC_max。限制管理模塊在SOC小于SOC_min時(shí)閉鎖超級電容器對輸出電網(wǎng)的放電，并控制超級電容器通過所述混合儲能系統(tǒng)外部的風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)進(jìn)行充電。限制管理模塊在SOC大于SOC_max時(shí)閉鎖超級電容器的充電，并控制超級電容器進(jìn)行放電。

為了進(jìn)一步優(yōu)化混合儲能系統(tǒng)的充放電管理，限制管理模塊在SOC_min和SOC_max之間設(shè)有2個(gè)充放電閾值，設(shè)為下限充放電閾值SOC_low和上限充放電閾值SOC_up，如附圖2所示。

1)限制管理模塊在SOC大于SOC_min且小于SOC_low時(shí)，控制超級電容器放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度的0.5倍，同時(shí)控制充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度。

2)限制管理模塊在SOC大于SOC_low且小于SOC_up上限充放電閾值時(shí)，控制超級電容器放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度、控制充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度。

3)限制管理模塊在SOC大于SOC_up且小于SOC_max時(shí)，控制超級電容器充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度的0.5倍，同時(shí)控制放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度。

為了得到SOC的值，限制管理模塊設(shè)有額定容量單元、當(dāng)前剩余容量單元、比值單元、加法單元和反相單元。額定容量單元分別與所述超級電容器和蓄電池相連，獲得超級電容器和蓄電池的額定容量之和；當(dāng)前剩余容量單元分別與超級電容器和蓄電池相連，獲得超級電容器和蓄電池的當(dāng)前剩余容量之和；反相單元與當(dāng)前剩余容量單元相連，獲得當(dāng)前剩余容量之和的相反數(shù)；加法單元將額定容量單元與反相單元相連，獲得額定容量之和與當(dāng)前剩余容量之和的差值；比值單元將加法單元與額定容量單元相連，獲得額定容量之和與當(dāng)前剩余容量之和的差值與額定容量之和的比值，作為SOC的值。

本實(shí)施例設(shè)置滯回比較控制器，保證蓄電池處于優(yōu)化的工作狀態(tài)；參見附圖5，為關(guān)閉滯回比較控制器時(shí)蓄電池充放電狀態(tài)，為清晰表明蓄電池充放電狀態(tài)，對圖5中蓄電池頻繁充放電狀態(tài)區(qū)間進(jìn)行局部放大。為了使超級電容器工作在指定荷電狀態(tài)下，蓄電池需要通過頻繁切換充放電動(dòng)作來補(bǔ)償超級電容器的功率輸出，容易導(dǎo)致超級電容器荷電狀態(tài)在充放電閥值附近來回震蕩，這對超級電容器和蓄電池的循環(huán)使用壽命都極為不利。附圖6為打開滯回比較控制器時(shí)蓄電池充放電狀態(tài)，對比可明顯看出加入蓄電池滯回比較控制器后，蓄電池充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)明顯減少，超級電容器荷電狀態(tài)波動(dòng)也明顯降低，有利于儲能裝置的長期使用。

本實(shí)施例將超級電容器和蓄電池串級相連，使得混合儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單；蓄電池能量密度大，但受其壽命影響不能頻繁改變充放電狀態(tài)；而超級電容器作為功率型儲能裝置，具有功率密度大、循環(huán)壽命長且響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。將兩者結(jié)合不僅可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，同時(shí)可以有效的避免蓄電池頻繁充放電，延長其使用壽命，提高儲能系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性。本實(shí)施例取得的經(jīng)濟(jì)效益如下：

將儲能系統(tǒng)釋放的能量折合成售電收益，將未滿足期望輸出部分的能量折合為懲罰成本，同時(shí)考慮儲能設(shè)備的固有成本，建立以這三部分綜合凈收益最大為優(yōu)化目標(biāo)的模型：

1)售電收益。

相對于未安裝混合儲能系統(tǒng)的風(fēng)電系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)機(jī)輸出功率大于并網(wǎng)功率時(shí)，混合儲能系統(tǒng)可以儲存一部分能量，待風(fēng)機(jī)能量不足時(shí)釋放。這部分儲能所釋放的能量是安裝了混合儲能系統(tǒng)后增加的風(fēng)電場總發(fā)電量，將其折合成售電收益，計(jì)算公式如下：f₁＝n_e·∑E_hess，E_hess＞0，式中，f₁為系統(tǒng)售電收益；E_hess為儲能所釋放的能量，n_e為售電系數(shù)。

2)懲罰成本。

懲罰成本是指經(jīng)過混合儲能系統(tǒng)補(bǔ)償作用后，系統(tǒng)輸出功率仍未達(dá)到期望輸出，這部分未滿足的能量稱為懲罰能量，其對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)成本稱為懲罰成本，是對未達(dá)到期望輸出所設(shè)定的懲罰。懲罰能量包括兩部分：

一是當(dāng)混合儲能系統(tǒng)能量達(dá)到最大限值，多余的風(fēng)電無法繼續(xù)存儲到混合儲能系統(tǒng)內(nèi)，需要棄風(fēng)，此時(shí)損失的一部分能量；二是當(dāng)混合儲能系統(tǒng)能量達(dá)到最小限值，缺失的風(fēng)電不能由混合儲能系統(tǒng)得到補(bǔ)償，無法滿足期望輸出，此時(shí)損失的一部分能量。懲罰成本計(jì)算公式如下：f₂＝n_l·∑E_loss，式中，f₂為系統(tǒng)懲罰成本；E_loss為儲能所釋放的能量，n_l為懲罰成本系數(shù)。

3)固有成本。

固有成本主要是指儲能系統(tǒng)的安裝成本，與混合儲能系統(tǒng)的容量有關(guān)。為體現(xiàn)合理性，將固有成本折算為計(jì)算時(shí)間尺度內(nèi)的平均費(fèi)用，具體表達(dá)式如下：f₃＝k_ba(n_b,pPr_ba+n_b,wWr_ba)+k_sc(n_s,pPr_sc+n_s,wWr_sc)，式中，f₃為系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間尺度內(nèi)的固有成本；Pr_ba、Wr_ba、Pr_sc和Wr_sc分別為蓄電池和超級電容器的額定功率、額定容量；n_b,p、n_b,w、n_s,p和n_s,w分別為蓄電池和超級電容器的功率單價(jià)和容量單價(jià)；k_ba和k_sc分別表示蓄電池和超級電容器的折舊系數(shù)。

綜上，混合儲能系統(tǒng)優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間尺度內(nèi)的凈收益，即F₁-f₂-f₃，建立以儲能裝置功率、容量及荷電狀態(tài)為約束條件的優(yōu)化配置模型。

功率平衡約束：為使系統(tǒng)總輸出功率滿足并網(wǎng)要求，混合儲能系統(tǒng)的輸出功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔诓⒕W(wǎng)功率與風(fēng)電功率之間的差值。

功率約束和容量約束：為使蓄電池和超級電容器正常運(yùn)行，需要保證其輸出功率和能量不超過額定值。

荷電狀態(tài)約束：電池和超級電容器的荷電狀態(tài)都應(yīng)當(dāng)在合理的限定范圍內(nèi)，過充過放會(huì)降低儲能的使用壽命。

綜上分析，約束條件可表示為下標(biāo)ba為蓄電池對應(yīng)的參數(shù)，下標(biāo)sc為超級電容器對應(yīng)的參數(shù)，下標(biāo)grid代表并網(wǎng)參數(shù)，下標(biāo)grid代表風(fēng)電參數(shù)，P代表功率，W代表能量，SOC代表荷電狀態(tài)。

為了比較利用單一儲能方式和本實(shí)施例方式的差別，采用給出的相同原始數(shù)據(jù)分別對兩種方式進(jìn)行分析計(jì)算，最終計(jì)算結(jié)果下表所示：

從上表數(shù)據(jù)可以看出，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需儲能裝置補(bǔ)償相同功率的情況下，采用超級電容器的單一儲能方式的收益為28673元，所需配置額定功率和額定容量分別為2.059MW和1.9393MWh。而采用由本實(shí)施例組成的混合儲能系統(tǒng)的收益為29859元，收益比單一儲能方式增加約4％。需配置的蓄電池額定功率和容量分別為1MW、1.3358MWh；超級電容器額定功率和容量分別為1.9106MW、0.9334MWh。本實(shí)施例的蓄電池很好的彌補(bǔ)超級電容器能量密度低的缺陷，大大降低了超級電容器所需的額定容量，降低了容量成本，增加了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總收益。

本實(shí)施例在限制管理模塊內(nèi)設(shè)置下限閾值和上限閾值，防止混合儲能系統(tǒng)過充過放電。

本實(shí)施例在限制管理模塊內(nèi)設(shè)置兩個(gè)充放電閾值：上限充放電閾值和下限充放電閾值，優(yōu)化混合儲能系統(tǒng)的充放電管理，延長混合儲能系統(tǒng)的使用壽命。

本實(shí)施例在限制管理模塊內(nèi)設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)獲取單元和運(yùn)算單元，快速簡單地求得SOC值。

本實(shí)施例蓄電池在額定功率下充放電，以發(fā)揮其最優(yōu)性能。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例設(shè)置額定功率為10MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，利用本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)補(bǔ)償功率波動(dòng)?；旌蟽δ芟到y(tǒng)包括超級電容器、蓄電池、滯回比較控制器和限制管理模塊，如附圖1所示。其中超級電容器和蓄電池串級相連(級聯(lián))，滯回比較控制器分別與超級電容器、蓄電池相連，限制管理模塊分別與超級電容器、蓄電池相連；混合儲能系統(tǒng)根據(jù)基爾霍夫電流定律(KCL定律)并入電網(wǎng)，混合儲能系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)功率曲線如附圖4所示。設(shè)置混合儲能系統(tǒng)初始荷電狀態(tài)為50％，以發(fā)揮其最優(yōu)性能。

為了保證蓄電池處于優(yōu)化的工作狀態(tài)，本實(shí)施例設(shè)定蓄電池僅以額定功率充放電；滯回比較控制器利用超級電容器的剩余電量(荷電狀態(tài)，記為SOCsc)來控制蓄電池的工作狀態(tài)。SOCsc代表的是超級電容器當(dāng)前剩余容量與其額定容量的比值，其取值范圍為0-1。當(dāng)SOCsc＝0時(shí)表示超級電容器放電完全，當(dāng)SOCsc＝1時(shí)表示超級電容器完全充滿。

設(shè)置由小到大、與超級電容器的剩余電量對應(yīng)的第一閾值D_on、第二閾值D_off、第三閾值C_off和第四閾值C_on，滯回曲線如附圖3所示，其中橫坐標(biāo)代表超級電容器的SOCsc值，縱坐標(biāo)P_ba代表蓄電池的輸出功率。

1)當(dāng)SOCsc處于D_off與C_off之間時(shí)，此時(shí)超級電容器能正常補(bǔ)償目標(biāo)功率，設(shè)為正常工作狀態(tài)，滯回比較控制器和蓄電池?zé)o需動(dòng)作。

2)當(dāng)SOCsc逐漸增加，其數(shù)值超過C_on時(shí)，蓄電池以額定功率從超級電容器吸收電能，以加強(qiáng)超級電容器的放電，改善其電量過多的情況。此時(shí)由于蓄電池的動(dòng)作，超級電容器的電量逐漸減少，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，為了防止SOCsc在C_on附近頻繁波動(dòng)導(dǎo)致蓄電池充放電狀態(tài)頻繁改變，設(shè)定SOCsc減小到C_off時(shí)，控制蓄電池停止吸收電能。

3)SOCsc電量逐漸減少，當(dāng)其數(shù)值低于D_on時(shí)，蓄電池以額定功率為超級電容器提供能量，以加強(qiáng)超級電容器的充電，改善其電量過低的情況。此時(shí)由于蓄電池的動(dòng)作，超級電容器的電量逐漸增加，恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，為了防止SOCsc在D_on附近頻繁波動(dòng)導(dǎo)致蓄電池充放電狀態(tài)頻繁改變，設(shè)定SOCsc增加到D_off時(shí)，控制蓄電池停止充電。

過充和過放電都會(huì)對混合儲能系統(tǒng)造成很大的損害。為了保護(hù)混合儲能系統(tǒng)，可以在儲能電量較少時(shí)限制其放電，達(dá)到電量下限時(shí)不再放電；而在儲能電量較多時(shí)限制其充電功率，達(dá)到電量上限時(shí)不再充電，設(shè)置防止過充過放保護(hù)參數(shù)BASC。BASC代表混合儲能系統(tǒng)的剩余電量(超級電容器與蓄電池的剩余電量之和)。在限制管理模塊內(nèi)設(shè)置與超級電容器和蓄電池的剩余電量之和對應(yīng)的下限閾值BASC_min和上限閾值BASC_max。限制管理模塊在BASC小于BASC_min時(shí)閉鎖超級電容器對輸出電網(wǎng)的放電，并控制超級電容器通過所述混合儲能系統(tǒng)外部的風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)進(jìn)行充電。限制管理模塊在BASC大于BASC_max時(shí)閉鎖超級電容器的充電，并控制超級電容器進(jìn)行放電。

為了進(jìn)一步優(yōu)化混合儲能系統(tǒng)的充放電管理，限制管理模塊在BASC_min和BASC_max之間設(shè)有2個(gè)充放電閾值，設(shè)為下限充放電閾值BASC_low和上限充放電閾值BASC_up。

1)限制管理模塊在BASC大于BASC_min且小于BASC_low時(shí)，控制超級電容器放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度的0.618倍，同時(shí)控制充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度。

2)限制管理模塊在BASC大于BASC_low且小于BASC_up上限充放電閾值時(shí)，控制超級電容器放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度、控制充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度。

3)限制管理模塊在BASC大于BASC_up且小于BASC_max時(shí)，控制超級電容器充電強(qiáng)度為額定充電強(qiáng)度的0.618倍，同時(shí)控制放電強(qiáng)度為額定放電強(qiáng)度。

為了得到BASC的值，限制管理模塊設(shè)有額定容量單元、當(dāng)前剩余容量單元、加法單元和反相單元。額定容量單元分別與所述超級電容器和蓄電池相連，獲得超級電容器和蓄電池的額定容量之和；當(dāng)前剩余容量單元分別與超級電容器和蓄電池相連，獲得超級電容器和蓄電池的當(dāng)前剩余容量之和；反相單元與當(dāng)前剩余容量單元相連，獲得當(dāng)前剩余容量之和的相反數(shù)；加法單元將額定容量單元與反相單元相連，獲得額定容量之和與當(dāng)前剩余容量之和的差值，作為BASC的值。

本發(fā)明提供一種解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題、優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)的風(fēng)力發(fā)電儲能系統(tǒng)，有效避免蓄電池頻繁充放電，延長使用壽命，降低超級電容器的荷電狀態(tài)波動(dòng)，提高混合儲能系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)。本發(fā)明適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制、電能計(jì)量與費(fèi)用管理等環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好與環(huán)?？稍偕奶攸c(diǎn)，有著較高的產(chǎn)學(xué)研價(jià)值。

以上所述實(shí)施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。