一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法和系统，混合储能系统包括铅酸电池子储能系统、锂电池子储能系统和协调控制系统，该方法在微电网孤岛运行过程中，锂电池子储能始终采用恒频恒压控制，铅酸电池子储能系统采用定功率控制，功率指令由协调控制系统下达；协调控制系统实时跟踪负荷曲线和光伏出力曲线，首先利用功率平衡原理得到混合储能系统出力曲线，接着采用低通滤波器对混合储能系统出力值进行滤波，保留其低频分量作为铅酸电池储能的控制指令值，最后采用最大充放电功率限制保护，防止电池运行在最大充放电功率限制之外，本发明专利技术可降低系统对锂电池储能容量和出力的需求，使系统运行更具稳定性和经济性。

A hybrid energy storage based voltage frequency control method and system for islanding microgrid

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法和系统
本专利技术涉及一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法和系统，属于电力系统控制

技术介绍
随着储能技术的日渐成熟，电池储能输出的稳定性和灵活性使其成为微电网黑启动的首要之选。微电网也由传统的抗干扰性和负荷跟踪特性较好的微型燃气轮机、柴油发电机等黑启动电源向电池储能系统等分布式电源过渡。单一储能系统存在的性能单一和适用性低等不足，不利于储能容量和经济性的优化配置。考虑这一问题，混合储能系统的概念被提出，其通过多类型储能相结合的方式来提高储能系统的性能和适用性。通过发挥各储能的自身优势来提升系统的整体性能和经济性，混合储能系统相比单一储能介质具有更加显著的性能优势，发展大容量混合储能技术十分必要。微电网在孤岛运行过程中，单一锂电池配置容量不足会带来的黑启动失败和系统的失稳，因此亟需一种孤岛微电网混合储能协调的电压频率控制方法和系统。
技术实现思路
目的：本专利技术针对微电网在孤岛运行过程中单一锂电池配置容量不足会带来的黑启动失败和系统失稳的问题，提出了一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法和系统，该方法既可以提高系统运行的稳定性，也可以提高系统运行的经济性。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种孤岛微电网混合储能协调的电压频率控制方法，包括步骤：一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，通过孤岛微电网中新能源发电系统出力、负荷功率计算混合储能系统的实时出力值；通过混合储能系统的充放电功率计算铅酸子储能系统的功率指令，将功率指令发送给铅酸电池储能子系统变流器；铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制，锂电池子储能系统变流器进行就地控制，实现微电网的电压频率控制。进一步的，所述混合储能系统的实时出力值计算过程为：以微电网系统功率平衡为基本原则，通过对实时采集的新能源发电系统出力PPV(t)和负荷功率PLoad(t)进行计算，得到混合储能系统的实时出力值PHESS(t)：PHESS(t)＝PPV(t)-PLoad(t)进一步的，所述铅酸子储能系统的功率指令计算过程为：采用一阶低通滤波器对混合储能系统的实时出力值PHESS(t)进行滤波，得到其低频分量PPb(t)作为铅酸子储能系统的功率指令值：式中，PHESS(s)为频域中混合储能系统的功率，PHESS(s)为频域中混合储能系统的实时出力值；PPb(s)为频域中铅酸储能系统的功率指令值，s为微分算子；T为滤波时间常数；判断铅酸储能的功率指令值PPb(t)是否超过最大充放电功率限值，若超过最大充放电功率限制时，则将铅酸子储能系统的功率指令设定为最大充放电功率限制值。进一步的，铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制采用有功/无功控制。进一步的，铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制，步骤包括：(1)铅酸电池储能变流器的控制系统功率外环控制通过将铅酸子储能系统的功率指令值和给定的无功功率指令经过PI控制器得到内环电流指令值；(2)通过电流内环控制对电流指令值进行跟踪，实现对有功和无功功率指令的跟踪控制。进一步的，锂电池子储能系统变流器进行就地控制采用电压/频率控制。一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制系统，包括：混合储能系统、新能源发电系统、负荷，混合储能系统，混合储能系统包括铅酸电池子储能系统、锂电池子储能系统和协调控制系统；协调控制系统通过混合储能系统的实时出力值，计算铅酸子储能系统的功率指令，并将功率指令发送给铅酸电池储能子系统变流器；铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制，锂电池子储能系统变流器进行就地控制，实现微电网的电压频率控制。进一步的，所述混合储能系统的实时出力值计算过程为：以微电网系统功率平衡为基本原则，通过对实时采集的新能源发电系统出力PPV(t)和负荷功率PLoad(t)进行计算，得到混合储能系统的实时出力值PHESS(t)：PHESS(t)＝PPV(t)-PLoad(t)。进一步的，所述铅酸子储能系统的功率指令计算过程为：采用一阶低通滤波器对混合储能系统的实时出力值PHESS(t)进行滤波，得到其低频分量PPb(t)作为铅酸子储能系统的功率指令值：式中，PHESS(s)为频域中混合储能系统的功率，PHESS(s)为频域中混合储能系统的实时出力值；PPb(s)为频域中铅酸储能系统的功率指令值，s为微分算子；T为滤波时间常数；判断铅酸储能的功率指令值PPb(t)是否超过最大充放电功率限值，若超过最大充放电功率限制时，则将铅酸子储能系统的功率指令设定为最大充放电功率限制值。进一步的，铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制采用有功/无功控制；锂电池子储能系统变流器进行就地控制采用电压/频率控制。本专利技术有益效果：a.运行稳定性高。单一储能系统存在的性能单一和适用性低等不足，不利于储能容量的配置，相比采用单一储能的黑启动电源为微电网提供电压和频率支撑，本专利技术所提一种孤岛微电网混合储能协调的电压频率控制方法采用铅酸电池-锂电池混合储能系统为微电网提供电压和频率支撑，通过动态调铅酸电池储能整出力值，进而减少微电网稳定运行对锂电池容量的需求，弥补锂电池容量和出力不足带来的稳定性问题，能有效降低微电网对黑启动电源的容量和出力的需求，提高微电网在黑启动和孤岛运行的稳定性。b.经济收益高。采用单一的锂电池储能系统为微电网提供电压和频率支撑，则需要配置大容量的锂电池储能系统才能保证微电网的续航能力和微电网运行的稳定性。由于锂电池成本较高，因而采用单一的锂电池储能的投资成较高，本专利技术通过实时跟踪负荷功率和新能源出力，动态调铅酸电池储能整出力值，通过采用性价比较高的铅酸电池对锂电池的容量进行补充，进而减少微电网稳定运行对锂电池容量的需求，有效降低储能的投资成本和运行成本，提升了微电网的经济收益。附图说明图1是本专利技术实施例中的一种混合储能系统结构示意图；图2是本专利技术实施例中的一种混合储能系统协调控制示意图；图3是本专利技术实施例中的一种铅酸电池和锂电池有功功率曲线图；图4是本专利技术实施例中的所提方法与传统方法的经济性对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术方法不局限于光储型，也可适用于其他孤岛微电网的调压调频，这边只是以光储型孤岛微电网做展示，方法同样适用于其他需要储能参与调频和黑启动的孤岛微电网。实施例1：如图2所示，本专利技术的一种孤岛微电网混合储能协调的电压频率控制方法主要实现对孤岛型光储微电网的电压和频率控制，微电网由混合储能系统、光伏发电系统和负荷组成。其中，混合储能系统包括铅酸电池子储能系统、锂电池子储能系统和协调控制系统，每个子储能系统由相应的储能变流器和储能电池构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，其特征在于，/n通过孤岛微电网中新能源发电系统出力、负荷功率计算混合储能系统的实时出力值；/n通过混合储能系统的充放电功率计算铅酸子储能系统的功率指令，将功率指令发送给铅酸电池储能子系统变流器；/n铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制，锂电池子储能系统变流器进行就地控制，实现微电网的电压频率控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，其特征在于，
通过孤岛微电网中新能源发电系统出力、负荷功率计算混合储能系统的实时出力值；
通过混合储能系统的充放电功率计算铅酸子储能系统的功率指令，将功率指令发送给铅酸电池储能子系统变流器；
铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制，锂电池子储能系统变流器进行就地控制，实现微电网的电压频率控制。


2.根据权利要求1所述的基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，其特征在于：所述混合储能系统的实时出力值计算过程为：
以微电网系统功率平衡为基本原则，通过对实时采集的新能源发电系统出力PPV(t)和负荷功率PLoad(t)进行计算，得到混合储能系统的实时出力值PHESS(t)：
PHESS(t)＝PPV(t)-PLoad(t)。


3.根据权利要求2所述的基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，其特征在于：所述铅酸子储能系统的功率指令计算过程为：
采用低通滤波器对混合储能系统的实时出力值PHESS(t)进行滤波，得到其低频分量PPb(t)作为铅酸子储能系统的功率指令值；
判断铅酸储能的功率指令值PPb(t)是否超过最大充放电功率限值，若超过最大充放电功率限制时，则将铅酸子储能系统的功率指令设定为最大充放电功率限制值。


4.根据权利要求1所述的基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，其特征在于：铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制采用有功/无功控制。


5.根据权利要求4所述的基于混合储能的孤岛微电网电压频率控制方法，其特征在于：铅酸电池储能子系统变流器接收到功率指令后进行就地控制，步骤包括：
(1)铅酸电池储能变流器的控制系统功率外环控制通过将铅酸子储能系统的功率指令值和给定的无功功率指令经过PI控制器得到内环电流指令值；
(2)通过电流内环控制对电流指...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁胜，丁泉，钱国明，陈雪峰，孟杰，陈孝煜，倪毅莉，
申请(专利权)人：国电南京自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32