本發(fā)明涉及一種獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法，還尤其涉及一種應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及帶閾值的功率分配方法。

背景技術(shù)：

1、化石能源的過度消耗，導(dǎo)致全球變暖，迫切需要清潔能源來補(bǔ)充或替代傳統(tǒng)化石能源。新能源是清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系的重要組成部分，隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的推進(jìn)，以光伏(photovoltaic，pv)發(fā)電為代表的新能源正在被大規(guī)模開發(fā)利用。然而，由于光伏發(fā)電輸出功率具有波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)，對微電網(wǎng)甚至大電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定程度沖擊，為提高電力系統(tǒng)新能源消納能力，通常會(huì)在微網(wǎng)中配置一定比例儲(chǔ)能設(shè)備。其中，超級電容和鋰電池組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)因性能優(yōu)異而引起廣泛關(guān)注。由于溫度對鋰電池充放電性能的影響直接反應(yīng)到鋰電池容量和電壓上，使帶鋰電池的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用受到限制，溫度過高不僅會(huì)影響鋰電池的正常運(yùn)行，還會(huì)造成安全隱患，影響整個(gè)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)帶閾值的功率分配方法和控制策略將鋰電池與超級電容混合使用，并對鋰電池充放電功率進(jìn)行閾值限定從而保證鋰電池長時(shí)間安全運(yùn)行，發(fā)揮二者性能上的互補(bǔ)性，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性能。該方法通過對儲(chǔ)能系統(tǒng)需要平抑的總功率分解為平均功率分量和瞬時(shí)功率分量；為充分利用儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，防止儲(chǔ)能元件過充和過放情況的發(fā)生，結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻鋰電池和超級電容的荷電狀態(tài)，通過模糊控制方法對功率進(jìn)行二次調(diào)整；考慮鋰電池大功率充放電情況下的安全性問題對鋰電池功率進(jìn)行最終閾值整定；系統(tǒng)采取dec動(dòng)態(tài)演化控制，提高獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括光伏陣列、負(fù)載以及鋰電池和超級電容；光伏陣列通過升壓變換器與直流母線相連；鋰電池通過一個(gè)dc/dc雙向變換器與直流母線相連；超級電容通過另一個(gè)dc/dc雙向變換器與直流母線相連。

3、一種應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及帶閾值的功率分配方法，包括以下步驟：

4、s1：計(jì)算混合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)承擔(dān)的總功率ph，其計(jì)算公式為：

5、

6、式中，iload為負(fù)載電流，ipv為光伏端電流，upv為光伏端電壓值，udc為母線電壓值；u'dc可由下式計(jì)算得到：

7、

8、式中，uref為母線電壓參考值。

9、s2：混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的總功率可以看作是動(dòng)態(tài)的ph(t)，離散化后每個(gè)點(diǎn)phi中包含確定性成分pavi和隨機(jī)性成分pei，確定性成分pavi的計(jì)算表達(dá)式為：

10、式中，2n+1＝l代表滑動(dòng)窗口的大小，l個(gè)采樣取值看成一個(gè)循環(huán)隊(duì)列，每次采樣得到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，并去掉原來隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，遵循先進(jìn)先出原則，不斷地對l個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)平均運(yùn)算，獲得新的數(shù)值。通過滑動(dòng)平均算法將混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需要承擔(dān)的總功率分解得到平均功率分量pav：

11、pav＝ma.(ph)

12、式中，ma.()代表滑動(dòng)平均算法模塊功能。

13、s3：將鋰電池荷電狀態(tài)soclib和超級電容荷電狀態(tài)socsc作為模糊控制器輸入量，模糊控制器輸出量為調(diào)整系數(shù)klib，pav乘以調(diào)整系數(shù)klib得到功率數(shù)值pl'ib，具體步驟如下：

14、s31：計(jì)算混合儲(chǔ)能系統(tǒng)鋰電池和超級電容的荷電狀態(tài)，計(jì)算公式為：

15、

16、式中，soclib(0)為鋰電池初始荷電狀態(tài)值，elib為鋰電池容量，plib為鋰電池充放電功率值；usc(t)為超級電容實(shí)時(shí)電壓值，uscmax為超級電容最大電壓值；

17、s32：將鋰電池荷電狀態(tài)soclib，超級電容荷電狀態(tài)socsc作為模糊控制器輸入量進(jìn)行模糊化，根據(jù)其荷電狀態(tài)數(shù)值由小到大轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模糊子集為{負(fù)大(nb)}，{負(fù)小(ns)}，{零(zo)}，{正小(ps)}，{正大(pb)}；隸屬度函數(shù)采三角形隸屬度函數(shù)；

18、s33：建立模糊控制規(guī)則表；

19、s34：模糊控制器中對輸入量soclib、socsc根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理后更新輸出量klib；

20、s35：pav乘上調(diào)整系數(shù)klib得到pl'ib。

21、s4：將步驟s3中的功率數(shù)值pl'ib經(jīng)過閾值整定模塊得到鋰電池最終需要平抑功率值plib，即：

22、

23、式中，plibref為鋰電池功率閾值，pl'ib為經(jīng)過模糊控制優(yōu)化后的鋰電池充放電功率，plib為由鋰電池最終承擔(dān)的功率。步驟s1中混合儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)的總功率ph減去plib后剩余功率值psc_1由超級電容承擔(dān)，即：psc_1＝ph-plib。

24、s5：將步驟s4中得到的鋰電池平抑功率值plib除以鋰電池電壓ulib得到鋰電池的參考電流ilibref，鋰電池參考電流ilibref與實(shí)際電流ilib作差得到鋰電池電流誤差δilib，即：

25、

26、式中，ulib為鋰電池電壓，ilib為鋰電池電流，δilib為鋰電池電流誤差。

27、s6：步驟s5中的鋰電池電流誤差δilib乘以鋰電池電壓ulib得到鋰電池未補(bǔ)償?shù)墓β市枨髉sc2，該未補(bǔ)償量由超級電容承擔(dān)，即：psc2＝ulibδilib；

28、s7：將步驟s4當(dāng)中的psc_1和步驟s6當(dāng)中的psc_2經(jīng)過求和模塊的得到超級電容需要平抑的功率值psc，即：psc＝psc_1+psc_2；

29、超級電容承擔(dān)的功率計(jì)算公式為：

30、psc＝ph-plib+ulibδilib(23)

31、式中，ph為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)的總功率，ulib為鋰電池電壓，δilib為鋰電池電流誤差，psc為超級電容充放電功率。

32、s8：功率分配完成后采用動(dòng)態(tài)演化控制策略對儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率流動(dòng)進(jìn)行控制，鋰電池電流控制和超級電容電流控制如下：

33、(1)鋰電池電流控制

34、與鋰電池相連接的雙向dc/dc變換器以互補(bǔ)的方式運(yùn)行，雙向dc/dc變換器在一個(gè)周期中電流的動(dòng)態(tài)變化為：

35、

36、式中，llib為與鋰電池相連接的dc/dc變換器電路中的電感數(shù)值，δlib(t)為與鋰電池相連接的dc/dc變換器電路中的開關(guān)器件占空比。對升壓模式下的控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，可得出升壓模式下與鋰電池連接的dc/dc變換器的占空比為：

37、

38、(2)超級電容電流控制

39、超級電容需要承擔(dān)的功率為

40、psc＝ph-plib+ulibδilib(27)

41、為將母線電壓紋波轉(zhuǎn)移到sc部分平抑，超級電容的參考電流計(jì)算公式為：

42、

43、式中，δilib＝ilibref-ilib，ue＝uref-udc，uref為母線電壓參考值，β為母線紋波轉(zhuǎn)移系數(shù)。

44、超級電容器采用動(dòng)態(tài)演化控制方法，需要選擇合適的動(dòng)態(tài)演化路徑，此處選取的指數(shù)演化路徑和相應(yīng)的動(dòng)態(tài)演化過程如下式：

45、

46、式中，表示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。ue0是系統(tǒng)誤差電壓的初始值，m是系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)誤差電壓最小化的速率，為保證所提出的演化路徑誤差電壓快速降為零，在實(shí)際應(yīng)用中，給出誤差電壓的線性函數(shù)為：

47、

48、其中k為正的增益。

49、由此，得到新的動(dòng)態(tài)演化過程為：

50、

51、與超級電容器相連的雙向dc/dc變換器以互補(bǔ)方式運(yùn)行，升壓模式下的電流和電壓動(dòng)態(tài)特性為：

52、

53、式中，lsc為與超級電容相連接的dc/dc變換器電路中的電感數(shù)值，δsc(t)為與超級電容相連接的dc/dc變換器電路中的開關(guān)器件占空比，isc(t)為超級電容充放電電流，usc為超級電容電壓。

54、通過對超級電容電流控制的分析，可得到：

55、

56、與超級電容器相聯(lián)系的雙向dc/dc電路開關(guān)管占空比為：

57、

58、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是：本發(fā)明帶功率閾值的獨(dú)立光伏發(fā)電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配方法，結(jié)合儲(chǔ)能元件實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)最大化利用儲(chǔ)能容量并防止儲(chǔ)能元件過充和過放情形的發(fā)生，考慮大功率充放電造成鋰電池溫度升高會(huì)對儲(chǔ)能系統(tǒng)安全運(yùn)行造成影響，設(shè)定鋰電池充放電功率閾值，對獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)需要平抑的功率進(jìn)行合理分配。本發(fā)明所提出的控制策略，在外部環(huán)境改變和負(fù)載改變時(shí)可以及時(shí)對系統(tǒng)當(dāng)中的功率失衡做出快速反應(yīng)，維持母線電壓及系統(tǒng)穩(wěn)定。