本技术介绍了一种模块化小信号建模方法及其系统,专为多混合储能直流配电网设计。该方法首先将配电网划分为四个子模块,每个子模块包含不同的储能单元。随后,对每个子模块进行小信号分析,以实现对整个系统的精确建模。该系统能够提高配电网的稳定性和可靠性,适用于多种储能技术的集成和优化。
背景技术
随着社会对可持续发展和环境保护的日益关注和“3060双碳”目标在我国能源领域的全面贯彻落实,进一步加大可再生能源和储能的利用是大势所趋。近年来,可再生清洁能源和电力电子技术的发展不断推动分布式发电、微电网等技术的进步。微电网技术代表了未来分布式能源供应系统发展趋势,是未来智能配用电系统的重要组成部分,对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。
然而,交直流混合微电网中,由于高比例可再生能源、高比例电力电子的接入,源荷两侧存在功率、频率和电压波动等问题,给微电网的安全可靠运行带来风险。多混合储能系统接入微网可抑制功率波动,既可以发挥超级电容器储能效率高、储能快的特点,还可以弥补蓄电池使用寿命短、输出容量速率不高的缺点。通过采用面向含多混合储能直流配电网的模块化小信号建模方法,可以有效实现含多个混合储能系统直流配电网间的协调控制,有效识别导致含多混合储能系统微网不稳定的敏感参数。
面向含多混合储能直流配电网的模块化小信号建模方法主要包括混合储能系统的分布式控制与模块化小信号建模两部分。在含多混合储能直流配电网中,各超级电容控制单元凭借自身就地控制更新状态,蓄电池控制单元通过邻近单元数据信息更新自身状态,共同完成协同控制的目标。在计及含多个混合储能系统直流配电网协同控制方面,目前少有计及分布式下垂控制协调配合的模块化小信号建模相关研究。
本发明基于分布式控制策略下直流微电网中的电压功率下垂控制和积分下垂控制的协同配合,提出一种面向含多混合储能直流配电网的模块化小信号建模方法,实现系统不平衡功率的补偿与直流母线电压的调节,提高了含多混合储能直流配电网的控制灵活性与稳定性分析有效性,节省了系统投资成本。
李武华,徐驰,禹红斌,等.直流微网系统中混合储能分频协调控制策略[J].电工技术学报,2016,31(14):84-92.针对直流微网架构的特点,设计了一种分频段响应的控制策略。通过母线电压的反馈来提取功率波动,利用直流母线电压环和超级电容电压环设置高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器这三个“隐形”滤波器。其中母线功率波动的高中低频分量依次由母线电容、超级电容和蓄电池响应,从而充分利用了蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环使用寿命长的优点,有效提升了储能系统的性能。而且,隐形滤波器的实现完全由软件控制完成,具有很好的灵活性和适应性,且无需增加额外的硬件成本。最后,通过实验验证了所提出的混合储能控制策略的有效性。该文献提出了通过母线电压提取功率波动信息进行分频控制的方案,并针对所提控制策略进行功率扰动实验,证明了系统的动静态性能的提高。但其控制有效性仅限于含有一组混合储能单元的系统,而本发明的积分下垂协同配合分布式控制理论适用于含有多组混合储能单元的系统,实现不平衡功率在不同单元同一储能介质间的合理分配。
苏浩,张建成,王宁,等.基于分层优化的大容量混合储能系统能量管理策略[J].高电压技术,2018,44(04):1177-1186.针对大容量混合储能系统(HESS)存在的多储能介质协调配合、多储能单元功率分配问题,提出一种“储能系统-介质组-储能单元”逐级优化的双层能量管理策略。中心分配层采用融合超级电容组荷电状态(SOC)的改进低通滤波算法,得到各介质组的功率指令。通过状态识别和人工干预,弥补该算法易导致介质组功率状态相反的不足,引入电池组功率爬升限值Pl imit,进一步平滑电池组的功率输出。局部分配层引入储能系统持续可调度性和运行经济性的概念,分别建立电池组、超级电容组功率分配模型,完成上层功率指令在组内各储能单元之间的优化分配。以某储能电站某日13:00—13:30的实际出力为算例,利用AMPL/IPOPT求解器进行求解。结果表明,所提策略在满足电网对于储能系统功率需求的同时,能够合理分配各储能单元功率,使其SOC集中于0.4~0.8区间,保证各单元均留有足够的充、放电裕度,同时节约电池组运行费用17.7%。该文献提出了“储能系统-介质组-储能单元”逐级优化的双层能量管理策略,解决了传统滤波算法中存在的电池、超级电容“一充一放”的问题,通过控制中心实现不平衡功率在各储能单元间的合理分配,但其使用的控制策略是集中式控制,而本发明底层控制采用电压功率下垂控制和超级电容的积分下垂控制协同配合,具备更高效的自主协调运行能力。
实现思路