專利名稱：抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法，特別是一種基于電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)和可變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)的儲能控制方法，屬于分布式發(fā)電供能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可再生能源發(fā)電技術(shù)，如光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電以其無污染、可再生、分布廣等優(yōu)點(diǎn)，受到了越來越多的關(guān)注。然而，可再生能源發(fā)電具有波動性大、隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此， 就地配置一定容量的儲能系統(tǒng)，可以有效抑制可再生能源發(fā)電輸出功率的波動，提高電網(wǎng)接納可再生能源發(fā)電的能力。目前國內(nèi)外學(xué)者提出的儲能系統(tǒng)的控制策略主要有兩種1)其一為基本濾波控制方法。此方法以基本濾波原理為基礎(chǔ)，采用定濾波時(shí)間常數(shù)的低通濾波器對可再生能源的功率信號進(jìn)行處理，以得到其目標(biāo)值，再利用儲能系統(tǒng)的充放電控制補(bǔ)償可再生能源輸出功率目標(biāo)值與測量值之間的差值。2)其二為電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)反饋控制方法。電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)是指電池的實(shí)時(shí)的剩余電能。此方法在基本濾波控制方法的基礎(chǔ)上，引入了 SOC反饋環(huán)節(jié)，直接對儲能系統(tǒng)的輸出功率值進(jìn)行修改，以使電池的SOC值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。第一種控制策略中儲能系統(tǒng)能很好的抑制可再生能源的波動，但是濾波器的時(shí)間常數(shù)為單一定值，在儲能系統(tǒng)的容量一定時(shí)容易造成電池儲能系統(tǒng)的過充過放，從而使電池退出運(yùn)行，導(dǎo)致可再生能源輸出功率出現(xiàn)較大波動；第二種控制策略中，引入了 SOC反饋環(huán)節(jié)，在抑制可再生能源輸出功率波動的同時(shí)，有效地避免了電池的過充過放，延長了電池的使用壽命，但是由SOC反饋環(huán)節(jié)得到的修正量直接對儲能系統(tǒng)的輸出功率值進(jìn)行修正， 影響了可再生能源輸出功率的平滑效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種在抑制可再生能源輸出功率波動的同時(shí)，有效地避免了電池的過充過放，維持了電池儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，延長了電池的使用壽命的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于該控制方法基于低通濾波原理，通過一階巴特沃茲低通濾波器對可再生能源輸出功率值進(jìn)行濾波，得到可再生能源輸出功率目標(biāo)值，利用電池儲能系統(tǒng)的充放電控制補(bǔ)償可再生能源輸出功率目標(biāo)值與測量值之間的差值，從而達(dá)到抑制可再生能源輸出功率波動的目的。上述采用的一階巴特沃茲低通濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)，要根據(jù)可再生能源輸出功率的頻譜分析結(jié)果和儲能系統(tǒng)的容量進(jìn)行選擇，首先對可再生能源典型輸出功率曲線進(jìn)行快速傅里葉變換得到其頻譜，根據(jù)電池儲能系統(tǒng)所要補(bǔ)償?shù)墓β什▌映煞值念l率，設(shè)計(jì)濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還要綜合考慮電池儲能系統(tǒng)的容量。上述控制方法需要對電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值進(jìn)行分檔，當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值在運(yùn)行限值范圍內(nèi)時(shí)，儲能系統(tǒng)采用定濾波時(shí)間常數(shù)控制；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值超過運(yùn)行限值時(shí)，儲能系統(tǒng)采用可變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)控制，電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)是指電池的實(shí)時(shí)的剩余電能，電池管理系統(tǒng)(BMS)負(fù)責(zé)對電池的信息進(jìn)行采集和處理，并通過電池的充放電電流和時(shí)間計(jì)算出電池的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)。 請教前面內(nèi)容沒有出現(xiàn)電池管理系統(tǒng)(BMS)，電池管理系統(tǒng)(BMS)是屬于電池儲能系統(tǒng)的嗎？(我認(rèn)為BMS屬于電池儲能系統(tǒng)——于波)上述控制方法根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)對濾波時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在抑制可再生能源輸出功率波動的同時(shí)，避免了電池的過充過放，延長了電池的壽命，通過對基于濾波原理的儲能系統(tǒng)輸出功率的傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，得儲能系統(tǒng)輸出功率值與濾波時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)的反饋值，通過調(diào)整濾波時(shí)間常數(shù)，間接地改變儲能系統(tǒng)的輸出功率值，從而使電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。上述控制方法以濾波原理為基礎(chǔ)，通過儲能系統(tǒng)的充放電控制，補(bǔ)償可再生能源輸出功率某一特定頻段的波動成分。上述控制方法所采用的濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)，要在儲能系統(tǒng)容量允許的條件下，通過對再生能源輸出功率進(jìn)行頻譜分析來進(jìn)行選擇。上述控制方法通過電池管理系統(tǒng)(BMS)所提供電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC) 值，根據(jù)儲能系統(tǒng)輸出功率值的大小與濾波時(shí)間常數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)時(shí)地調(diào)整濾波時(shí)間常數(shù)的大小，從而使電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。上述可再生能源輸出功率為已；電池儲能系統(tǒng)的輸出功率為Pbat ；注入配電網(wǎng)的功率為Plim ；電池儲能系統(tǒng)輸出功率參考值為pbat—ref。根據(jù)能量平衡原理可得，Pr+Pbat-Pline = ο(1)其中，Pbat為正，表示電池儲能系統(tǒng)放電；Pbat為負(fù)，表示電池儲能系統(tǒng)充電；可再生能源輸出功率!\，通過一階巴特沃茲低通濾波器，得到可再生能源輸出功率參考值Puf其與已相減得到儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值pbat—M，Pbatjef為正表示儲能系統(tǒng)放電，為負(fù)表示儲能系統(tǒng)充電。儲能控制器通過BMS上傳的電池SOC值，根據(jù)可變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)的調(diào)整方法改變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)的大小，從而使電池的SOC值穩(wěn)定一定的范圍內(nèi)；其中，一階巴特沃茲低通濾波器如下式所示
權(quán)利要求
1.一種抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于該控制方法基于低通濾波原理，通過一階巴特沃茲低通濾波器對可再生能源輸出功率值進(jìn)行濾波，得到可再生能源輸出功率目標(biāo)值，利用電池儲能系統(tǒng)的充放電控制補(bǔ)償可再生能源輸出功率目標(biāo)值與測量值之間的差值，從而達(dá)到抑制可再生能源輸出功率波動的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于上述采用的一階巴特沃茲低通濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)，要根據(jù)可再生能源輸出功率的頻譜分析結(jié)果和儲能系統(tǒng)的容量進(jìn)行選擇，首先對可再生能源典型輸出功率曲線進(jìn)行快速傅里葉變換得到其頻譜，根據(jù)電池儲能系統(tǒng)所要補(bǔ)償?shù)墓β什▌映煞值念l率，設(shè)計(jì)濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還要綜合考慮電池儲能系統(tǒng)的容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于上述控制方法需要對電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值進(jìn)行分檔，當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值在運(yùn)行限值范圍內(nèi)時(shí)，儲能系統(tǒng)采用定濾波時(shí)間常數(shù)控制；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值超過運(yùn)行限值時(shí)，儲能系統(tǒng)采用可變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)控制， 電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)是指電池的實(shí)時(shí)的剩余電能，電池管理系統(tǒng)(BMS)負(fù)責(zé)對電池的信息進(jìn)行采集和處理，并通過電池的充放電電流和時(shí)間計(jì)算出電池的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于上述控制方法根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)對濾波時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整， 在抑制可再生能源輸出功率波動的同時(shí)，避免了電池的過充過放，延長了電池的壽命，通過對基于濾波原理的儲能系統(tǒng)輸出功率的傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，得儲能系統(tǒng)輸出功率值與濾波時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)的反饋值，通過調(diào)整濾波時(shí)間常數(shù)， 間接地改變儲能系統(tǒng)的輸出功率值，從而使電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于上述控制方法以濾波原理為基礎(chǔ)，通過儲能系統(tǒng)的充放電控制，補(bǔ)償可再生能源輸出功率某一特定頻段的波動成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于上述控制方法所采用的濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)，要在儲能系統(tǒng)容量允許的條件下，通過對再生能源輸出功率進(jìn)行頻譜分析來進(jìn)行選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于上述控制方法通過電池管理系統(tǒng)(BMQ所提供電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC) 值，根據(jù)儲能系統(tǒng)輸出功率值的大小與濾波時(shí)間常數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)時(shí)地調(diào)整濾波時(shí)間常數(shù)的大小，從而使電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于上述可再生能源輸出功率為P」電池儲能系統(tǒng)的輸出功率為Pbat ；注入配電網(wǎng)的功率為Plim ；電池儲能系統(tǒng)輸出功率參考值為Pbat—Mf ；根據(jù)能量平衡原理得，Pr+Pbat-Pline = ⑴其中，Pbat為正，表示電池儲能系統(tǒng)放電；Pbat為負(fù)，表示電池儲能系統(tǒng)充電；可再生能源輸出功率Py通過一階巴特沃茲低通濾波器，得到可再生能源輸出功率參考值Puf其與已相減得到儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值pbat—M，Pbatjef為正表示儲能系統(tǒng)放電，為負(fù)表示儲能系統(tǒng)充電；儲能控制器通過BMS上傳的電池SOC值，根據(jù)可變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)的調(diào)整方法改變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)的大小，從而使電池的SOC值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)；其中，一階巴特沃茲低通濾波器如下式所示
全文摘要
本發(fā)明是一種抑制可再生能源輸出功率波動的電池儲能系統(tǒng)的控制方法。該控制方法基于低通濾波原理，通過一階巴特沃茲低通濾波器對可再生能源輸出功率值進(jìn)行濾波，得到可再生能源輸出功率目標(biāo)值，利用電池儲能系統(tǒng)的充放電控制補(bǔ)償可再生能源輸出功率目標(biāo)值與測量值之間的差值，從而達(dá)到抑制可再生能源輸出功率波動的目的。本發(fā)明基于基本濾波原理，利用可再生能源輸出功率抑制效果好和加入反饋環(huán)節(jié)，避免電池的過充過放，并進(jìn)行了創(chuàng)新，在加入反饋環(huán)節(jié)時(shí)，通過調(diào)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)的大小，間接地改變儲能系統(tǒng)的輸出功率，從而在抑制可再生能源輸出功率波動的同時(shí)，有效地避免了電池的過充過放，維持了電池儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，延長了電池的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK102368625SQ201110305598
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者劉中勝, 劉怡, 李永興, 申剛, 胡玉峰, 董旭柱, 郭力, 陸志剛, 饒宏, 黃曉東 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司