[发明专利]一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法

权利要求书

1.一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用基于下垂特性的外环电压控制和基于改进模型预测控制MPC的内环功率控制构成双闭环控制结构，对储能变流器进行控制，外环为电压环，利用系统的下垂特性通过外环产生内环功率参考值，具有阻止直流电压变化的趋势；内环为功率环，用来追踪外环产生的功率参考值，通过预测模型计算预测值，选择与期望值最接近的预测值所对应的开关状态作用于储能变流器；

设计Buck和Boost两种工作模式下的功率预测模型，并根据功率预测值和功率参考值之间的关系构建目标函数，对内环控制进行设计。

2.根据权利要求1所述的一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法，其特征在于，所述外环为电压环，利用系统的下垂特性通过外环产生内环功率参考值，具体包括：通过对直流母线的电压值实时采样，与额定电压值进行比较，计算下垂系数，得到直流侧输入电流的参考电流值，即内环控制的输入值，下垂控制是根据U-I特性曲线计算下垂系数来控制输出电流，然后根据计算出的输出电流值对储能元件进行充放电，以保持直流母线电压的稳定，U-I特性曲线的关系式为：U_ref＝U_set-kI_dc，

其中U_ref为参考电压，U_set为输出电压，I_dc为输出电流。

下垂控制系数计算为：

U_L为变流器满载时的电压、I_max为变流器满载时的电流。

得到的直流母线端电压U_dc-sto和直流母线端电压的参考值用于比较，经过下垂系数的计算，最终得到所需直流侧输入功率的参考功率值P^*，这个功率值为内环模型预测控制的输入参考值。

3.根据权利要求1所述的一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法，其特征在于，所述Boost模式下的电流预测模型和电压预测模型，对其进一步进行化简整理得到：

U_sto为储能系统侧的电压值，i_sto为储能单元的电流，即流过变流器电感L的电流，R_L为电感电阻，T_s为采样周期，L为电路的储能电感，U_dc-sto(k)为直流母线侧的电压值，U_d为续流二极管处电压，R为电阻，C为滤波电容。

S表示T2的开断状态，S∈{0,1}，其中1表示导通，0表示关断，根据预测模型，读取k时刻电感电流，直流母线侧电压值，储能侧电压值和开关状态，通过电流预测模型和电压预测模型，得到k+1时刻的电感电流和直流母线侧电压值。

4.根据权利要求3所述的一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法，其特征在于，所述Buck模式下建立的电流预测模型和电压预测模型，进一步化简整理得：

同理,S表示T的开断状态,S∈{0,1},其中1表示导通,0表示关断；

得到所有开关状态对应的功率预测模型。计算k+1时刻的功率预测值为:

P(k+1|k)＝i_sto(k+1)×U_dc-sto(k+1) (21)

经过反馈校正后的k+1时刻功率预测值的计算公式为:

P(k+1)＝P(k+1|k)+[P(k)-P(k|k-1)] (22)。

5.根据权利要求4所述的一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法，其特征在于，以预测功率与预期功率值之间的差异来构成目标函数。目标函数的构建需要功率预测值和功率参考值，功率预测值通过所构建的功率预测模型的得到，功率的参考值为外环输出值；

根据多步预测法，k时刻的开关状态需要计算到k+2时刻的预测值，根据k+2时刻的预测值建立目标函数，然后最小化目标函数。目标函数最小值所对应的k时刻的开关状态组合M(k)使系统性能最优，将M(k)在k时刻作用于系统，以功率为控制目标建立的目标函数为：

J＝|P(k+2)-P^*| (23)

经过预测模型的计算，得到k+1和k+2时刻的功率值，将k+2时刻的功率值和功率参考值作为目标优化函数的输入，得到最优的开关状态来控制双向DC/DC，进而控制储能装置。