[发明专利]一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法

说明书

本发明请求保护一种混合储能系统提高电网稳定性的控制方法，其包括以下步骤：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。

技术领域

本发明属于电网控制技术领域，具体是一种利用预测控制和混合储能系统对电网的功率波动进行平抑的方法。

背景技术

随着电力需求的增加，传统的火力发电已经无法满足电力需求。同时，也引发了煤炭、石油资源短缺加剧、全球温室效应等严重等问题。与传统能源相比新能源发电方式具备污染少、储量大等优点,对于解决当前资源枯竭、能源污染的难题方面发挥着至关重要的作用，此时开发新的发电方式以替代或补充传统发电方式就显得尤为重要。风能、太阳能等新型发电方式已成为本世纪重要的绿色能源，目前世界各国都在研究新能源发电并且发展迅速。因此，新能源发电并网后对电网安全、稳定运行的影响值得深入研究。

为解决可再生能源与大电网的协调问题，微电网技术被学者们提出。微电网由分布式电源、能量转换装置、负荷、储能装置等组成。微电网是一个独立的系统，通过微电网中的发电装置发出电能，经由母线分配给各个用电单元，可以实现自我控制和自我管理，主要通过DC/DC、DC/AC等电力电子装置完成内部的功率转换。微电网还可以与大电网并联运行，满足用户的用电需求，并且对可再生能源接入大电网起到了很好的缓冲作用，通过微电网系统内部的自我调节，能够解决可再生能源与大电网的协调问题。

储能系统作为微电网中必不可少的一环，与分布式电源相配合，在微电网中能够起到“削峰填谷”的作用，并且在改善微电网电能质量、提高系统稳定性等方面都有着重要作用。由于可再生能源具有较强的不稳定性，例如风力发电在一年中的发电量随着季节的变化而变化，常常会出现没有风或者风力太小，不足以启动风机因而没有功率输出的情况，导致发电功率的变化剧烈。同样，太阳能发电一天中也会随着昼夜更替产生非常大的差异。因此，发电单元发出的功率可能无法时时与负载端进行匹配，发电端发出的电量过多时，会造成能源的浪费，过少时，无法满足负载的需求。储能系统可以较为圆满地解决这一问题，当发电单元发出的电量过多时，储能系统将多余的电量存储起来，当发电单元发出的电量不足时，储能系统释放所储存的电能，维持系统功率平衡。同时由于分布式电源和负荷都具有较强的波动性，微电网母线电压会产生较大的波动，很难保证向负载供电的电能质量。设计合理的储能系统控制策略，时刻调整储能元件的功率输出值，可以有效地抑制母线电压的波动，提高电力系统稳定性。因此，储能运行控制技术的研究对电力工业的发展具有重要的长远意义和现实意义。

申请公开号CN105515209B，一种微电网混合储能系统及其控制方法，包括：电网，所述电网与微电网公共交流母线连接，所述微电网公共交流母线通过微电网能量管理系统分别与第一支路母线和第二支路母线连接，所述微电网公共交流母线还通过变压器TM4与第一支路母线连接；所述微电网公共交流母线还通过变压器TM5与第一支路母线连接；所述第一支路母线分别与锂电池储能模块、超级电容储能模块和铅酸电池储能模块连接；所述第二支路母线与负荷模块连接。本发明对微电网内部储能系统和负荷进行预测，在微电网并网运行、孤网运行、状态切换过程中，根据储能电源和负荷特性，对内部的储能装置、负荷进行优化控制，平滑系统输出，从而有效抑制可再生能源的间歇性和波动性。

上述发明并没有解决系统动态响应速度慢的问题，本发明采用MPC代替传统的PI控制，优化双闭环控制策略，提高系统的动态响应速度，解决系统受到较大扰动或建模存在误差时所造成的预测偏差的问题，保证系统在控制周期内所选输出状态最优，进而提高新能源并网后系统的稳定型。

发明内容