[发明专利]一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式发电供能技术领域，是一种在抑制可再生能源输出功率波动的同时有效地控制超级电容端电压的方法，特别是一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制方法。

背景技术

可再生能源发电技术，如光伏发电和风力发电以其无污染、可再生、分布广等优点，受到了越来越多的关注。然而，可再生能源发电具有波动性大、随机性强、出力变化快的特点。因此，就地配置一定容量的储能系统，可以有效抑制可再生能源发电输出功率的波动，提高电网接纳可再生能源发电的能力。但单一电池储能功率密度小，当可再生能源出力波动剧烈时，电池输出功率极易达到限幅；而单一的超级电容储能由于能量密度小，又不能长时间供电。因此利用电池与超级电容混合储能系统对可再生能源输出功率波动进行抑制，其中超级电容能充分地利用其功率密度大的特点，主要用于负责补偿可再生能源输出功率中的高频波动，有效地避免了电池输出功率达到限幅的现象。

目前国内外提出的电池与超级电容混合储能系统的控制策略主要有三种：

1）基于预测的计划输出控制方法。根据可再生能源输出功率预测值与本地负荷预测值，以一定的时间长度为标准，以平衡该时间段内的能量为目标计算电池储能系统的输出功率参考值，再以平衡短时间内的功率波动为目标计算超级电容的输出功率参考值。

2）基于滤波的平滑输出控制方法。根据滤波原理，利用电池补偿可再生能源输出功率中的中低频分量；利用超级电容补偿可再生能源输出功率中的高频分量，充分地利用了超级电容功率密度大与电池能量密度大的优点。

3）在超级电容滤波控制的基础上提出超级电容的管理方法。根据超级电容的端电压对超级电容的存储能量进行管理，以防止超级电容端电压越限。

第一种控制策略比较依赖可再生能源出力预测与负荷预测的准确性，而且所需储能系统的容量一般较大，而第二种控制策略所需储能系统容量较小，但平滑效果必然会受到一定的限制。而且前两种控制策略都没有考虑到超级电容的能量管理，超级电容极易达到其端电压上下限而退出运行。第三种控制策略虽然考虑到了超级电容的端电压控制，但是当超级电容端电压过高或过低时只是一味地减小超级电容的输出功率，没有区分超级电容是处在充电状态还是处在放电放电，该方法没有实现最优的超级电容能量管理。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明在基于电池与超级电容混合滤波控制的基础上，提出了一种超级电容端电压控制方法，即能量管理方法。在分别利用电池与超级电容补偿可再生能源输出功率波动的中低频分量与高频分量的同时，根据超级电容的实时剩余容量计算出超级电容输出功率参考值的调整比例值，并根据其输出功率的正负做出相应的修正，以有效地控制其端电压。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制方法，包括以下步骤：

1）计算可再生能源输出功率的中低频分量与高频分量；

2）采用超级电容补偿可再生能源输出功率波动的高频分量，电池补偿可再生能源输出功率波动的中低频分量；

3）根据超级电容的剩余容量对超级电容输出功率进行修正，得到超级电容的输出功率参考值。

所述步骤1）中的再生能源输出功率的高频分量P_{sc_ref}的计算公式：式中：P_w为可再生能源输出功率；T_sc为一阶巴特沃兹低通滤波器的滤波时间常数；

再生能源输出功率的中低频分量P_{bat_ref}的计算公式：式中：P_w为可再生能源输出功率；T_bat和T_sc为一阶巴特沃兹低通滤波器的滤波时间常数，T_sc<T_bat。

由于超级电容属于功率型储能装置，充放电功率变化区间大，循环次数多，能量密度小，因此选择较小的滤波时间常数T_sc，用来补偿可再生能源输出功率P_w(s)中的高频分量；由于电池属于能量型储能装置，充放电功率变化区间小，循环次数少，能量密度大，因此选择较大的滤波时间常数T_bat，用来补偿可再生能源输出功率P_w(s)中的中低频分量。