一种含储能的分布式发电系统的分散式能量管理策略

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201711242077.X 

申 请 日：20171130 

发 明 人：宋清超王成君陈家伟 

申 请 人：重庆大学 

申请人地址：400030 重庆市沙坪坝区沙正街174号 

公 开 日：20180302 

公 开 号：CN107749633A 

代 理 人：吴彬 

代理机构：重庆信航知识产权代理有限公司 50218 

摘　　要：本发明公开了一种含储能的分布式发电系统的分散式能量管理策略，包括，步骤1：建立含储能的分布式发电系统；步骤2：设计控制器对含储能的分布式发电系统进行控制；步骤3：对含储能的分布式发电系统设置控制参数，以实现能量的分散式管理。本发明含储能的分布式发电系统的分散式能量管理策略，不仅可实现脉动负载功率在分布式发电单元和储能系统间的动态优化分配，高频的脉动功率由储能系统提供，低频的缓变功率由分布式发电单元提供；而且还可实现储能系统SoC的保护与恢复，从而提高分布发电单元和储能系统的使用寿命，并且在储能系统SoC恢复过程中同样能够实现脉动负载功率在分布式电源和储能系统间的动态优化分配。此外，在稳态时还可实现母线电压的自动恢复。 

主 权 项：一种含储能的分布式发电系统的分散式能量管理策略，其特征在于，该策略包括以下步骤：步骤1：建立含储能的分布式发电系统，其包括输出功率可控的分布式电源、分布式电源的DC/DC变换器、储能系统、储能系统的DC/DC变换器，所述的储能系统为蓄电池储能系统或超级电容储能系统，所述分布式电源DC/DC变换器和储能系统DC/DC变换器的输出端并联构成直流母线，负载接在直流母线上；步骤2：设计控制器对含储能的分布式发电系统进行控制：a1、分布式电源DC/DC变换器的外环控制采用虚拟虚拟电感下垂控制，其输出的伏安特性为：V_oDG＝V_nom?(L_vDG1s+R_vDG1)i_oDG???????(1)式中，V_nom为直流母线电压的标称值；V_oDG和i_oDG分别为分布式电源DC/DC变换器的输出电压和输出电流；L_vDG1为分布式电源DC/DC变换器的虚拟电感；R_vDG1为分布式电源DC/DC变换器的虚拟电电阻，R_lDG为分布式电源支路的线路阻抗，并且R_vDG1≈?R_lDG；a2、分布式电源DC/DC变换器的内环控制采用级联的PI控制；b1：储能系统DC/DC变换器的外环控制采用虚拟阻抗可调的下垂控制，其输出的伏安特性为：式中，V_oESS和i_oESS分别为储能系统DC/DC变换器的输出电压和输出电流；R_vESS1和R_vESS2为储能系统DC/DC变换器的虚拟电阻，R_lESS为储能系统支路的线路阻抗，并且R_vESS2≈?R_lESS；L_vESS1为储能系统DC/DC变换器的虚拟电感；SoC为储能系统的荷电状态；对于蓄电池储能系统，SoC_low＝0.4，SoC_high＝0.6；对于超级电容储能系统，SoC_low＝0.3，SoC_high＝0.7；b2、储能系统DC/DC变换器的内环控制采用级联的PI控制；步骤3：对含储能的分布式发电系统设置控制参数，以实现能量的分散式管理：a、当储能系统处于正常工作区，即SoC_low<SoC<SoC_high时，负载电流在分布式电源和储能系统间的分配关系为：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{oDG}=G_{oDG1}\left(s\right)·i_o=\frac{R_{vESS1}+R_{vESS2}+R_{lESS}}{L_{vDG1}s+R_{vDG1}+R_{lDG}+R_{vESS1}+R_{vESS2}+R_{lESS}}{i}_o\\ i_{oESS}=G_{oESS1}\left(s\right)·i_o=\frac{L_{vDG1}s+R_{vDG1}+R_{lDG}}{L_{vDG1}s+R_{vDG1}+R_{lDG}+R_{vESS1}+R_{vESS2}+R_{lESS}}{i}_o\end{array}\right.---\left(3\right)$由于R_vDG1≈?R_lDG且R_vESS2≈?R_lESS，即R_vDG1+R_lDG≈0，R_vESS2+R_lESS≈0，故等式(3)可简化为：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{oDG}=G_{DG1}\left(s\right)·i_o=\frac{R_{vESS1}}{L_{vDG1}s+R_{vESS1}}{i}_o\\ i_{oESS}=G_{ESS1}\left(s\right)·i_o=\frac{L_{vDG1}s}{L_{vDG1}s+R_{vESS1}}{i}_o\end{array}\right.---\left(4\right)$根据一阶滤波器G_DG1(s)截止频率的定义有：${\omega }_c=\frac{R_{vESS1}}{L_{vDG1}}---\left(5\right)$根据等式(5)可得，虚拟电感L_vDG1为：$L_{vDG1}=\frac{R_{vESS1}}{{\omega }_c}---\left(6\right)$b、当蓄电池或超级电容储能系统不处于正常工作区，即SoC≤SoC_low或SoC≥SoC_high时，负载电流在分布式电源和储能系统间的分配关系为：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{oDG}=G_{oDG2}\left(s\right)·i_o=\frac{a_{1}s+a_0}{b_2{s}^2+b_{1}s+b_0}{i}_o\\ i_{oESS}=G_{oESS2}\left(s\right)·i_o=\frac{c_2{s}^2+c_{1}s+c_0}{b_2{s}^2+b_{1}s+b_0}{i}_o\end{array}\right.---\left(7\right)$式中，a₁＝(R_lESS+R_vESS1+R_vESS2)L_vESS1；a₀＝(R_lESS+R_vESS2)R_vESS1；b₂＝L_vDG1L_vESS1；b₁＝(R_vDG1+R_lDG+R_vESS1+R_vESS2+R_lESS)L_vESS1+R_vESS1L_vDG1；c₂＝L_vDG1L_vESS1；b₀＝(R_vDG1+R_lDG+R_vESS2+R_lESS)R_vESS1；c₁＝(R_lDG+R_vDG1)L_vESS1+R_vESS1L_vDG1；c₀＝(R_lDG+R_vDG1)R_vESS1。若|L_vESS1|>>|R_vESS2+R_lESS|且|L_vDG1|>>|R_vDG1+R_lDG|，则等式(7)可简化为：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{oDG}=G_{DG2}\left(s\right)·i_o=\frac{R_{vESS1}{L}_{vESS1}}{L_{vDG1}{L}_{vESS1}s+R_{vESS1}\left(L_{vDG1}+L_{vESS1}\right)}{i}_o\\ i_{oESS}=G_{ESS2}\left(s\right)·i_o=\frac{L_{vDG1}{L}_{vESS1}s+R_{vESS1}{L}_{vDG1}}{L_{vDG1}{L}_{vESS1}s+R_{vESS1}\left(L_{vDG1}+L_{vESS1}\right)}{i}_o\end{array}\right.---\left(8\right)$式中，一阶滤波器G_DG2(s)、G_ESS2(s)的稳态增益K_oDG、K_oESS分别为$K_{oDG}=\frac{L_{vESS1}}{L_{vDG1}+L_{vESS1}}---\left(9\right)$$K_{oESS}=\frac{L_{vDG1}}{L_{vDG1}+L_{vESS1}}---\left(10\right)$根据一阶滤波器G_DG2(s)截止频率的定义有：${\omega }_c=\frac{R_{vESS1}(L_{vDG1}+L_{vESS1})}{L_{vDG1}{L}_{vESS1}}---\left(11\right)$根据等式(11)可得，虚拟电阻R_vESS1为：$R_{vESS1}=\frac{L_{vDG1}{L}_{vESS1}{\omega }_c}{L_{vDG1}+L_{vESS1}}---\left(12\right)$当SoC≤SoC_low时，设定滤波器G_DG2(s)的稳态增益K_oDG>1，且滤波器G_ESS2(s)的稳态增益K_oESS<0，以实现储能系统的过放保护；当SoC≥SoC_high时，设定滤波器G_DG2(s)的稳态增益0<K_oDG<1，且滤波器G_ESS2(s)的稳态增益0<K_oESS<1，以实现储能系统的过充保护；在储能系统DC/DC变换器虚拟阻抗变换前后，设定滤波器G_DG2(s)的截止频率和分布式电源支路的参数：ω_c、L_vDG1、R_vDG1保持不变，以保证系统能量管理的分散化控制。 

关 键 词：发电系统;储能系统;分散式能量管理策略;发电单元;使用寿命;动态优化分配;脉动负载功率;电源;分布;设置;设计;公开;控制器;母线;建立;电压;提高;SoC;实现;恢复; 

法律状态：公开 

IPC专利分类号：H02J3/32(2006.01)I,H02J3/38(2006.01)I