HESS优化控制策略的设计

1、2 .HESSW化控制策略的设计2.1 定时间常数的低通滤波控制现阶段比较常见的是定平滑时间常数 T的一阶低通滤波器。并且只作用于电 池储能的优化控制。本文首先提出一种用于混合储能的低通滤波器。 如图2所示c图2-1基于定时间常数的 HESSW化控制原理框图图中BESSffi CAP分别为储能蓄电池和超级电容器，Pref是初始输出功率经低 通滤波之后直接并入电网的参考输出功率， Phes思Pwind与Pref之差所求出的输出 功率平抑目标。风电场得到的风电功率Pwind中含有大量的高频分量，经过一阶低通滤波器滤 波之后，可以获得频率较低的功率直接并入电网，而高频分量被储能系统吸收， 达到平抑输

2、出功率的目的。当 PWind Pref时，储能电站释放功率；当 PWind Pref时， 储能电站吸收功率。2.2 变时间常数的混合储能优化控制基于常见的一阶低通滤波模型的 HESS空制方案，缺点在于没有考虑储能电 站SOCffi功率限制等问题，容易造成储能系统过冲、过载和过放，直接导致了在 未充分利用超级电容器的情况下，使得蓄电池动作次数过多，容易影响储能电站 的寿命。本文提出一种基于变平滑时间常数的低通滤波方案，并在此基础上设计了一种合理分配蓄电池和超级电容器平抑功率和功率限幅的HESS/t化控制策略.所谓变平滑时间常数的低通滤波器是根据实测的 SOCR时、分段、分级改变 时间常数T的大小

3、。它的实质是间接地动态改变平抑目标。 储能系统的充放电功 率的调整，使得SOCS持工作在正常范围。为了便于解释，以图2-2为例阐述了 具有5个优先级的变平滑时间常数滤波器的控制理念。 因为超级电容器和蓄电池 的控制理念类似，这里只以蓄电池为例说明。100%过充1-a 较高1-b正常 区间较低过放不充电，只放电放电优先级大于充电正常充放电充电优先级大于放电V不放电，只充电一充电优先级。放电优先级4充电优先级1放电优先级3充电优先级2 放电优先级2 充电优先级3 放电优先级1 充电优先级4 放电优先级。图2-2电池优先级图中，优先级后面的数字越大，说明优先级越高。4表示优先级最大，0表示无优先级，

4、不允许充放电。在（b,1-b ）区间，为蓄电池正常充放电区域，优 先级中等，T为一常数。当剩余容量较高时，进入（1-b, 1-a）区间，此时放电 优先级大于充电优先级，即充电优先级 1,放电优先级3,增大时间常数T,加 快放电速度，避免SOCi快上升。当蓄电池满充状态时，不允许充电，只能放电。 当需要充电时，T=0,并网参考功率PREFt风电功率Pwind相等；当需要放电时， T很大，尽快离开满充区域。当 SO饭低或过放状态时，原理与之相反。当剩余 容量较低时，充电优先级大于放电优先级。当剩余容量处于（0, a）区间时，不 放电，只充电。为了量化控制规则，清楚反映低通滤波时间常数的变化， 做出

5、了以下的控制 规则表。表2-1控制规则表SOC区间电池状态平滑时间常数TT变化(0, a)充电优先级4Tc=k4(a-Isoc)+TT很大放电优先级0Tf=0T=0(a, b)充电优先级3Tc=k3(b-Isoc)+TT增大放电优先级1Tf=k1(b-Isoc)+T0T减小(b, 1-b)充电优先级2Tc= ToT为固定常数To放电优先级2Tf= To(1-b, 1-a)充电优先级 1Tc=k1(Isoc-1+b)+T0T减小放电优先级3Tf=k3(Isoc-1+b)+ToT增大(1-a, 1)充电优先级0Tc=0T=0放电优先级4Tf=k4(Isoc-1+a)+TfT很大表中Isoc是当前电

6、池荷电状态。T0是固定时间常数，即基准。Tc是充电工况 下的时间常数，Tf是放电工况下的时间常数。Ki、k2、k3、k4是时间常数T的调节 系数，通过判别电池所处的 SOCE问，改变T的变化斜率。a 、b为SOC区间分段点，可以依据电池的不同充放电深度、外特性线性变 化曲线等参数进行选取。To的选取至关重要，因为电池大部分时间工作在 SOCCE 常区间。在正常状态下，To选取需要满足并网功率的平滑度。而在非正常工作状 态下，首先需要防止电池的过充过放状态， 其次才是并网功率的平滑度。这些参 数的选取需根据实际应用中电池储能特性、并网控制目标、风电场规模并且需要结合算例进行选择，并且通过仿真调试

7、来确定这些参数的优化值。根据控制规则表，可以画出量化的控制规则变化曲线。如图 2-2。图2-2控制规则变化曲线3 .能量管理优化设计由第一节中所确定的HESS空制模型，根据电池和超级电容器各自的特性， 应由电池承担缓变的趋势性波动分量，超级电容器承担快变的往复性波动分量。在第二节所介绍的电池、超级电容器的分段控制规则基础上， 本文提出了一 种能量管理优化设计。以超级电容器优先响应原则，所以以其端电压5p来制定相应规则。设UCap_up、UCap_low、 分别为超级电容器上下阈值电压、余量系数。根 据制定的能量管理优化设计，制定了下图3-1能量优化控制逻辑图。实线表示状 态之间的依次转换，虚线

8、代表状态的选择性跳转。具体分析如下：图3-1能量优化控制逻辑图状态1:为初始状态，HESSi开始工作，由超级电容器承担充放电任务，储 能电池不工作。状态2：充电状态下，UCapUap_up,蓄电池不工作，减少蓄电池的动作次数，超级电容根据此刻的SOCW恒功率方式充电；放电状态下，UCap UCap_up,蓄电池不 工作，减少蓄电池动作次数，超级电容器按额定功率释能。状态3:充电状态下 ,UCap_up Ucap Ucap_up, 蓄电池按当前SOGS电，超级电容器充电功率Pcap = PHES,Pbat；放电状态下，UCap_up UCap UCap_up,蓄电池按当前 SOC放电，超级电容器

9、补偿功率Pcap=RES-Pbat。状态4：充电状态下，Uap Ulap_up , 控制电池充电功率 Pbat PhESS， 从而超级电 容器充电功率 Pcap=Pbat-PHESS，直至 Uap= Uap_up, 转入状态3；放电状态下，Uap Uap_low, 控制电池放电功率Pbat FHESS,从而超级电容器充电功率Rap=Pbat-PHESS,直至Uap= Uap_up,转入状态 3。状态5:充电状态下，由风速剧增而导致的风电输出功率波动过大，PHESS Rat_rated ,由当前状态2或3直接转入状态5,此时控制蓄电池充电功率 Pbat 不变，超级电容器功率 Rap=PHES-Pbat ,由于PhESS Pbat,从而PHES=Rap ,保护了蓄电 池。经过一小段时间，状态5结束，根据实时情况，转入状态 2或3或4。放电 状态下控制原理与充电状态下原理类似。状态6:电池充放电方向改变，且超级电容器处于正常工作区间，为了避免 储能电池充放电方向的变化而平抑不必要的小幅功率波动，从而增大电池动作次数。此时电池以一个较小的