[发明专利]一种多元储能的微电网并网协调控制方法及其系统

权利要求书

1.一种多元储能微电网并网运行模式协调控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下方法：

所述多元储能微电网并网运行模式协调控制系统，包括超级电容储能模块、磷酸铁锂电池储能模块、储能管理站、分布式发电单元、微电网能量管理系统和微电网负载；

所述超级电容储能模块与磷酸铁锂电池储能模块并联接入多元储能系统的公共交流母线；

所述超级电容储能模块包括超级电容和由储能管理站控制的第一储能变流器；所述磷酸铁锂电池储能模块包括磷酸铁锂电池和由储能管理站控制的第二储能变流器；

所述第一储能变流器及第二储能变流器分别包括第一双向DC/AC变流器及第二双向DC/AC变流器；

所述超级电容储能模块通过第一储能变流器接入多元储能系统的380V公共交流母线；磷酸铁锂电池储能模块通过第二储能变流器接入多元储能系统的380V公共交流母线；

所述380V公共交流母线经过变压器TM1升压后接入微电网10kV公共交流母线；

所述第一双向DC/AC变流器及第二双向DC/AC变流器采用三相全桥拓扑结构，由PWM控制器产生相应的控信号控制三相全桥，所述PWM控制器包括三相锁相环、功率控制器和PWM信号发生器；所述三相锁相环采用通过瞬时功率理论实现频率及相位锁定送给功率控制器；所述功率控制器基于电压电流双闭环解耦结构的功率控制策略，用于实现参考值与测量值的电压电流解耦控制，控制所述第一双向DC/AC变流器及第二双向DC/AC变流器输出相应的功率，生成电压调制波；所述PWM信号发生器将功率控制器生成的电压调制波，与三角波比较生成三相全桥变流器的调制脉冲，用于实现整体控制功能；

储能管理站接收微电网能量管理系统的控制指令和超级电容储能模块及磷酸铁锂电池储能模块的状态反馈指令，控制第一储能变流器及第二储能变流器，控制所述超级电容和磷酸铁锂电池工作在以下任意一种工作状态；

工作状态一：多元储能系统采用平滑功率波动的工作状态；

工作状态二：多元储能系统采用跟踪调度出力的工作状态；

工作状态三：多元储能系统采用削峰填谷的工作状态；

所述多元储能系统采用平滑功率波动状态，具体包括如下步骤：

步骤1.1、由所述微电网能量管理系统监测分布式发电单元的实际功率输出信号P_total，经由功率控制器的第一低通滤波器后得到所述分布式发电单元的参考输出功率P_{total_ref}，将分布式发电单元的实际功率P_total减去参考输出功率P_{total_ref}得到多元储能系统的输出功率参考值P_HESS；

步骤1.2、由所述储能管理站利用功率控制器的第二低通滤波器将步骤1.1中多元储能系统的输出功率参考值P_HESS分离得到磷酸铁锂电池低频补偿功率分量的参考值P_{b_ref}，再用P_HESS减去P_{b_ref}得到超级电容的高频补偿功率分量参考值P_{sc_ref}；

步骤1.3、由所述储能管理站将步骤1.2中超级电容的高频补偿功率分量参考值P_{sc_ref}传送至超级电容储能模块中的第一储能变流器，将步骤1.2中的磷酸铁锂电池的低频补偿功率分量参考值P_{b_ref}传送至磷酸铁锂电池储能模块中的第二储能变流器，同时所述储能管理站监测超级电容储能模块的电压U_sc和磷酸铁锂电池储能模块的SOC_b值，控制所述超级电容储能模块和磷酸铁锂电池储能模块的投切和充放电操作；

步骤1.4、以步骤1.3中的高频补偿功率分量的参考值P_{sc_ref}作为所采用的功率控制策略的目标有功功率信号控制所述第一双向DC/AC变流器的功率输出；以及以步骤1.3中的低频补偿分量的参考值P_{b_ref}作为所采用的功率控制策略的目标有功功率信号控制所述第二双向DC/AC变流器的功率输出；

步骤1.3中，将SOC_b值划分为如下区间，

0SOC_minSOC_bSOC_max1，

U_SC划分为如下区间，

0U_SCmin0.2U_SCmaxU_SC0.8U_SCmax和0.8U_SCmaxU_SCU_SCmax；

设置当P_HESS0时多元储能系统进入放电模式，当P_HESS0时多元储能系统进入充电模式；

所述多元储能系统采用跟踪调度出力状态，具体包括如下步骤：

步骤2.1、所述微电网能量管理系统监测分布式发电单元的实际功率P_total及所接收的并网点功率调度指令值P_line，计算多元储能系统所需的输出功率参考值P_HESS；

P_HESS＝P_line-P_total (5)

步骤2.2、由所述储能管理站利用功率控制器的第二低通滤波器将步骤2.1中多元储能系统的输出功率参考值P_HESS分离得到磷酸铁锂电池低频补偿功率分量的参考值P_{b_ref}，再用P_HESS减去P_{b_ref}得到超级电容的高频补偿功率分量参考值P_{sc_ref}；

步骤2.3、由所述储能管理站将步骤2.2中超级电容的高频补偿功率分量参考值P_{sc_ref}传送至超级电容储能模块中的第一储能变流器，将步骤2.2中的磷酸铁锂电池的低频补偿功率分量参考值P_{b_ref}传送至磷酸铁锂电池储能模块中的第二储能变流器，同时所述储能管理站监测超级电容储能模块的电压U_sc和磷酸铁锂电池储能模块的SOC_b值，控制所述超级电容储能模块和磷酸铁锂电池储能模块的投切和充放电操作；

步骤2.4、以步骤2.3中的高频补偿功率分量的参考值P_{sc_ref}作为所采用的功率控制策略的目标有功功率信号控制所述第一双向DC/AC变流器的功率输出；同时，以步骤2.3中的低频补偿分量的参考值P_{b_ref}作为所采用的功率控制策略的目标有功功率信号控制所述第二双向DC/AC变流器的功率输出；

所述多元储能系统采用削峰填谷工作状态，具体步骤如下：

步骤3.1、所述微电网能量管理系统监测分布式发电单元的实际输出的功率信号P_total和微电网负载实际输出功率信号P_load，计算多元储能系统所需的输出功率参考值P_HESS；

P_HESS＝P_load-P_total (6)

步骤3.2、由所述储能管理站利用功率控制器的第二低通滤波器将步骤3.1中多元储能系统的输出功率参考值P_HESS分离得到磷酸铁锂电池低频补偿功率分量的参考值P_{b_ref}，再用P_HESS减去P_{b_ref}得到超级电容的高频补偿功率分量参考值P_{sc_ref}；

步骤3.3、由所述储能管理站将步骤3.2中超级电容的高频补偿功率分量参考值P_{sc_ref}传送至超级电容储能模块中的第一储能变流器，将步骤3.2中的磷酸铁锂电池的低频补偿功率分量参考值P_{b_ref}传送至磷酸铁锂电池储能模块中的第二储能变流器，同时所述储能管理站监测超级电容储能模块的电压U_sc和磷酸铁锂电池储能模块的SOC_b值，控制所述超级电容储能模块和磷酸铁锂电池储能模块的投切和充放电操作；

步骤3.4、以步骤3.3中的高频补偿功率分量的参考值P_{sc_ref}作为所采用的功率控制策略的目标有功功率信号控制所述第一双向DC/AC变流器的功率输出；同时，以步骤3.3中的低频补偿分量的参考值P_{b_ref}作为所采用的功率控制策略的目标有功功率信号控制所述第二双向DC/AC变流器的功率输出；

实时监测磷酸铁锂电池的荷电状态SOC_b和超级电容器的端电压U_SC，将SOC_b划分为如下区间，0SOC_minSOC_bSOC_max1，U_SC划分为如下区间，0U_SCmin0.2U_SCmaxU_SC0.8U_SCmax和0.8U_SCmaxU_SCU_Scmax；设置当P_HESS0时多元储能系统进入放电模式，当P_HESS0时多元储能系统进入充电模式，采用如下流程步骤：

步骤1：判断输出功率参考指令值P_HESS，若P_HESS≥0则多元储能系统进入待放电模式，如果P_HESS＝0，则多元储能系统处于待机状态，如果P_HESS0，则微电网多元储能系统进入放电状态，转入步骤2，如果P_HESS0，则微电网多元储能系统进入充电状态转入步骤4；

步骤2：放电状态下，监测并比较超级电容器端电压U_SC与0.2U_SCmax的关系，若Usc≥0.2U_Cmax，则微电网多元储能系统输出功率参考值P_HESS首先由超级电容器放电来补偿，直到U_SC0.2U_Cmax时，储能管理站向第一储能变流器发出闭锁信号，将超级电容储能模块切除从而实现过放电保护，并转入步骤3；

步骤3：监测并比较磷酸铁锂电池SOC_b与SOC_min大小关系，如果SOC_b≥SOC_min，则由磷酸铁锂电池接着补偿步骤2中多元储能系统功率补偿的不足部分，监测级电容端电压和磷酸铁锂电池的荷电状态，如果SOC_b＜SOC_min，则储能管理站向第二储能变流器发出闭锁信号，将磷酸铁锂电池储能模块切除从而实现过放电保护；

步骤4：充电状态下，监测并比较超级电容端电压Usc与0.8U_SCmax的关系，若U_SC0.8U_SCmax，则超级电容首先充电，来吸收分布式发电单元发出的功率，直到U_SC≥0.8U_SCmax时，储能管理站向第一储能变流器发出闭锁信号，将超级电容储能模块切除从而实现过充电保护转入步骤5；

步骤5：监测并比较磷酸铁锂电池荷电状态SOC_b与SOC_max大小关系，如果SOC_b≤SOC_max，则由磷酸铁锂电池接着吸收步骤4中分布式发电单元输出功率的多余部分，监测级电容端电压和磷酸铁锂电池的荷电状态，如果SOC_b＞SOC_max时，则储能管理站向第二储能变流器发出闭锁信号，将磷酸铁锂电池储能模块切除从而实现过充电保护。

2.一种多元储能微电网并网运行模式协调控制系统，其特征在于，所述系统包括网络接口、存储器和处理器；其中，

所述网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行权利要求1所述多元储能微电网并网运行模式协调控制系统的控制方法的步骤。