一种超级电容混合储能功率调节方法及系统与流程

本发明涉及混合储能控制，具体为一种超级电容混合储能功率调节方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着新能源发电的高度渗透和可再生能源接入规模的不断扩大，电力系统面临着更多的不确定性和不稳定因素。在这种背景下，储能系统在电网调频、削峰填谷、无功功率支撑等方面发挥了越来越重要的作用。其中，混合储能系统hess因其优异的功率/能量特性而备受关注。hess将快速响应功率密度高的超级电容与能量密度大的锂电池进行有机结合，可实现瞬时高功率输出和长时能量补给，在很大程度上弥补了单一储能装置的不足。然而，如何高效地协调和管理hess内部不同储能单元的功率分配，充分发挥其混合储能优势，是一个亟待解决的关键问题。

2、目前，基于虚拟同步发电机vsg的控制策略被广泛应用于hess并网侧的功率调节控制中。vsg控制通过引入虚拟惯量、虚拟阻尼等等价运动方程，使储能系统的输出功率具有类似于同步发电机的惯性和阻尼特性，从而提高了系统的惯性响应能力和抗冲击能力。但传统的vsg控制中，虚拟惯量常被设定为固定常数值，这将导致vsg控制的调节性能无法随hess的工作状态进行动态调整和优化。虽然一些学者提出了基于滑模控制等理论对固定惯量值进行调节的尝试，但由于缺乏对hess内在储能特性的充分考虑，往往控制策略较为复杂，实际应用效果有限。因此，如何根据hess的实时工作状态自适应地调整虚拟惯量，实现更优的功率调节和频率支撑性能，是一个亟需解决的重要问题。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：如何提供一种超级电容混合储能功率调节方法。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种超级电容混合储能功率调节方法，包括：构建超级电容混合储能系统hess；实时采样所述超级电容混合储能系统hess的荷电状态soc；在所述超级电容混合储能系统hess中引入虚拟同步发电机vsg控制策略，建立自适应虚拟惯量vsg模型；将所述自适应虚拟惯量vsg模型的输出作为控制量，通过控制模块对所述超级电容混合储能系统hess的换流器进行调节，完成功率输出控制。

4、作为本发明所述的超级电容混合储能功率调节方法的一种优选方案，其中：所述超级电容混合储能系统hess包括超级电容、锂电池、多个换流器、升压变、并网开关，以及交流主网；其中，所述换流器包括一对dc-dc换流器和dc-ac换流器；所述超级电容和锂电池分别通过dc-dc换流器与直流母线连接；所述直流母线通过所述dc-ac换流器与所述升压变连接；所述升压变通过所述并网开关与所述交流主网连接。

5、所述荷电状态soc包括锂电池soc和超级电容soc。

6、作为本发明所述的超级电容混合储能功率调节方法的一种优选方案，其中：所述自适应虚拟惯量vsg模型的构建过程包括如下步骤，在所述超级电容混合储能系统hess中建立传统虚拟同步发电机vsg数学模型；对所述传统虚拟同步发电机vsg数学模型进行改进，将固定的虚拟惯量替换为动态的自适应虚拟惯量；建立所述自适应虚拟惯量与荷电状态soc的映射关系；将经过映射的所述自适应虚拟惯量代入所述传统虚拟同步发电机vsg数学模型中，得到自适应虚拟惯量vsg模型。

7、作为本发明所述的超级电容混合储能功率调节方法的一种优选方案，其中：所述传统虚拟同步发电机vsg数学模型通过如下公式表示：

8、；

9、；

10、；

11、其中， j为虚拟惯量、 d为虚拟阻尼系数、 ω为虚拟转子角速度、 ω0为同步角速度； p m和 p e分别为机械功率和电磁功率； p max为最大传输功率； δ为功角。

12、建立所述自适应虚拟惯量与荷电状态soc的映射关系的过程为：确定标称虚拟惯量 j n；获取锂电池的初始荷电状态 soc b0和超级电容的初始荷电状态 soc c0；获取锂电池的实时荷电状态 soc b和超级电容的荷电状态 soc c；计算非线性映射系数 β和 γ；根据标称虚拟惯量 j n、锂电池的初始荷电状态 soc b0、超级电容的初始荷电状态 soc c0、锂电池的实时荷电状态 soc b、超级电容的荷电状态 soc c，以及非线性映射系数 β和 γ计算出自适应虚拟惯量。

13、作为本发明所述的超级电容混合储能功率调节方法的一种优选方案，其中：所述自适应虚拟惯量与荷电状态soc的映射关系通过如下公式表示：

14、；

15、其中，为自适应虚拟惯量； j n为标称虚拟惯量值； soc b为锂电池的实时荷电状态； soc c为超级电容的实时荷电状态； soc b0为锂电池的初始荷电状态； soc c0为超级电容的初始荷电状态； β、 γ均为非线性映射系数。

16、非线性映射系数 β和 γ通过如下公式计算：

17、；

18、；

19、其中， p bat和 p cap分别为锂电池和超级电容的额定功率； c bat和 c cap分别为锂电池和超级电容的额定容量； k1和 k2为无量纲调节系数。

20、作为本发明所述的超级电容混合储能功率调节方法的一种优选方案，其中：所述自适应虚拟惯量vsg模型的输出作为控制量，通过控制模块对所述超级电容混合储能系统hess的换流器进行调节，完成功率输出控制，包括，获取所述自适应虚拟惯量vsg模型的输出；将所述自适应虚拟惯量vsg模型的输出传输至控制模块；所述控制模块计算目标功率输出；通过所述控制模块调整换流器的工作参数；在所述控制模块中集成实时监控和反馈机制，持续监控超级电容和锂电池的实际功率输出和荷电状态，通过闭环控制进行实时校正。

21、作为本发明所述的超级电容混合储能功率调节方法的一种优选方案，其中：所述目标功率输出的计算过程包括如下步骤，根据自适应虚拟惯量和当前负荷需求 p load，计算功率调整量 δp：

22、；

23、其中， p ref为参考功率输出值； k p为功率调整系数。

24、计算目标功率输出值：

25、；

26、其中， p target为目标功率输出值。

27、为解决上述技术问题，本发明进一步提供一种超级电容混合储能功率调节系统，包括：采集模块，用于实时采样所述超级电容混合储能系统hess的荷电状态soc；控制模块，用于计算所述自适应虚拟惯量vsg模型的输出并计算目标功率输出值；换流器调节模块，用于根据控制模块的输出调整超级电容混合储能系统hess的换流器工作参数；监控与反馈模块，用于集成实时监控和反馈机制，持续监控超级电容和锂电池的实际功率输出和荷电状态，通过闭环控制进行实时校正。

28、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述超级电容混合储能功率调节方法的步骤。

29、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述超级电容混合储能功率调节方法的步骤。

30、本发明的有益效果：本发明解决了传统vsg在功率调节过程中无法兼顾hess的soc问题，提高了hess功率调节动态性能。含有soc的自适应vsg可以使锂电池、超级电容充放电更加合理，自适应虚拟惯量调节更符合实际运行工况，在抑制功率变化时的超调及振荡基础上，有效提高vsg动态性能。