一种分布式混合储能系统的控制方法、装置及设备

本申请涉及电力系统控制领域，特别是涉及一种分布式混合储能系统的控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、近年来，光伏、风电等可再生清洁能源得到了快速发展，其发电占比不断提高，但因其间歇性、随机性、波动性的特点给电力系统的安全稳定运行带来隐患。配置储能系统是平抑新能源输出功率波动、维持电力系统稳定运行的有效手段，但单一种类的储能系统由于自身局限性难以同时满足使用寿命、响应速度、功率密度等多方面的要求，因此常结合不同种类的储能形式组成混合储能系统来进行配置使用。

2、混合储能通常将能量型储能(如锂电池、铅酸电池等)和功率型储能(超级电容、飞轮储能、超导磁储能等)配合使用，通过各自优势上的互补来满足多方面需求，但目前针对混合储能的研究和应用大都集中于蓄电池和超级电容的配合上，对于将飞轮储能作为功率型储能与蓄电池配合的混合储能形式的研究与应用相对较少，而飞轮储能响应速度快，使用寿命长，功率密度大，并且维护成本也较少，适合应对电力系统中变化周期小的高频功率波动，其与蓄电池配合构成混合储能系统，不仅能兼具高功率输出和高储能量的优点，并且能相互配合以平抑系统中的不同频率的功率波动，具有一定的发展前景。

3、当前针对飞轮和蓄电池组成的混合储能，常以分布式的结构应用于新能源发电组成的直流微电网中，在此应用过程中，决定分布式网络中多个混合储能系统平抑功率波动、维持直流微电网稳定效果的关键在于：如何设计混合储能系统的控制策略，使得作为功率型储能的飞轮和作为能量型储能的蓄电池能够合理分配系统中不同频率的不平衡功率，从而发挥各自的优势，并且在调节过程中保持直流母线电压水平的稳定。而当前针对飞轮和蓄电池组成的混合储能，其多组混合储能系统的功率分配控制多为集中式控制和分散式控制，集中式控制直接通过依靠滤波装置处理功率指令来分配不平衡功率，但是该方式对通信要求高，容易发生单点故障，控制的灵活性、可靠性差；而分散式控制利用同样基于拓展下垂控制的本地控制进行混合储能系统内部的功率分配，缺乏各混合储能系统间的协同配合和对系统整体的全局控制。

4、因此针对飞轮蓄电池构成的分布式混合储能系统，有必要设计有效的分布式控制策略来实现整个直流微电网系统的稳定运行以及不平衡功率在混合储能系统内部的合理分配。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种分布式混合储能系统的控制方法、装置及设备，可实现对可再生能源和负载之间的功率不平衡的补偿，提高分布式混合储能系统的稳定性。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、第一方面，本申请提供了一种分布式混合储能系统的控制方法，每个混合储能系统包括飞轮储能单元及蓄电池单元，所述飞轮储能单元通过ac/dc变流器接入直流母线，所述蓄电池单元通过双向dc/dc变流器接入直流母线，所述分布式混合储能系统的控制方法包括：

4、获取各混合储能系统的直流母线电压、平均直流母线电压、飞轮储能单元的运行数据及蓄电池单元的运行数据；

5、根据多个混合储能系统间的通信状态、各混合储能系统的直流母线电压及平均直流母线电压，采用一致性算法，确定各混合储能系统的电压修正量；

6、针对任一混合储能系统，根据所述混合储能系统的电压修正量及所述混合储能系统的蓄电池单元的运行数据，采用虚拟电阻下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制所述混合储能系统的蓄电池单元对应的双向dc/dc变流器；

7、根据所述混合储能系统的电压修正量及所述混合储能系统的飞轮储能单元的运行数据，采用虚拟电容下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制所述混合储能系统的飞轮储能单元对应的ac/dc变流器。

8、第二方面，本申请提供了一种分布式混合储能系统的控制装置，所述分布式混合储能系统包括多个混合储能系统，每个混合储能系统包括飞轮储能单元及蓄电池单元，所述飞轮储能单元通过ac/dc变流器接入直流母线，所述蓄电池单元通过双向dc/dc变流器接入直流母线，所述分布式混合储能系统的控制装置包括：

9、数据获取模块，与每个混合储能系统的飞轮储能单元及蓄电池单元连接，用于获取各混合储能系统的直流母线电压、平均直流母线电压、飞轮储能单元的运行数据及蓄电池单元的运行数据；

10、电压修正模块，与所述数据获取模块连接，用于根据多个混合储能系统间的通信状态、各混合储能系统的直流母线电压及平均直流母线电压，采用一致性算法，确定各混合储能系统的电压修正量；

11、蓄电池控制模块，分别与所述数据获取模块及所述电压修正模块连接，用于针对任一混合储能系统，根据所述混合储能系统的电压修正量及所述混合储能系统的蓄电池单元的运行数据，采用虚拟电阻下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制所述混合储能系统的蓄电池单元对应的双向dc/dc变流器；

12、飞轮控制模块，分别与所述数据获取模块及所述电压修正模块连接，用于针对任一混合储能系统，根据所述混合储能系统的电压修正量及所述混合储能系统的飞轮储能单元的运行数据，采用虚拟电容下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制所述混合储能系统的飞轮储能单元对应的ac/dc变流器。

13、第三方面，本申请提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述的分布式混合储能系统的控制方法的步骤。

14、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

15、本申请提供了一种分布式混合储能系统的控制方法、装置及设备，将下垂控制应用于飞轮和蓄电池构成的混合储能系统中，其中蓄电池单元采用虚拟电阻下垂控制，飞轮储能单元采用虚拟电容下垂控制，使得整个混合储能系统能够自动完成动态的扰动功率分配，实现对可再生能源和负载之间的功率不平衡的补偿，蓄电池单元主要补偿稳态时的不平衡功率，而飞轮储能单元补偿动态的高频不平衡功率。同时将一致性控制应用到分布式混合储能系统中，通过各个混合储能系统的相互通信，补偿因下垂控制固有特性造成的直流母线电压偏差，实现各混合储能系统间的协同配合，维持整个系统更稳定，不存在单点故障问题，可靠性高。

技术特征：

1.一种分布式混合储能系统的控制方法，所述分布式混合储能系统包括多个混合储能系统，每个混合储能系统包括飞轮储能单元及蓄电池单元，所述飞轮储能单元通过ac/dc变流器接入直流母线，所述蓄电池单元通过双向dc/dc变流器接入直流母线，其特征在于，所述分布式混合储能系统的控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，根据多个混合储能系统间的通信状态、各混合储能系统的直流母线电压及平均直流母线电压，采用一致性算法，确定各混合储能系统的电压修正量，具体包括：

3.根据权利要求2所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，采用以下公式确定混合储能系统i的平均直流母线电压更新值：

4.根据权利要求1所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，所述飞轮储能单元的运行数据包括飞轮电机定子三相交流电流、ac/dc变流器的输出电压、ac/dc变流器的输出电流及永磁同步电机的角速度；所述蓄电池单元的运行数据包括蓄电池的输出电流、双向dc/dc变流器的输出电压及双向dc/dc变流器的输出电流。

5.根据权利要求4所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，根据所述混合储能系统的电压修正量及所述混合储能系统的蓄电池单元的运行数据，采用虚拟电阻下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制所述混合储能系统的蓄电池单元对应的双向dc/dc变流器，具体包括：

6.根据权利要求5所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，采用以下公式确定混合储能系统i的蓄电池电压给定值：

7.根据权利要求4所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，根据所述混合储能系统的电压修正量及所述混合储能系统的飞轮储能单元的运行数据，采用虚拟电容下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制所述混合储能系统的飞轮储能单元对应的ac/dc变流器，具体包括：

8.根据权利要求7所述的分布式混合储能系统的控制方法，其特征在于，采用以下公式确定混合储能系统i的飞轮储能电压给定值：

9.一种分布式混合储能系统的控制装置，应用于权利要求1-8中任一项所述的分布式混合储能系统的控制方法，所述分布式混合储能系统包括多个混合储能系统，每个混合储能系统包括飞轮储能单元及蓄电池单元，所述飞轮储能单元通过ac/dc变流器接入直流母线，所述蓄电池单元通过双向dc/dc变流器接入直流母线，其特征在于，所述分布式混合储能系统的控制装置包括：

10.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-8中任一项所述的分布式混合储能系统的控制方法的步骤。

技术总结本申请公开了一种分布式混合储能系统的控制方法、装置及设备，涉及电力系统控制领域，该方法包括：获取各混合储能系统的直流母线电压、平均直流母线电压、飞轮储能单元的运行数据及蓄电池单元的运行数据；根据多个混合储能系统间的通信状态、各混合储能系统的直流母线电压及平均直流母线电压，采用一致性算法，确定各混合储能系统的电压修正量；采用虚拟电阻下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制蓄电池单元对应的双向DC/DC变流器；采用虚拟电容下垂控制及电压电流双闭环控制策略，控制飞轮储能单元对应的AC/DC变流器。本申请实现了对可再生能源和负载之间的功率不平衡的补偿，提高了分布式混合储能系统的稳定性。技术研发人员：房方,李子健,魏乐,李佳玉受保护的技术使用者：华北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2