[發明專利]一種含可變速海水抽蓄機組和化學儲能的聯合系統混合模型預測控制方法

有效

• 申請號: 201910355108.5
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110034569B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 鄧長虹;陳亞紅;李定林;陳滿
• 申請（專利權）人: 武漢大學;南方電網調峰調頻發電有限公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/46
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明提出一種含可變速海水抽蓄機組和化學儲能的聯合系統混合模型預測控制方法，本發明綜合考慮了頂層控制(調度控制)和底層控制(下垂控制)在不同時間尺度上對復合儲能聯合系統內儲能電池SOC的累積影響。通過實時運行，模擬了可變速海水抽水蓄能機組和儲能電池在電網內受可再生能源隨機預測誤差干擾的實際運行狀況；通過采用減時域滾動優化，來解決可再生能源出力的小隨機預測誤差對儲能電池SOC的累積影響，同時兼顧了可變速海水抽水蓄能機組運行經濟性；通過采用啟發式控制，來應對可再生能源出力的大隨機預測誤差對儲能電池SOC的累積影響；通過反饋校正，及時改變可變速海水抽水蓄能機組和儲能電池的運行狀態。

技術領域

本發明屬于微電網運行控制領域，具體涉及一種含可變速海水抽水蓄能機組和化學儲能的復合儲能聯合系統(孤網運行的海島微電網)在線閉環混合模型預測控制(Hybrid-MPC)方法。

背景技術

孤網運行的含可變速海水抽水蓄能機組、鉛酸儲能電池和可再生能源的海島微電網，為確保微電網系統可以經濟、安全、可靠的運行，采用三層控制結構。頂層(能量管理)根據可再生能源出力和負載需求的日前預測信息、機組運行約束條件、儲能電池運行約束條件、目標函數等，采用優化算法求解目標函數，優化安排機組和儲能電池的日前運行計劃，提高系統運行經濟性。底層采用下垂控制，使機組、儲能電池實時調整功率，滿足微電網的能量供給-需求實時平衡關系。中間層為二次調頻、調壓控制，滿足系統電能質量要求。

然而可再生能源出力預測誤差往往較大，導致能量管理系統制定的機組和儲能電池日前運行計劃與實際運行情況偏離。機組和儲能電池采用下垂控制參與微電網一次調頻，受可再生能源隨機預測誤差的影響，機組和儲能電池的實際功率值與它們各自的運行計劃功率設定值均會產生偏差。儲能電池的容量固定且由于儲能電池價格昂貴，容量并不會設置得很大。并且儲能電池有上、下SOC安全運行范圍，SOC在該范圍內方能確保安全運行。在儲能電池的運行中，其實際功率與運行計劃功率的偏差會引起SOC偏差(功率偏差與時間的乘積)不斷積累，造成儲能電池實際SOC與調度計劃的SOC偏差越來越大。在日內某時刻儲能電池實際SOC到達上、下SOC安全范圍以外，則造成儲能電池過充或過放，導致受BMS(電池管理系統)控制的儲能電池限功率運行或離線，此時微電網的運行穩定性將降低。

為應對可再生能源對微電網運行的影響，已有研究提出采用啟發式協調控制策略，如專利：CN201610158500-一種基于包絡線控制的微電網有功實時調度方法，以可再生能源實時出力信息為控制變量協調控制機組和儲能電池，考慮了隨機預測誤差的影響。也有采用滾動優化方法，為應對隨機誤差的擾動，對可再生能源出力反復進行了短期預測。還有基于預測誤差的經濟調度模型，修正了誤差引起的功率波動。然而，啟發式控制相對于日前優化具有經濟性不高的缺點，滾動優化具有應對大預測誤差對系統的干擾能力不強的缺點。最為重要的是，這些方法均忽略了可再生能源出力隨機預測誤差的累積效應，沒有解決預測誤差造成儲能電池SOC偏差，導致儲能電池限功率運行或離線，最終使微電網運行穩定性降低的問題。

發明內容

針對受可再生能源出力預測誤差的影響，儲能電池功率偏差的累積效應引起實際SOC偏差過大，造成儲能電池限功率運行或離線的問題，提出了一種根據儲能電池實時SOC狀態反饋在線更改微電網運行計劃的閉環混合模型預測(Hybrid-MPC)控制策略，以使在預測誤差對微電網的擾動下，儲能電池SOC始終保持在正常范圍，儲能電池始終正常運行，保持微電網的運行穩定性。

為實現上述目的，采用了以下技術方案，如圖1所示。Hybrid-MPC控制策略包含四個部分，即實時運行模擬、減時域滾動優化、啟發式協調控制和反饋校正。具體步驟如下：

一種含可變速海水抽蓄機組和化學儲能的聯合系統混合模型預測控制方法，其特征在于，包括：

步驟1，進行微電網的實時運行模擬。按1:1設定機組和儲能電池的下垂曲線斜率，再按日前運行計劃設定下垂曲線的功率設定點，將實時測得的可再生能源出力和負載功率輸入進微電網，模擬微電網的實際運行；