[發明專利]一種采用多階濾波的混合儲能系統功率分配方法

有效

• 申請號: 201911376965.X
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111030155B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 李學斌;劉建偉;劉偉;陳海波;陳世龍
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團天津電力設計院有限公司;天津津電供電設計所有限公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/38;H02J7/34
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種采用多階濾波的混合儲能系統功率分配方法，其技術特點在于：包括以下步驟：步驟1、構造多階濾波傳遞函數；步驟2、基于步驟1構造的多階濾波傳遞函數，計算多階高頻濾波環節響應混合儲能功率指令，進而分析多階高通濾波的容量恢復特性；步驟3、基于步驟2的對多階高通濾波的容量恢復特性分析，制定對交接頻率選擇原則。本發明能夠克服一階巴特沃思濾波響應高頻功率指令時的積分作用，提高了功率型儲能的利用率。

技術領域

本發明屬于儲能系統功率分配技術領域，涉及混合儲能系統功率分配方法，尤其是一種采用多階濾波的混合儲能系統功率分配方法。

背景技術

混合儲能系統通常由鋰電池儲能和超級電容儲能構成，將其應用于風電潮流控制系統以補償風電功率預測誤差，提高跟蹤調度計劃能力，系統結構如圖1所示。

忽略系統各部分的能量損耗，則如圖1所示風電潮流控制系統的有功功率平衡關系為：

P_HESS＝P_LB+P_SC (1)

P_HESS+P_Wind＝P_Grid (2)

式中，P_HESS為混合儲能系統功率指令，P_LB為鋰電池儲能輸出功率；P_SC為超級電容儲能輸出功率；P_Wind為風力發電系統輸出功率；P_Grid為聯絡線功率。

傳統一階巴特沃思型濾波環節在通帶內響應最為平坦，且衰減特性和相位特性均較好，因而得到了廣泛的應用。一階巴特沃思低通濾波環節的傳遞函數H(s)為：

式中，s為微分算子，T為濾波時間常數。對于一階巴特沃思濾波環節，交接角頻率為濾波時間常數T的倒數，常根據超級電容儲能需要平抑的功率波動頻帶確定。

一階巴特沃思濾波環節對混合儲能系統功率指令(功率目標值)P_HESS進行濾波得到其低頻波動分量作為鋰電池儲能的功率指令P_{LB_ref}，再將低通濾波后的功率指令剩余部分作為超級電容儲能的功率指令P_{SC_ref}。規定功率大于零表示放電、小于零表示充電，則混合儲能系統功率分配中存在以下關系：

P_{SC_ref}(s)＝(1-H(s))P_HESS(s) (4)

P_{LB_ref}(s)＝H(s)P_HESS(s) (5)

式(4)、式(5)中的傳遞函數所對應的對數幅頻漸進特性曲線如圖2(a)和圖2(b)所示。圖中ω為角頻率(rad/s)，L(ω)為對數幅頻響應(dB)，交接頻率為ω＝1/T，交接頻率處的誤差為-3dB。圖2(a)中低頻部分的斜率為20dB/dec，圖2(b)中高頻部分的斜率為-20dB/dec。

將式(4)、式(5)進行后向差分，設Δt為計算步長，得到

由式(6)、式(7)可知，超級電容儲能功率指令P_SC__ref主要反映P_HESS的變化而呈高頻波動，P_LB__ref主要保持上一時刻的狀態而緩慢跟隨P_HESS的變化。