[發(fā)明專利]一種風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010737401.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN111884253B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭坤;李俊芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南紅太陽新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/32;H02J7/35;H02J7/34;H02J13/00;H02J3/46;H02J9/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 廖元寶

1.一種風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)包括分布式發(fā)電單元和混合儲(chǔ)能單元，所述分布式發(fā)電單元與所述混合儲(chǔ)能單元相連；所述分布式發(fā)電單元包括光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，所述混合儲(chǔ)能單元包括超級(jí)電容和鋰電池組，其特征在于，控制風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)在并網(wǎng)模式與離網(wǎng)模式之間切換，其中在并網(wǎng)模式下：

當(dāng)光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能量充足時(shí)，優(yōu)先供給本地負(fù)載使用，剩余能量對(duì)混合儲(chǔ)能單元充電，如果仍有剩余則送并網(wǎng)；

當(dāng)光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能量不足時(shí)，且當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC≥設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，分布式發(fā)電單元和混合儲(chǔ)能單元同時(shí)為負(fù)載供電；當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC＜設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，分布式發(fā)電單元和電網(wǎng)同時(shí)為負(fù)載供電，同時(shí)電網(wǎng)為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電；

當(dāng)光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能量無時(shí)，且當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC≥設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，混合儲(chǔ)能單元為負(fù)載供電；當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC＜設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，電網(wǎng)為負(fù)載供電，同時(shí)電網(wǎng)為混合儲(chǔ)能單元充電；

以混合儲(chǔ)能單元的功率、SoC和SoV作為狀態(tài)變量s_t，鋰電池組的電流為作用變量a_t，混合儲(chǔ)能單元總的能量損失作為獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)r_t，進(jìn)行基于增強(qiáng)學(xué)習(xí)的電源優(yōu)化；

基于增強(qiáng)學(xué)習(xí)的電源管理方法具體為：

狀態(tài)s的值定義如下，將其視為獎(jiǎng)勵(lì)的折后和

其中，γ∈[0,1]表示折扣因子，r_t+1表示t+1時(shí)刻的獎(jiǎng)勵(lì)；當(dāng)狀態(tài)s的值為最優(yōu)時(shí)，值函數(shù)重寫為：

其中，表示從狀態(tài)s轉(zhuǎn)移到狀態(tài)s'的概率，表示從狀態(tài)s轉(zhuǎn)移到狀態(tài)s'的獎(jiǎng)勵(lì)；

根據(jù)下式確定最優(yōu)策略：

定義了最佳狀態(tài)-動(dòng)作值的最佳Q值，如下式所示：

Q值根據(jù)如下規(guī)則保持更新：

Q(s,a)＝Q(s,a)+α(r(s,a)+γmax_a'Q(s',a')-Q(s,a))

其中，α∈[0,1]為衰退因子；

在進(jìn)行電源優(yōu)化時(shí)，以最小代價(jià)得到一系列最優(yōu)動(dòng)作變量a(k)，其中代價(jià)包括鋰電池組能量損失、超級(jí)電容能量損失、DC/DC轉(zhuǎn)換模塊能量損失，表示如下：

其中，N表示運(yùn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)，L表示瞬時(shí)損耗，包括電池能量損耗L_b(k)、超級(jí)電容器能量損耗L_c(k)和DC/DC變換器損耗L_dcdc(k)，損失函數(shù)表示如下：

其中，η_dcdc(k)表示DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率，P_bat(k)為鋰電池輸出功率，z是一個(gè)邏輯值，當(dāng)充電時(shí)為1，放電時(shí)為0。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在離網(wǎng)模式下：

當(dāng)光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能量充足時(shí)，優(yōu)先供給負(fù)載使用，剩余能量對(duì)混合儲(chǔ)能單元充電，如果仍有剩余，則限制光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出；

當(dāng)光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能量不足時(shí)，

當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC≥設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，分布式發(fā)電單元和混合儲(chǔ)能單元同時(shí)為負(fù)載供電；

當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC＜設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，限制可控負(fù)載用電，保留重要負(fù)載電力供應(yīng)；

當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC＝設(shè)定值B時(shí)，停止電力供應(yīng)，直至儲(chǔ)混合儲(chǔ)能單元電量恢復(fù)至設(shè)定值時(shí)，恢復(fù)正常供電；

當(dāng)光伏系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能量無時(shí)，

當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC≥設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，混合儲(chǔ)能單元為負(fù)載供電；

當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC＜設(shè)定值A(chǔ)時(shí)，限制可控負(fù)載用電，保留重要負(fù)載電力供應(yīng)；

當(dāng)混合儲(chǔ)能單元SOC＝設(shè)定值B時(shí)，停止電力供應(yīng)，直至混合儲(chǔ)能單元電量恢復(fù)至設(shè)定值時(shí)，恢復(fù)正常供電。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，其中功率建模為平穩(wěn)馬爾可夫鏈，功率轉(zhuǎn)移概率矩陣通過最近鄰法和最大似然估計(jì)計(jì)算，如下：

其中，M_i,j表示從到的轉(zhuǎn)移次數(shù)，M_i表示從總共轉(zhuǎn)移次數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)光儲(chǔ)充校園微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，對(duì)狀態(tài)變量s_t進(jìn)行離散化，鋰電池組的擴(kuò)散電壓和剩余電量SoC離散化為：

其中，U_D(k)表示k時(shí)刻的擴(kuò)散電壓、SoC(k)表示k時(shí)刻的剩余電量、Q_b表示電池組的容量、η_b表示電池的庫侖效率、Δt表示采樣間隔、τ_bat表示電池時(shí)間常數(shù)；

超級(jí)電容的電壓狀態(tài)SoV可由下式得出：

SoV(k+1)＝SoV(k)-i_c(k)Δt/C_u

其中，C_u為超級(jí)電容容量。