1.本发明属于储能系统控制技术领域，尤其是基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法。
背景技术：2.当光伏电源大量接入电网中时，会严重影响电网的电能质量以及功率平衡。为解决光伏发电波动性、随机性、间歇性等问题，在光伏发电系统中引入储能系统，使得光伏电源能够很好地为大电网所接纳，提高发电系统的电能质量以及可靠性。接入储能系统与光伏电源配合使用，可以解决光伏发电功率波动及光伏发电与负荷功率的功率不平衡问题；同时，储能系统可在电网故障时抑制电压跌落及解决瞬时供电中断等问题，为电网的可靠运行起到了重要的支撑作用。利用储能装置虽可在一定程度上起到抑制功率波动的作用，但是单一的储能装置很难同时满足功率与能量两方面要求，而利用超级电容与蓄电池组成的混合储能系统对于光储系统的稳定控制、电能质量的改善和不间断供电具有非常重要的作用。
技术实现要素：3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，通过引入模糊控制用于分频协调过程中，进一步优化混合储能的内部功率指令分配，并为电池和超级电容设计相互独立的模糊控制器，二次修正电池储能和超级电容储能的输出功率指令，从而合理分配功率，保护储能设备。
4.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
5.基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，包括以下步骤：
6.步骤1、使用低通滤波法对混合储能系统进行功率分流；
7.步骤2、获取蓄电池和超级电容的荷电状态；
8.步骤3、根据功率分流情况以及蓄电池和超级电容的荷电状态使用模糊控制方法对混合储能系统进行分频协调控制。
9.而且，所述步骤1包括以下步骤：
10.步骤1.1、将t＝0时刻的光伏电源输出功率p
pv
(t)通过第一个低通滤波器，得到光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)；
11.步骤1.2、将得到的光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)与光伏电源输出功率p
pv
(t)作差得到由超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)；
12.步骤1.3、将得到的混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)通过第二个低通滤波器得到蓄电池的初级功率指令p
*b
(t)；
13.步骤1.4、将蓄电池的初级功率指令p
*b
(t)与混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)作差得到高频分量超级电容的初级功率指令p
*sc
(t)。
14.而且，所述步骤1.1中光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)经复频域电路得到模型为：
[0015][0016]
其中，s为复频域，t1为光伏电源功率的时间常数。
[0017]
而且，所述步骤1.2的具体计算方法为：
[0018][0019]
而且，所述步骤1.3的具体计算方法为：
[0020][0021]
其中，s为复频域，t2为蓄电池功率的时间常数。
[0022]
而且，所述步骤1.4的具体计算方法为：
[0023][0024]
而且，所述步骤3包括以下步骤：
[0025]
步骤3.1、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态socb(t)偏小，若满足条件，则无动作，否则进行步骤3.2；
[0026]
步骤3.2、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态socb(t)适中，若满足条件，则使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.3；
[0027]
步骤3.3、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态socb(t)偏大，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.4；
[0028]
步骤3.4、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态socb(t)偏小，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.5；
[0029]
步骤3.5、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态socb(t)适中，若满足条件，则使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.6；
[0030]
步骤3.6、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态socb(t)偏大，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.7；
[0031]
步骤3.7、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态socb(t)偏小，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.8；
[0032]
步骤3.8、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态socb(t)适中，若满足条件，则使用使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.9；
[0033]
步骤3.9、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态socb(t)偏大，若满足条件，则无动作，否则计算t时段结束时超级电容的剩余荷电状态p
sc
(t)和蓄电池的剩余荷电状态pb(t)，并使t＝t+1，返回步骤1.1。
[0034]
而且，所述步骤3.9中t时段结束时超级电容的剩余荷电状态p
sc
(t)和蓄电池的剩余荷电状态pb(t)的计算方法为：
[0035][0036][0037][0038][0039][0040]
其中，t为当前时刻，t2为蓄电池功率的时间常数，k
sc
(t)为超级电容功率指令调节系数；kb(t)为蓄电池功率指令调节系数。
[0041]
本发明的优点和积极效果是：
[0042]
本发明通过选择将低通滤波法与模糊控制法相结合的控制策略，使用低通滤波法对混合储能系统进行功率分流，可以在保证系统功率平衡的前提下，使混合储能单元能够更好地协调配合，同时引入模糊控制用于分频协调过程中，进一步优化混合储能的内部功率指令分配，并为电池和超级电容设计相互独立的模糊控制器，二次修正电池储能和超级电容储能的输出功率指令，从而合理分配功率，保护储能设备。本发明使得混合储能系统即使处于极端的状态下也能恢复稳定的运行，能够为混合储能系统平抑光伏波动的长期稳定运行提供可靠保障。
附图说明
[0043]
图1为本发明的流程图；
[0044]
图2为混合储能系统接入光伏系统结构
[0045]
图3为本发明中混合储能的功率指令；
[0046]
图4为本发明实施例中蓄电池荷电状态对比图；
[0047]
图5为本发明实施例中超级电容荷电状态在30％极端状态对比图；
[0048]
图6为本发明实施例中超级电容在90％极端状态对比图。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图对本发明做进一步详述。
[0050]
基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，如图1所述，包括以下步骤：
[0051]
步骤1、使用低通滤波法对混合储能系统进行功率分流。
[0052]
步骤1.1、将t＝0时刻的光伏电源输出功率p
pv
(t)通过第一个低通滤波器，得到光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)。
[0053]
光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)经复频域电路得到模型为：
[0054]
[0055]
其中，s为复频域，t1为光伏电源功率的时间常数。
[0056]
步骤1.2、将得到的光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)与光伏电源输出功率p
pv
(t)作差得到由超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)。
[0057][0058]
步骤1.3、将得到的混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)通过第二个低通滤波器得到蓄电池的初级功率指令p
*b
(t)。
[0059][0060]
其中，s为复频域，t2为蓄电池功率的时间常数。
[0061]
步骤1.4、将蓄电池的初级功率指令p
*b
(t)与混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)作差得到高频分量超级电容的初级功率指令p
*sc
(t)。
[0062][0063]
步骤2、获取蓄电池和超级电容的荷电状态。
[0064]
步骤3、根据功率分流情况以及蓄电池和超级电容的荷电状态使用模糊控制方法对混合储能系统进行分频协调控制。
[0065]
步骤3.1、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态socb(t)偏小，若满足条件，则无动作，否则进行步骤3.2。
[0066]
分频协调过程中使模糊控制用，可以进一步优化混合储能的内部功率指令分配。根据蓄电池和超级电容的荷电状态(soc)分别建立模糊控制器对混合储能初级功率指令进行优化。针对超级电容模糊控制器(flc-sc)和蓄电池模糊控制器(flc-b)，soc
sc
(t)、socb(t)分别为t时段结束时超级电容和蓄电池的剩余荷电状态；p
sc
(t)、pb(t)分别为超级电容、蓄电池t时段的充放电功率。
[0067]
则其模糊规则详述如下：
[0068]
(1)、当soc
sc
(t)适中时，超级电容储能即按照初级功率指令p
sc
(t)进行充放电。
[0069]
(2)、当soc
sc
(t)较小时，表明超级电容剩余容量不足。如果此时p
sc
(t)《0，则需修正p
sc
(t)使其增大，并相应调整pb(t)；如果p
sc
(t)》0，则保持不变。
[0070]
(3)、当soc
sc
(t)较大时，表明超级电容容量趋于饱和。如果此时p
sc
(t)》0，则需修正p
sc
(t)使其减小，并相应调整pb(t)；如果p
sc
(t)《0，则保持不变。
[0071]
由于两个模糊控制器同时工作可能会导致系统功率不平衡，因此需要根据蓄电池和超级电容混合储能的荷电状态决定两个模糊控制器的动作标准，保证同一时刻只有一个模糊控制器动作，具体的动作标准如表1所示。
[0072]
表1模糊控制器的动作标准
[0073]
[0074][0075]
如表1所示，在大部分情况下两个模糊控制器中会有一个动作实现对初级功率指令的优化。
[0076]
步骤3.2、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态socb(t)适中，若满足条件，则使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.3。
[0077]
步骤3.3、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态socb(t)偏大，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.4。
[0078]
步骤3.4、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态socb(t)偏小，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.5。
[0079]
步骤3.5、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态socb(t)适中，若满足条件，则使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.6。
[0080]
步骤3.6、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态socb(t)偏大，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.7。
[0081]
步骤3.7、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态socb(t)偏小，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.8。
[0082]
步骤3.8、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态socb(t)适中，若满足条件，则使用使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.9。
[0083]
步骤3.9、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态socb(t)偏大，若满足条件，则无动作，否则计算t时段结束时超级电容的剩余荷电状态p
sc
(t)和蓄电池的剩余荷电状态pb(t)，并使t＝t+1，返回步骤1.1。
[0084]
t时段结束时超级电容的剩余荷电状态p
sc
(t)和蓄电池的剩余荷电状态pb(t)的计算方法为：
[0085][0086][0087][0088][0089][0090]
其中，t为当前时刻，t2为蓄电池功率的时间常数，k
sc
(t)为超级电容功率指令调节
系数；kb(t)为蓄电池功率指令调节系数。
[0091]
根据上述基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，以额定装机容量为40kw的光伏发电系统为例，根据图2所示的混合储能系统接入光伏系统结构，混合储能采用直流侧接入光伏系统模式，储能系统经过换流器与光伏组件和逆变器相连，位于整个系统的直流侧。光伏发电系统、蓄电池、超级电容器分别通过各自dc/dc变换器接入直流母线，并通过dc/ac接入交流电网，向交流负载供电。
[0092]
使用matlab/simulink搭建光伏并网仿真平台，其中蓄电池和超级电容参数如表2所示。
[0093]
表2混合储能系统参数表
[0094][0095]
仿真中，先以低通滤波器进行初级分配，再以蓄电池soc和超级电容soc为模糊输入量对功率指令划分进行模糊修正，获得经模糊优化后的储能功率指令。
[0096]
如图3所示为经模糊优化后的储能功率指令。从功率指令分配可以看出，蓄电池储能承担了正负转换次数较少的低频波动部分，而超级电容承担了波动频繁的高频部分，发挥出了各自的优势。
[0097]
如图4所示为蓄电池采用soc模糊控制与未采用soc模糊控制对比图。从图中可以清晰的看到，未采用soc模糊控制的储能装置，在面对较大的功率变化时，出现了过充过放的情况，以至于使蓄电池的使用寿命大大缩短；当蓄电池采用soc模糊控制策略时，即使面对较大功率的波动，蓄电池也能保持设定允许的范围内，从而保护了储能设备，延长了其使用寿命。
[0098]
为了进一步验证soc在模糊控制下的调节能力，本发明分别将超级电容的初始荷电状态设置为30％和90％，以此来观察在soc处于极限的情况下，采用模糊控制与未采用模糊控制荷电状态的对比。
[0099]
如图5所示，当超级电容初始荷电状态为30％时，未采用模糊控制的soc一直在30％附近波动，当面对较大功率波动时，还会有越限的情况发生；当采用模糊控制后，超级电容的soc会升高到一个健康合理的区间，最大最小的波动范围始终在20％～95％之间。
[0100]
如图6所示，设置超级电容初始荷电状态为90％，可以观察到未采用模糊控制的soc一直处于90％上下浮动，甚至还出现了过放现象；而采用模糊控制后的soc，会迅速降低至健康合理的区间40％～80％，即使面对较大的功率变化，也会一直在设定好的工作范围20％～95％之内。
[0101]
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
技术特征：1.基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、使用低通滤波法对混合储能系统进行功率分流；步骤2、获取蓄电池和超级电容的荷电状态；步骤3、根据功率分流情况以及蓄电池和超级电容的荷电状态使用模糊控制方法对混合储能系统进行分频协调控制。2.根据权利要求1所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1、将t＝0时刻的光伏电源输出功率p
pv
(t)通过第一个低通滤波器，得到光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)；步骤1.2、将得到的光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)与光伏电源输出功率p
pv
(t)作差得到由超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)；步骤1.3、将得到的混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)通过第二个低通滤波器得到蓄电池的初级功率指令p
*b
(t)；步骤1.4、将蓄电池的初级功率指令p
*b
(t)与混合储能系统功率指令参考值p
hess
(t)作差得到高频分量超级电容的初级功率指令p
*sc
(t)。3.根据权利要求2所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤1.1中光伏电源出力的参考值p
pv_ref
(t)为经复频域电路得到的模型：其中，s为复频域，t1为光伏电源功率的时间常数。4.根据权利要求2所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤1.2的具体计算方法为：5.根据权利要求2所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤1.3的具体计算方法为：其中，s为复频域，t2为蓄电池功率的时间常数。6.根据权利要求2所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤1.4的具体计算方法为：7.根据权利要求1所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)偏小，若满足条件，则无动作，否则进行步骤3.2；
步骤3.2、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)适中，若满足条件，则使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.3；步骤3.3、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏小并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)偏大，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.4；步骤3.4、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)偏小，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.5；步骤3.5、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)适中，若满足条件，则使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.6；步骤3.6、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)适中并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)偏大，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.7；步骤3.7、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)偏小，若满足条件，则使用蓄电池模糊控制器flc-b对蓄电池进行调整，否则进行步骤3.8；步骤3.8、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)适中，若满足条件，则使用使用超级电容模糊控制器flc-sc对超级电容进行调整；否则进行步骤3.9；步骤3.9、判断是否电容荷电状态soc
sc
(t)偏大并且蓄电池荷电状态soc
b
(t)偏大，若满足条件，则无动作，否则计算t时段结束时超级电容的剩余荷电状态p
sc
(t)和蓄电池的剩余荷电状态p
b
(t)，并使t＝t+1，返回步骤1.1。8.根据权利要求7所述的基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤3.9的具体实现方法为：将复频域模型拉普拉斯逆变换后，计算t时段结束时超级电容的剩余荷电状态p
sc
(t)和蓄电池的剩余荷电状态p
b
(t)：(t)：(t)：(t)：(t)：其中，t为当前时刻，t2为蓄电池功率的时间常数，k
sc
(t)为超级电容功率指令调节系数；k
b
(t)为蓄电池功率指令调节系数。
技术总结本发明涉及基于低通滤波算法与模糊控制法的混合储能系统控制方法，通过选择将低通滤波法与模糊控制法相结合的控制策略，使用低通滤波法对混合储能系统进行功率分流，可以在保证系统功率平衡的前提下，使混合储能单元能够更好地协调配合，同时引入模糊控制用于分频协调过程中，进一步优化混合储能的内部功率指令分配，并为电池和超级电容设计相互独立的模糊控制器，二次修正电池储能和超级电容储能的输出功率指令，从而合理分配功率，保护储能设备。本发明使得混合储能系统即使处于极端的状态下也能恢复稳定的运行，能够为混合储能系统平抑光伏波动的长期稳定运行提供可靠保障。抑光伏波动的长期稳定运行提供可靠保障。抑光伏波动的长期稳定运行提供可靠保障。
技术研发人员：王坤 甘智勇 张利 杨国朝 田禾 聂前 戚艳 王森 赵学明 边疆 程宝华 杨朝雯
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司 国家电网有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
