[发明专利]一种含可变速海水抽蓄机组和化学储能的联合系统混合模型预测控制方法

说明书

本发明提出一种含可变速海水抽蓄机组和化学储能的联合系统混合模型预测控制方法，本发明综合考虑了顶层控制(调度控制)和底层控制(下垂控制)在不同时间尺度上对复合储能联合系统内储能电池SOC的累积影响。通过实时运行，模拟了可变速海水抽水蓄能机组和储能电池在电网内受可再生能源随机预测误差干扰的实际运行状况；通过采用减时域滚动优化，来解决可再生能源出力的小随机预测误差对储能电池SOC的累积影响，同时兼顾了可变速海水抽水蓄能机组运行经济性；通过采用启发式控制，来应对可再生能源出力的大随机预测误差对储能电池SOC的累积影响；通过反馈校正，及时改变可变速海水抽水蓄能机组和储能电池的运行状态。

技术领域

本发明属于微电网运行控制领域，具体涉及一种含可变速海水抽水蓄能机组和化学储能的复合储能联合系统(孤网运行的海岛微电网)在线闭环混合模型预测控制(Hybrid-MPC)方法。

背景技术

孤网运行的含可变速海水抽水蓄能机组、铅酸储能电池和可再生能源的海岛微电网，为确保微电网系统可以经济、安全、可靠的运行，采用三层控制结构。顶层(能量管理)根据可再生能源出力和负载需求的日前预测信息、机组运行约束条件、储能电池运行约束条件、目标函数等，采用优化算法求解目标函数，优化安排机组和储能电池的日前运行计划，提高系统运行经济性。底层采用下垂控制，使机组、储能电池实时调整功率，满足微电网的能量供给-需求实时平衡关系。中间层为二次调频、调压控制，满足系统电能质量要求。

然而可再生能源出力预测误差往往较大，导致能量管理系统制定的机组和储能电池日前运行计划与实际运行情况偏离。机组和储能电池采用下垂控制参与微电网一次调频，受可再生能源随机预测误差的影响，机组和储能电池的实际功率值与它们各自的运行计划功率设定值均会产生偏差。储能电池的容量固定且由于储能电池价格昂贵，容量并不会设置得很大。并且储能电池有上、下SOC安全运行范围，SOC在该范围内方能确保安全运行。在储能电池的运行中，其实际功率与运行计划功率的偏差会引起SOC偏差(功率偏差与时间的乘积)不断积累，造成储能电池实际SOC与调度计划的SOC偏差越来越大。在日内某时刻储能电池实际SOC到达上、下SOC安全范围以外，则造成储能电池过充或过放，导致受BMS(电池管理系统)控制的储能电池限功率运行或离线，此时微电网的运行稳定性将降低。

为应对可再生能源对微电网运行的影响，已有研究提出采用启发式协调控制策略，如专利：CN201610158500-一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，以可再生能源实时出力信息为控制变量协调控制机组和储能电池，考虑了随机预测误差的影响。也有采用滚动优化方法，为应对随机误差的扰动，对可再生能源出力反复进行了短期预测。还有基于预测误差的经济调度模型，修正了误差引起的功率波动。然而，启发式控制相对于日前优化具有经济性不高的缺点，滚动优化具有应对大预测误差对系统的干扰能力不强的缺点。最为重要的是，这些方法均忽略了可再生能源出力随机预测误差的累积效应，没有解决预测误差造成储能电池SOC偏差，导致储能电池限功率运行或离线，最终使微电网运行稳定性降低的问题。

发明内容

针对受可再生能源出力预测误差的影响，储能电池功率偏差的累积效应引起实际SOC偏差过大，造成储能电池限功率运行或离线的问题，提出了一种根据储能电池实时SOC状态反馈在线更改微电网运行计划的闭环混合模型预测(Hybrid-MPC)控制策略，以使在预测误差对微电网的扰动下，储能电池SOC始终保持在正常范围，储能电池始终正常运行，保持微电网的运行稳定性。

为实现上述目的，采用了以下技术方案，如图1所示。Hybrid-MPC控制策略包含四个部分，即实时运行模拟、减时域滚动优化、启发式协调控制和反馈校正。具体步骤如下：

一种含可变速海水抽蓄机组和化学储能的联合系统混合模型预测控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，进行微电网的实时运行模拟。按1:1设定机组和储能电池的下垂曲线斜率，再按日前运行计划设定下垂曲线的功率设定点，将实时测得的可再生能源出力和负载功率输入进微电网，模拟微电网的实际运行；