[发明专利]含锂电池和超级电容的微电网孤岛运行模式协调控制方法

权利要求书

1.含锂电池和超级电容的微电网孤岛运行模式协调控制方法，其特征在于，所述微电网包括光伏发电系统、联合储能系统、负荷和微电网协调控制器；光伏发电系统、联合储能系统和负荷分别通过开关连接到公共交流母线；

联合储能系统包括锂电池储能单元和超级电容储能单元；

所述锂电池储能单元包括锂电池、双向DC/DC变换器1和双向DC/AC变换器1；所述锂电池与双向DC/DC变换器1相连，双向DC/DC变换器1与双向DC/AC变换器1连接；

所述超级电容储能单元包括超级电容、双向DC/DC变换器2和双向DC/AC变换器2；所述超级电容与双向DC/DC变换器2相连，双向DC/DC变换器2与双向DC/AC变换器2连接；

所述光伏发电系统受控于光伏发电本地控制器，所述联合储能系统受控于联合储能系统本地控制器；所述微电网协调控制器根据微电网负载实际输出有功功率信号P_load、负载无功功率Q_load、光伏发电系统的输出功率P_V、锂电池的荷电状态SOC_b以及超级电容的充放电深度U_dsc确定光伏发电系统和联合储能系统的协调控制指令，并将控制指令分别下发光伏发电本地控制器和联合储能系统本地控制器；

所述的光伏发电本地控制器和联合储能系统本地控制器分别根据接收的控制指令控制各自系统的变流器进行功率跟踪控制，实现光伏发电系统和联合储能系统的协调控制，

微电网协调控制器确定光伏发电系统和联合储能系统的协调控制指令的方法如下：

确定微电网负载实际输出功率信号P_load与光伏发电系统的输出功率P_V的差额有功功率ΔP，表达式为：ΔP＝P_load-P_V；

分别对差额有功功率值ΔP和负载无功功率Q_load进行分解，得到锂电池和超级电容的补偿功率分量；

判断锂电池的荷电状态SOC_b以及超级电容的充放电深度U_dsc，结合ΔP的符号来控制锂电池和超级电容的运行状态，具体包括：

(1)当ΔP0时，此时光伏发电功率大于负荷功率，需要储能装置吸收多余的功率，对储能装置的荷电状态进行判断：

1-1)当SOC_bSOC_{b_max}且U_dscU_dsc__max时，即令P_sc＝P_{sc_high}，P_{b_ref}＝P_{b_low}；

1-2)当SOC_bSOC_{b_max}且U_dsc≥U_dsc__max时，此时超级电容状态超过上限值，设置超级电容为锂电池充电，此时令P_sc＝P_{sc_high}-P_{sc_disc}，P_{b_ref}＝P_{b_low}+P_{sc_disc}；

1-3)当SOC_b≥SOC_{b_max}且U_dscU_dsc__max时，此时锂电池状态超过上限值，设置锂电池为超级电容充电，此时令P_sc＝P_{sc_high}+P_{b_disc}，P_{b_ref}＝P_{b_low}-P_{b_disc}；

1-4)当SOC_b≥SOC_{b_max}且U_dsc≥U_dsc__max时，此时将光伏发电系统的由MPPT模式转为AGC模式限制其发电量，使得ΔP0，负荷功率优先由锂电池和超级电容提供，转为步骤2-5)；

1-5)当SOC_b≤SOC_{b_min}且U_dsc≤U_dsc__min时，P_sc＝P_{sc_high}+P_{sc_c}，P_{b_ref}＝P_{b_low}+P_{b_c}；

(2)当ΔP0时，此时负荷功率大于光伏功率，需要储能装置放电补偿有功功率差额，对储能装置的荷电状态进行判断：

2-1)当SOC_bSOC_{b_min}且U_dscU_dsc__min时，即令P_sc＝P_{sc_high}；P_{b_ref}＝P_{b_low}；

2-2)当SOC_bSOC_{b_min}且U_dsc≤U_dsc__min时，此时超级电容状态处于下限值，设置锂电池为超级电容充电，此时令P_sc＝P_{sc_high}+P_{sc_c}，P_{b_ref}＝P_{b_low}-P_{sc_c}；

2-3)当SOC_b≤SOC_{b_min}且U_dscU_dsc__min时，此时锂电池处于下限值，设置超级电容为锂电池充电，此时令P_sc＝P_{sc_high}-P_{b_c}，P_{b_ref}＝P_{b_low}+P_{b_c}；

2-4)当SOC_b≤SOC_{b_min}且U_dsc≤U_dsc__min时，此时需要逐级切除普通负荷，使得ΔP0，通过光伏发电系统优先给联合储能系统充电，使得储能系统荷电量不至于过低而损坏，转为步骤1-5)；

2-5)当SOC_b≥SOC_{b_max}且U_dsc≥U_dsc__max时，P_sc＝P_{sc_high}-P_{sc_disc}，P_{b_ref}＝P_{b_low}-P_{b_disc}；

(3)当ΔP＝0时，此时光伏功率等于负荷功率，储能系统与微电网无功率交换，但是此时储能装置之间可以进行功率交换：

3-1)当U_dscU_dsc__max且SOC_bSOC_{b_max}时，或者U_dscU_{dsc_min}且SOC_bSOC_{b_min}，设置超级电容器向锂电池充电，即令P_sc＝-P_{sc_disc}，P_{b_ref}＝P_{sc_disc}；

3-2)当U_dscU_dsc__max且SOC_bSOC_{b_max}时，或者U_dscU_{dsc_min}且SOC_bSOC_{b_min}时，设置锂电池向超级电容器充电，即令P_sc＝P_{b_disc}，P_{b_ref}＝-P_{b_disc}

3-3)当U_dsc≥U_dsc__max且SOC_b≥SOC_{b_max}时，此时将光伏发电系统的由MPPT模式转为AGC模式限制其发电量，使得ΔP0，负荷功率优先由锂电池和超级电容提供，转为步骤2-5)；

3-4)当U_dsc≤U_{dsc_min}且SOC_b≤SOC_{b_min}时，此时需要逐级切除普通负荷，使得ΔP0，通过光伏发电系统优先给联合储能系统充电，使得储能系统荷电量不至于过低而损坏，转为步骤1-5)；

3-5)若储能装置的荷电状态不满足上述3-1)、3-2)、3-3)、3-4)条件，则储能装置不充电也不放电；

其中SOC_{b_max}为锂电池荷电最大值，SOC_{b_min}为锂电池荷电状态最小值，P_{b_ref}为锂电池有功功率参考值，P_{b_disc}为锂电池的放电功率，P_{b_c}为锂电池的充电功率，U_{dsc_max}为超级电容的充放电深度用端电压最大值，U_{dsc_min}为超级电容的充放电深度用端电压最小值，P_sc为储能控制系统中超级电容器的功率补偿值，P_{sc_high}为超级电容高频需要补偿功率分量参考值，P_{sc_disc}为超级电容器的放电功率，P_{sc_c}为超级电容器的充电功率，P_{sc_ref}为超级电容有功功率参考值，P_{b_low}为锂电池低频补偿有功功率分量的参考值。