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

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ΔP<0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 b <SOC b_max 且U dsc <U dsc _ max 时，即令P sc ＝P sc_high ，P b_ref ＝P b_low ；1-2)当SOC b <SOC 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 dsc <U 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ΔP>0，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ΔP>0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 b >SOC b_min 且U dsc >U dsc _ min 时，即令P sc ＝P sc_high ；P b_ref ＝P b_low ；2-2)当SOC b >SOC 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 dsc >U 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ΔP<0，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 dsc >U dsc _ max 且SOC b <SOC b_max 时，或者U dsc >U dsc_min 且SOC b <SOC 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 dsc <U dsc _ max 且SOC b >SOC b_max 时，或者U dsc <U dsc_min 且SOC b >SOC 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_disc3-3)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ΔP>0，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ΔP<0，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。 2.根据权利要求1所述的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，对差额有功功率ΔP进行分解，得到锂电池和超级电容的补偿有功功率分量的具体方法为：步骤一：利用预先确定的低通滤波器将差额有功功率值ΔP分解，得到锂电池低频补偿有功功率分量的参考值P b_low ，再用差值ΔP减去P b_low 得到超级电容高频需要补偿有功功率分量参考值P sc_high ，如下式所示；步骤二：利用预先确定的低通滤波器将负载无功功率Q load 分解，得到锂电池低频补偿无功功率分量的参考值Q b_low ，再用负载无功功率Q load 减去锂电池低频补偿无功功率分量参考值Q b_low 得到超级电容高频需要补偿无功功率分量参考值Q sc_high ，如下式所示；其中S积分函数，T时间步长。 3.根据权利要求2所述的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，所述低通滤波器的参数确定方法如下：以锂电池的使用最大使用寿命N年以及最大允许充放电次数M max 次，确定每天锂电池允许的充放电次数为 设光伏发电系统工作时间从T1时到T2时，则用锂电池来平衡光伏功率波动的频率 以此设置锂电池和超级电容的功率补偿频率临界值。 4.根据权利要求1所述的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，联合储能系统本地控制器控制联合储能系统的变流器包含对双向DC/DC变换器1和2的控制，双向DC/AC变换器1和2的控制两部分，对于DC/DC的控制主要目标是保证直流侧电压稳定；对DC/AC变换器1的控制采用功率外环、电流内环双环控制方法；对DC/AC变换器2的控制采用跟踪电网电压频率控制、功率外环和电流内环三环控制。 5.根据权利要求1所述的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，光伏发电系统优先运行于最大功率发电状态，次要运行于自动发电控制状态，以调节光伏发电功率；联合储能系统根据差额有功功率ΔP来判度是吸收还是发出功率，以保证微电网系统的功率平衡。