光伏-储能系统信息传递与优化运行方法研究

摘要

储能是智能电网、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。为满足电力系统对于大容量储能的需要，将储能单体经串、并联形成多个储能单元，借助换流器并联接入电网，成为当前技术条件下最有效的扩容方式之一。在各种储能技术中，电池-超级电容混合储能因兼有功率密度大、能量密度高的双重属性，正日益受到广泛关注。目前针对混合储能系统运行策略的研究，多集中于不同类型储能介质的协调配合层面，对于大容量配置下多组储能单元之间运行方式的研究尚不足，对储能系统运行经济性建模优化的关注度仍不够。因此，从储能单元层面研究混合储能系统的优化运行方法具有重要意义。基于此，本文主要从以下三方面对上述问题展开研究： 1）设计了一种新型模块化混合储能集成架构，提出“分散自治、集中协调”的层级能量管理策略，应用于维持储能接入点直流电压稳定的场景。首先基于“事件驱动”的触发方式，推导出一种根据电压偏差快速计算微网功率缺额的方法。进而借助储能系统“全寿命周期成本分摊”的思想，建立考虑“能者多劳”出力原则的混合储能模块间运行经济性优化模型。最后根据模块内各储能单元“充放电优先级动态调整”机制，完成功率缺额在各储能单元间的合理分配。 2）针对按储能介质分组的集成架构，提出一种“集中控制、分层优化”的双层在线能量管理策略，应用于混合储能系统参与电网功率调度的场景。其中，中心分配层利用改进的离散化一阶低通滤波算法，实现调度功率的高、低频分解，分别作为超级电容、电池的功率给定值。考虑到电池功率爬升限制以及电池、超级电容充放电状态匹配问题，增加状态识别和充放电干预环节，对滤波结果进行修正。局部分配层深入分析了电池、超级电容的实际运行特点，分别建立电池组“多方案协调”综合分配模型和超级电容组“荷电状态一致化”模型，完成功率在储能介质内各单元之间的合理分配。 3）设计了用于混合储能系统优化运行的数据传输方案，并搭建相应的信息传递软硬件仿真系统。方案整体采用异步发送、接收方式实现能量管理平台（上位机）与下位机之间的信息交互。其中能量管理平台基于.NET Framework 4.0环境开发，界面友好，并具有基本的远程操控功能；下位机芯片选用 80C196MC单片机，借助汇编语言实现运行数据的上传和功率优化指令的接收。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外主要储能技术

1.2.1 各种单一储能技术

1.2.2 混合储能技术

1.2.3 储能技术在新能源发电系统中的应用

1.3 储能系统优化运行研究现状

1.3.1 单一介质储能系统

1.3.2 混合储能系统

1.4 本文主要研究内容

第2章 独立光伏微网中混合储能系统能量管理策略

2.1 引言

2.2 混合储能系统模块化集成架构

2.3 微网功率缺额动态补偿计算

2.4 功率分配全局优化模型

2.4.1 “能者多劳”功率分配

2.4.2 约束条件

2.4.3 目标函数

2.4.4 模型分析与求解

2.5 局部控制方法和分配策略

2.6 算例分析

2.6.1 模型检验

2.6.2 对比验证

2.7 本章小结

第3章 支撑光伏调度的混合储能系统能量管理策略

3.1 引言

3.2 混合储能系统经典集成架构

3.3 储能组间协调运行策略

3.3.1 一阶低通滤波功率分配

3.3.2 功率分配结果的修正

3.4 电池组多方案协调综合分配策略

3.4.1 多方案协调综合分配策略

3.4.2 电池组经济分配模型

3.5 超级电容组SOC一致化分配策略

3.5.1 目标函数

3.5.2 约束条件

3.6 策略分析及算法求解

3.7 算例分析

3.7.1 中心分配层结果

3.7.2 局部分配层结果

3.8 本章小结

第4章 混合储能系统数据通信方案设计

4.1 引言

4.2 方案总体概述

4.3 下位机软、硬件设计

4.3.1 80C196MC单片机及控制电路

4.3.2 开发工具与编程语言

4.3.3 下位机异步发送/接收程序设计

4.4 上位机软件设计

4.4.1 光储系统能量管理平台

4.4.2 上位机异步接收/发送程序设计

4.5 系统调试及实验仿真

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢