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专利号: 2020114321588
申请人: 南京工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)通过滑动平均滤波获得混合储能系统的参考功率,采用CAMD分解法将所述参考功率分解为多个IMFs分量,重复上述步骤若干次,将每次得到的IMF做合成平均处理后作为最终结果递归TF变换的输入;

(2)通过递归TF变换得到各IMF分量的瞬时频率‑时间曲线,在分界点临近分量处,以全寿命周期年化成本为目标函数,以最小容量、最小功率为约束条件,构建混合储能系统年均总成本优化模型,并结合智能IPQ算法求解最优频率分界点;采用智能IPQ算法求解最优分频频率的主要原理是将I算法所产生的解作为Q算法的初始点进行求解,使用Q算法对I算法所产生的所有解进行微调,得到最终解;其中I算法指的是以分界点临近分量作为变量,根据环境以及自身属性选择一条较优的路径的优化算法;Q算法指的是通过二次规划来求解非线性问题;

(3)根据最优频率分界点将高、低频信号重构,然后根据混合储能系统充放电效率、换流器的能量转换效率及荷电状态来确定蓄电池和超级电容器的额定功率和容量,采用功率型储能和能量型储能分别对风电机组的输出功率进行平抑。

2.根据权利要求1所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:步骤(1)中所述的通过滑动平均滤波获得混合储能系统的参考功率,是将风电输出功率与系统并网参考功率做差,得到所述参考功率,所述系统并网参考功率是风电输出功率经过滑动平均滤波处理后所得。

3.根据权利要求1所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:步骤(1)中所述的CAMD分解法是将正态分布的白噪声信号叠加给所述参考功率,随后再进行经验模态分解,得到各IMF分量。

4.根据权利要求1所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:步骤(2)中所述的递归TF变换,递归公式为:式中,ci(t)表示步骤(1)结束时所得的IMF分量中第i个模态分量,ci+1(t)为下一个第i+

1个模态分量,T[ci(t)]为模态分量ci(t)的TF变换;

每经过一次递归计算相应的幅值函数ai(t)和相位函数φi(t)为:

5.根据权利要求4所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:经所述递归TF变换后,瞬时频率‑时间关系表示为:式中,φm(t)为递归TF变换计算到幅值函数趋于1时对应的相位函数。

6.根据权利要求1所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:步骤(2)中所述的混合储能系统年均总成本优化模型,目标函数为:Csum=(1+q1)αpbPB+[(1+q1)βeb+N′k1]EB+(1+q2)αpcPC+[(1+q2)βec+N′k2]EC式中Csum表示全寿命周期的年化成本,PB、PC分别为蓄电池、超级电容器的额定功率;αpb、βeb分别代表了蓄电池的功率成本系数、容量成本系数;αpc、βec分别代表了超级电容器的功率成本系数、容量成本系数;q1、q2分别代表了蓄电池、超级电容器的更换次数;k1、k2分别为蓄电池、超级电容器的维护单价;N’为设备使用期数;EB为蓄电池的额定容量,EC为超级电容器的额定容量;

所述目标函数的约束条件为:

EB≥PBΔt

EC≥PCΔt

式中 为需要平抑的最大功率, 为需要平抑的风电功率容量最大值,△t为采样时段。

7.根据权利要求1所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:步骤(3)中所述的根据最优频率分界点将高、低频信号重构,是指将低于最优频率分界点的各个IMF重构,分配给蓄电池,高于最优频率分界点的各个IMF重构,分配给超级电容器。

8.根据权利要求7所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:所述重构的计算公式为:式中,PB(t)、PC(t)分别为蓄电池、超级电容器的额定功率,ci(t)表示步骤(1)结束时所得的IMF分量中第i个模态分量,rn(t)为分解筛除n个IMF分量后的信号残余分量,n为所有的IMF分量的个数,k为分配给超级电容器的IMF分量的个数。

9.根据权利要求1所述的平抑风电波动的混合储能容量优化配置方法,其特征在于:步骤(3)中所述的根据混合储能系统充放电效率、换流器的能量转换效率及荷电状态来确定蓄电池和超级电容器的额定功率和容量,包括以下步骤:(31)确定超级电容器的实际补偿功率,计算式为:

式中,ηDC‑DC为换流器的能量转换效率,ηC,out为超级电容器的放电效率,PC(t)为超级电容器的功率,ηC,in为超级电容器的充电效率;

(32)确定蓄电池的充放电功率PEss(t),计算式如下:

式中,PB(t)为蓄电池的功率,ηDC‑DC为换流器的能量转换效率,ηB,in和ηB,out为蓄电池的充放电效率;

(33)蓄电池的额定功率为:

式中PB(t)为蓄电池的功率,ηDC‑DC为换流器的能量转换效率,ηB,in和ηB,out为蓄电池的充放电效率;t0为起始时间,T为不平衡功率时间周期;

蓄电池的额定容量为:

式中,SOC0为混合储能系统荷电状态的初始值;SOCup、SOClow分别为荷电状态的上、下限;ΔT为蓄电池功率指令间隔,ti为ΔT的个数;

超级电容器的额定功率大小为实际补偿功率 绝对值的最大值;

超级电容器的额定容量为:

式中, 其中T为不平衡功率时间周期;SOCup、SOClow分别为荷电状态的上、下限。