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专利号: 2021107162897
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:2024-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)通过支持向量机回归预测短期风电功率,在所述的支持向量机回归预测过程中,通过人群搜索优化算法优化惩罚因子参数;

(2)基于W‑M滤波法平抑风电功率,将平抑后风电功率作为并网参考功率,剩余功率作为混合储能系统参考输出功率,采用改进希尔伯特‑黄变换对超级电容器和蓄电池一次功率分配,得到各自的参考补偿功率;所述W‑M滤波法是对风电功率配以W系数,当风电功率与目标功率相差过大时,将该时刻的W系数重新修正;所述改进希尔伯特‑黄变换是对功率信号经集合经验模态分解后的初始本征模函数进行希尔伯特变换,然后采用递归法计算其余的本征模函数;

(3)系统通过功率优化层,根据实时监测混合储能系统的剩余容量得到的平均荷电状态与最佳荷电状态的差值将超级电容器和蓄电池的工作区域进行划分,采用自适应注水算法对混合储能系统的充放电功率和荷电状态进行协调控制得到期望补偿功率;

(4)通过功率实现层,运用机会约束规划方法以平均荷电状态与最佳荷电状态的差值最小化为目标,最大和最小充放电功率值为约束,采用斑鬣狗优化算法得到最终功率设定值;包括以下内容:

41)规定SOC安全度指标Ah,以此作为SOC评价指标:

Td=(1‑Ah)T

式中,S(t)为t时刻储能设备的荷电状态,T为平抑时间段,Δt为风电功率采样间隔,Td为平抑时间段内储能设备平抑能力受限的死区时间,当S(t)=Smax或S(t)=Smin时,表明储能设备出现过充过放的现象,进入平抑死区;

42)混合储能系统的机会约束规划数学模型如下:

式中,Pbat_max、Pbat_min分别为蓄电池输出功率的上下限;Psc_max、Psc_min分别为超级电容器输出功率的上下限;Pbat_ref、Psc_ref为蓄电池、超级电容器的最终功率设定值;ξ为SOC安全度指标的区间范围,置信水平λ为0.95;

43)所述斑鬣狗优化算法,包括以下步骤:

步骤1、搜索猎物的主力斑鬣狗是分布在以 向量值表示的内部的斑鬣狗群落,所述搜索猎物的主力斑鬣狗互相分开搜寻与包围猎物,用 的随机值大于1或者小于‑1的表示斑鬣狗是处于扩大探测猎物阶段;反之,当 表示斑鬣狗处于围捕猎物阶段;

步骤2、认定当前最好的斑鬣狗搜索个体位置为猎物的位置,也是斑鬣狗处于搜寻最优的位置;斑鬣狗个体会随着猎物的移动而不断更新当前的位置;建立的数学模型如下:其中 表示被定义猎物与斑鬣狗之间的距离,t表示当前的迭代次数,和 表示系数向量, 表示猎物的位置向量;和 计算值如下:其中 表示(0,1)随机值,表示在迭代过程中由5减少到0;

步骤3、追捕模型为:

式中, 定义第一个斑鬣狗的最好的位置, 定义其他的斑鬣狗随机位置,N定义斑鬣狗的数量,其中 取[0.5,1]的随机向量,nos定义解的数量, 表示N个最优解的聚集;

步骤4、攻击猎物的数学模型公式如下:

其中, 表示新的斑鬣狗算法更新的位置。

2.根据权利要求1所述的混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于:步骤(1)中所述的通过人群搜索优化算法优化惩罚因子参数,所述人群搜索优化算法的搜索步长γ由如下公式确定:式中,γij为j维搜索空间的搜索步长,wmax、wmin分别为惯性权数的最大值和最小值,t、T分别表示当前迭代次数与最大迭代次数;xmin,xmax分别为每代种群中的最小和最大函数值对应的位置;uij为j维搜索空间目标函数值i的隶属度;

所述人群搜索优化算法的搜索方向dij(t)由以下公式确定:

式中, 为利己方向、 为利他方向、 为预动方向, 为预动方向;

和 分别为 中的最好位置和次好位置;gi,best,pi,best分别为全局最优位置和个体极值位置;sign()为符号函数; 为[0,1]中的随机数,w为惯性权数,惯性权数w的计算式为:

3.根据权利要求1所述的混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于,步骤(2)中所述的基于W‑M滤波法平抑风电功率,包括以下步骤:(21)M滤波的项数N根据HESS前一时刻的充放电平衡度指标R实时计算:2

N=N(t)=INT{[2‑(R(t‑1)) ]Nnormal}式中,INT{}为取整函数;Nnormal为储能剩余电量正常时的项数,R为充放电平衡度指标;

(22)对每个时刻的风电出力配以第一W系数χ(t),对M滤波项数N也配以第二W系数λ(n):从第N时刻开始,第t0(t0≥N)时刻的平滑目标参考值为:

式中,Prefave(t)为t时刻的平滑目标参考值;Pw(t)为t时刻的风电功率;式中,λ(n)为风电出力趋势的W系数,为递增函数;K为趋势斜率;

(23)当t时刻风电功率与目标功率相差过大时,将该时刻的W系数χ(t)重新修正,否则W系数不变:*

式中,χ(t)为修正后的W系数;Prate为风电场额定功率;v1与v2是防止骤变系数,v2∈[0,

1],vl+v2=0。

4.根据权利要求1所述的混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于:步骤(2)中所述的混合储能系统参考输出功率的计算式为:式中,Prefave(t)为t时刻的平滑目标参考值;PW(t)为t时刻的风电功率。

5.根据权利要求1所述的混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于:步骤(2)中所述的采用递归法计算其余的本征模函数,递归计算公式为:其中,ci,j(t)是调频函数,H[ci,j(t)]为各模态分量的希尔伯特谱。

6.根据权利要求1所述的混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于:步骤(3)中所述的根据实时监测混合储能系统的剩余容量得到的平均荷电状态与最佳荷电状态的差值将超级电容器和蓄电池的工作区域进行划分,具体划分为完全过充区OC、过充警戒区C、正常区N、过放警戒区D、完全过放区OD,其中平均荷电状态与最佳荷电状态的差值σ计算式为:σ=Savg‑Savg_ref

式中,Savg为HESS的平均荷电状态,用以衡量系统的荷电状态;Savg_ref为HESS的最佳荷电状态。

7.根据权利要求1所述的混合储能系统平抑风电功率波动的双层协调控制方法,其特征在于:步骤(3)中所述的采用自适应注水算法对混合储能系统的充放电功率和荷电状态进行协调控制,是指当蓄电池的荷电状态临近储能上下限时,超级电容器优先分配功率,当超级电容器的荷电状态临近储能上下限时,蓄电池优先分配功率。