基于SOC分级优化的混合储能风电功率平抑方法研究

储能系统与风电场相结合可以解决风电输出功率的波动性和间歇性问题，减少风电场输出波动对电网的不利影响，而混合储能综合了功率型和能量型储能器件的优势，弥补了单一储能技术的不足，因此研究基于混合储能系统平抑风电波动的控制策略显得尤为重要。 本文以风电场输出功率中对电网影响最多的波动成分为目标，考虑混合储能的结构及充放电特性，结合风电功率波动的特点，提出了一种基于荷电状态（SOC，State of Charge）分级优化的混合储能平抑风电功率方法。 首先，针对由钒氧化还原液流电池(VRB)及超级电容组成的混合储能系统结构展开研究，设计了适用于风电平抑的混合储能结构。根据仿真需求，提出两者的等效模型并对模型中的关键参数进行设计。通过VRB及超级电容的模型建立和两者充放电特性的分析，对混合储能运行的控制策略及风电平抑策略的优化方法设计具有指导意义。 然后，针对风电平抑中混合储能整体充放电能力及不同储能设备之间的SOC协调问题，本文重点研究了基于SOC分级优化的混合储能风电功率平抑方法。该方法采用了两层分布式控制结构，包含优化控制层和协调控制层。优化控制层在低通滤波的基础上加入功率优化器，根据风电平抑性能要求以及混合储能系统当前整体SOC状态计算动态调节储能系统的设定功率，实现混合储能充放电能力的维持；协调控制层根据储能设备各自的SOC状态和充放电特性，按优化控制层计算出的设定功率进行功率分配，实现储能设备SOC的协调控制及对设定功率的快速跟踪。 最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了由混合储能系统及风电组成的仿真模型，对所设计的混合储能分级控制方法的有效性进行仿真验证。仿真结果表明：该方法能使储能系统完成指定频段的波动补偿且其剩余容量基本保持在合理范围内，同时优化了储能设备的SOC，避免了储能设备深充过放从而延长其使用寿命。