混合储能系统功率分配效果的表征参数研究

202电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering目前正是“十四五”开局之年，我国也迈入到全面建设现代化国家的关键阶段，能源行业也进入到了转型的关键时期，比如可再生能源并网、智慧电网的直流系统等都进行了改造升级。

而混合储能可以将蓄电池与超级电容的优点进行联合使用，可以最大的发挥储能的技术性能，适应时代的发展。

1 混合储能系统结构与控制方式锂电池与超级电容所构成的混合储能系统其组成的阵列是由储能单体进行串并联所组成的，并通过储能变流器以及单体串并联构成的。

储能变流器是通过必要的电子设备所构成，其最主要的作用是通过对开关的开通与关闭来进行储能系统的充电与放电，并且利用系统的滤波功能来实现外部因素对于混合储能系统的一些影响。

1.1 超级电容储能系统的控制超级电容是功率型的储能，其具有相应速度快、循环寿命长的优点，并且可以用来响应外界的高频率波动。

其一般是通过PQ 的控制方式来对外界中频繁变动的功率的波动进行吸收。

因为超级电容的能量密度相对较小，其电压的范围又相对较广，一般情况下应该选择三重化双向的DC/DC 以及双向的DC/AC 的变流器作为超级电容储能系列的控制接收。

对于远程运行过程中蓄电池超级电容储能系统的控制主要是分为两个部分，双向的变向器主要采用的是跟踪有功功率的控制方式，通过并网变流器的使用，对直流母线电压进行更好的控制。

对于开关而言，其需要在时序上面相差120°，从而减小电流文波，不断的将动态性能进行改善，并起到一定的备用作用，从而大幅度的减少波动频繁而导致的功能需求不足。

1.2 蓄电池储能的系统控制蓄电池是较为常用的能量型的储能方式，其可以用来制定功率进行充电或者是放电，从而将其作为整个系统中的一个平衡点，对系统功率的平衡以及整体稳定的频率进行调节，满足功能平稳的需求。

微电网混合储能系统功率分配策略及容量优化配置研究微电网（Microgrid）是指由分布式电源（Distributed Generation，DG）、储能设备、电力负载以及能量管理系统组成的一种小型电力系统。

与传统的中心供电系统相比，微电网可以实现可持续、高效的能源供应，提高电力系统的可靠性和能源利用率。

混合储能系统是微电网的重要组成部分，它由不同类型的储能设备构成，包括电池、超级电容、氢燃料电池等。

混合储能系统能够充分利用不同储能设备的优势，提高能源利用效率，实现电力系统的平稳运行。

在微电网中，储能设备的功率分配策略及容量的优化配置是提高系统性能和经济性的关键问题。

功率分配策略决定了不同储能设备之间的能量调度方式，直接影响到系统的能源利用效率和供电可靠性。

容量的优化配置则是指选取适当的储能设备容量，使得微电网在满足电力需求的同时，尽量减少设备成本和能量损失。

因此，对于微电网混合储能系统的功率分配策略和容量优化配置进行研究具有重要意义。

首先，针对微电网混合储能系统的功率分配策略，可以采用基于规则的优化方法。

根据电力负载的变化情况，制定不同的优化规则，以实现储能设备之间的能量平衡。

例如，在电力负载高峰期，可以优先利用具有高功率输出能力的设备进行供电，如电池或超级电容；而在电力负载较低的时候，可以利用低功率输出的设备进行充电，以提高能源利用效率。

此外，还可以通过优化算法，如遗传算法或模拟退火算法等，对不同储能设备的功率分配进行优化，以进一步提高系统性能和能源利用效率。

其次，对于微电网混合储能系统的容量优化配置，可以通过经验模型或优化算法进行研究。

首先，可以根据历史数据和电力负载的需求预测，确定系统的功率和能量储备需求。

然后，利用经验模型或优化算法确定不同储能设备的最佳容量配置，以满足电力需求，并使系统的总成本最小化。

在容量优化配置过程中，需要考虑不同储能设备之间的互补性和协同性，以实现最优的电力供应和能源利用。

基于MATLAB的分布式混合储能系统功率分配策略研究摘要：随着科技的不断发展，能源储存变得愈发的重要混合储能系统是微电网的重要组成部分之一，研究其功率分配策略对电池的保护具有重要意义。

在由超级电容-蓄电池组成的混合储能系统的基础上，提出互补集合经验模态分解（CEEMD）的方法来平抑风力发电不稳定性而引起的功率波动。

关键词：MATLAB；分布式；混合储能系统引言智能电网环境下，形式多样的分布式电源大量并入配电网，一方面缓解了电力供需矛盾，另一方面积极促进了环境保护。

但分布式电源在出力上随机性较大(如风力发电、光伏发电严重依赖于天气因素)，一般辅之以储能装置来平抑其发供波动，亦即需组成所谓的微电网。

1MATLAB与混合储能系统简介1.1MATLABMATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人，控制系统等领域。

boratory两个词的组合，意为矩阵工厂(矩阵实验室)，软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。

1.2混合储能系统近年来，储能装置被广泛应用于电机驱动系统中，既可以为电机供电，又可以回收电机制动时产生的再生能量。

蓄电池具有能量密度高、自放电率低等特点，通常用作主要供电能源[。

超级电容具有高功率密度和长循环寿命的优点，且响应速度快，能够进行快速、大倍率的充放电，但能量密度低。

基于功率分解的风电混合储能容量配置研究随着风力发电在电网中渗透率不断增加，大规模风电场并网点配置储能装置可以有效缓解风电功率波动对电网的冲击影响。

文章主要针对双馈式风电场实际功率输出波动状况，应用巴特沃斯型滤波器对其波动功率进行分解，将波动功率分成低频和高频两部分。

根据蓄电池和超级电容器的储能装置的运行互补特性，使用蓄电池储能平抑风电功率波动低频分量，超级电容器储能平抑风电功率波动高频分量。

根据平抑准则，求解其各自概率密度函数曲线，采用高斯正态分布法对储能容量进行拟合计算，使混合储能容量配置合理。

标签：功率分解；混合储能；高斯拟合；容量配置引言随着清洁能源的大力发展，风电机组并网规模不断扩大。

但风能具有扰动性、间隔性、难以预测性，使得风电并网会对电网稳定产生严重影响[1-2]。

风电场采用储能装置平抑功率波动，提高并网质量已经一项有效的技术措施[3]。

文献[4]基于超级电容器和蓄电池储能单元的互补优势，对风电功率波动进行平滑输出，避免了单一储能装置平抑效果不佳的缺点。

在此基础上，考虑电网负荷需求及对储能装置经济成本的量化分析，结合储能装置运行特性对混合储能容量进行配置。

文献[5]通过计算蓄电池储能装置的放电次数和放电深度，将其转化为储能装置循环寿命的折损，以平滑输出功率为标准，进行储能容量配置的研究。

储能系统容量的合理配置，直接影响到储能系统的经济性。

文章主要通过对实际风电波动功率进行分解，通过高斯分布法对功率曲线进行拟合，计算出储能容量功率输出期望值，进而对储能系统的容量配置合理。

1 双馈型风电场输出功率分析目前大型风电场主要以集群和分布方式并入电力系统网络。

风电机组选用双馈型风力发电机。

通过实际风速变化，绘制出风电场输出功率特性曲线。

图1为总装机容量为30MW的双馈型风电场输出功率特性曲线。

2 风电波动功率分解风电输出的波动功率需要储能装置进行平抑。

风电加入储能装置之后并网的功率为：P0=PDFIG+Pb+Psc （2.1）其中，P0为风电经过储能装置平抑后注入电网的功率值；PDFIG为风电原始功率值；Pb为蓄电池储能输出功率值；Psc为超级电容器储能输出功率值。

微电网混合储能系统功率分配策略及容量优化配置研究微电网混合储能系统是指将多种不同类型的储能设备结合在一起，以满足微电网运行过程中的功率需求和能量管理的一种系统。

其功率分配策略和容量优化配置是研究该系统中的重要内容，旨在提高系统的能源利用效率和经济性。

本文将从功率分配策略和容量优化配置两个方面对微电网混合储能系统进行研究。

首先，功率分配策略是指将可用的功率按照一定的规则分配给不同类型的储能设备，以满足微电网运行过程中的不同功率需求。

常见的功率分配策略有：1.能量平衡策略：根据储能设备的能量状态，将功率分配给能量较低的设备，以实现能量均衡。

当一些设备的能量较低时，可以将其他设备的一部分功率分配给该设备，确保系统的能量供应不中断。

2.峰值削减策略：在需要大功率供应时，将功率集中分配给容量较大的储能设备，以满足峰值功率需求，并减少对传统电网的依赖。

在系统负载较小的时候，将储能设备的功率分配给其他设备，以提高整体能源利用效率。

3.频率控制策略：根据微电网运行中的频率波动情况，动态调整储能设备的功率分配。

当频率偏低时，增加储能设备的功率输出；当频率偏高时，减少储能设备的功率输出，以实现频率的控制。

其次，容量优化配置是指确定每种类型储能设备的最优容量，以满足微电网运行过程中的能量需求。

容量优化配置的目标是最大化系统的能源利用效率和经济性。

常见的容量优化配置方法有：1.线性规划模型：根据微电网的功率需求和储能设备的性能特点，建立线性规划模型，以最小化系统的总成本或最大化系统的能源利用率为目标，确定每种类型储能设备的最优容量。

2.遗传算法：利用遗传算法对微电网的功率需求进行模拟，通过不断的进化和选择过程，优化储能设备的容量配置，以找到最优解。

遗传算法具有全局能力，适用于复杂的非线性优化问题。

3.蚁群算法：模拟蚂蚁觅食行为，通过信息素的交流和累积过程，找到最优的储能设备容量配置方案。

蚁群算法能够充分利用系统的局部信息和全局信息，具有较强的优化能力。

微电网中混合储能系统的协调控制和容量配置研究微电网是一种小型的、自治的、具有分布式能源资源的能源供应系统，它能够实现可持续、高效的能源供应和协调控制。

而混合储能系统则是微电网中最重要的组成部分之一，可以有效地解决能源供需平衡问题。

本文将探讨微电网中混合储能系统的协调控制和容量配置相关研究。

1. 混合储能系统的概述混合储能系统是指由多种不同的储能设备组合而成的系统，如电池能量储存系统、超级电容器、燃料电池等。

混合储能系统具有储能容量大、储能效率高、响应速度快等特点，可以灵活地满足微电网中不同负荷的需求。

2. 微电网中的协调控制微电网中运行的混合储能系统需要进行协调控制，以实现能量的最优分配和系统的稳定运行。

协调控制主要包括储能设备之间的能量调度、能源供应与负荷需求之间的匹配、储能容量的动态分配等方面。

2.1 能量调度混合储能系统中的不同储能设备具有不同的特点和优势，通过合理的能量调度可以最大限度地发挥其特点，提高整个系统的能量利用效率。

例如，电池能量储存系统可以实现快速响应和调节，而燃料电池则可以提供持续稳定的能源补充。

2.2 能源供应与负荷需求的匹配微电网中的负荷需求是动态变化的，而能源供应也具有一定的波动性。

通过合理的协调控制，可以将能源供应与负荷需求进行匹配，确保微电网始终能够满足负荷需求。

例如，在负荷需求较小时，可以充分利用储能设备中的电池能量；而在负荷需求较大时，则可以借助燃料电池等设备进行能源补充。

2.3 储能容量的动态分配微电网中的负荷需求随着时间的变化不断变化，因此，在容量配置上需要考虑到负荷需求的波动性。

通过动态分配储能容量，可以使得混合储能系统能够更好地应对不同负荷需求的变化，提高系统的灵活性和可靠性。

3. 容量配置的研究混合储能系统的容量配置是微电网中的重要研究内容之一。

合理的容量配置可以确保微电网系统的安全稳定运行，并且能够最大限度地满足负荷需求。

在进行容量配置时，需要考虑到不同储能设备的特点和优势，并综合考虑系统的性能指标，如供电可靠性、能量利用效率等。

风光混合储能功率分配策略分析风光混合储能功率分配策略分析风光混合储能系统指的是将风能和太阳能等风光能源进行混合利用的一种储能系统。

为了实现有效的功率分配，我们需要采取一定的策略。

以下是一种逐步思考的风光混合储能功率分配策略分析。

第一步：了解风光混合储能系统的特点风光混合储能系统具有风能和太阳能等多种能源的特点。

风能和太阳能的供给是不稳定的，需要进行有效的储能和功率分配。

此外，风光混合储能系统还需要考虑电网的需求和储能设备的容量等因素。

第二步：确定能源利用的优先级在风光混合储能系统中，我们可以根据能源的可用性和效率等因素确定能源利用的优先级。

例如，在风能和太阳能同时可用的情况下，可以优先使用太阳能，因为太阳能的供给更为稳定。

第三步：设定功率分配的策略根据系统的需求和储能设备的容量，我们可以设定功率分配的策略。

例如，当电网需求较大时，可以优先将储能设备的电能输出到电网，以满足电力需求。

当电网需求较小或者太阳能和风能供给较充足时，可以将多余的电能储存起来，以备不时之需。

第四步：考虑系统的稳定性和可靠性在进行功率分配策略时，需要考虑系统的稳定性和可靠性。

储能设备需要具备足够的容量和稳定的性能，以确保能够储存和输出所需的电能。

此外，还可以考虑使用多个储能设备进行备份，以增加系统的可靠性。

第五步：优化功率分配策略为了进一步提高风光混合储能系统的效率和经济性，可以采用优化算法来优化功率分配策略。

例如，可以使用模糊控制、遗传算法或者强化学习等方法，根据实时的能源供需和储能设备的状态，动态地调整功率分配策略，以实现系统的最优性能。

综上所述，风光混合储能功率分配策略的分析应该包括了对系统特点的了解、能源利用的优先级确定、功率分配策略的设定、系统稳定性和可靠性的考虑以及功率分配策略的优化等步骤。

通过科学合理地进行功率分配策略的分析和优化，可以提高风光混合储能系统的效率和经济性，实现可持续能源的有效利用。

郑熙东（１９９６—），男，硕士研究生，研究方向为风电并网和储能平抑风电波动。

江修波（１９６０—），男，教授，研究方向为电力系统运行及管理、电力设备绝缘诊断等。

基于集合经验模态分解的混合储能系统功率分配郑熙东，　江修波（福州大学电气工程与自动化学院，福建福州　３５０１０８）摘　要：基于集合经验模态分解（ＥＥＭＤ）对风电波动进行平抑，提出了采用ＥＥＭＤ方法求解出不同的固有模态函数分量和余量。

首先，通过信息熵理论求解出固有模态函数能量熵差值最大的阶次作为一个分界点；接着，通过样本熵理论求解出自我相似度最低的阶次作为另一个分界点，通过两个分界点得到初始的功率分配信号；最后，通过模糊控制优化理论对混合储能系统功率分配进行修正。

算例分析表明，所提策略能够自适应实现功率合理分配和并网功率平滑，混合储能系统均工作在荷电状态合理区间，能有效提高系统运行稳定性和使用寿命。

关键词：集合经验模态分解；能量熵；样本熵；模糊控制；荷电状态中图分类号：ＴＭ７３１　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５ ８１８８（２０２０）０５ ００２１ ０７ＤＯＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５ ８１８８．２０２０．０５．００４ＰｏｗｅｒＡｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＨｙｂｒｉｄＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＥｎｓｅｍｂｌｅＥｍｐｉｒｉｃａｌＭｏｄｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＺＨＥＮＧＸｉｄｏｎｇ１，　ＪＩＡＮＧＸｉｕｂｏ２（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｅｎｓｅｍｂｌｅｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＥＭＤ），ｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｒｄｅｒｗｉｔｈｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙｏｆｔｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｍｏｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙｔｈｅｏｒｙ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｏｒｄｅｒｗｉｔｈｔｈｅｌｏｗｅｓｔｓｅｌｆ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｓａｍｐｌｅｅｎｔｒｏｐｙｔｈｅｏｒｙ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｃａｎａｄａｐｔｉｖｅｌｙｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｏｗｅｒｓｍｏｏｔｈｉｎｇ．Ａｎｄｔｈｅｈｙｂｒｉｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋｓｉｎｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ，ｗｈｉｃｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｓｅｍｂｌｅｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＥＭＤ）；ｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙ；ｓａｍｐｌｅｅｎｔｒｏｐｙ；ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ０　引　言由于风电的随机性和波动性，大规模风电并网必然造成系统功率、频率波动，降低电能质量等，对风电的大规模并网带来了很大的挑战［１］。

混合储能在变电站直流系统中的功率分配韩志坚;吴光敏;张文斌;张明冠;周林;邰世福【摘要】针对混合储能在直流系统应用的可行性,利用Matlab仿真和试验相结合的方法对其在大脉冲电流下功率分配进行测试分析。

结果证明,直接并联混合储能系统能提高功率输出能力,满足变电站直流系统工况需求,且减少了阀控式铅酸蓄电池端电压的大范围波动,缓解了大电流对蓄电池的冲击,延长了蓄电池的使用寿命。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2015(000)022【总页数】5页(P64-67,72)【关键词】直接并联;变电站直流系统;功率分配;仿真【作者】韩志坚;吴光敏;张文斌;张明冠;周林;邰世福【作者单位】[1]昆明理工大学,云南昆明650000;[2]云南电网有限责任公司红河供电局,云南红河661400;;;;;【正文语种】中文【中图分类】TM9120 引言阀控式铅酸蓄电池是当今技术最成熟和使用量最多的廉价储能器件，已广泛应用于变电站、供电局等电力直流系统。

因为其功率密度较低，大电流输出能力不足［1］，要满足直流系统工况需求就必须采用大容量的功率型蓄电池组。

但蓄电池组不仅价格昂贵，而且使用寿命短，增加投入成本的同时还必须定期维护，增加工作量。

超级电容器具有快速充放电，瞬间释放大电流的能力［2］，与阀控式铅酸蓄电池相比，在充放电速度、功率密度、工作温度、使用寿命以及可靠性等方面具有较大优势。

这些优势正是变电站直流系统所需要的。

如果将超级电容器与阀控式铅酸蓄电池直接并联［3］作为混合储能，可以将超级电容器功率特性优势与蓄电池的能量特性优势相结合，就能满足电网直流系统交流侧突然失电或直流侧突加负载等工况需求。

文献［4］从理论上提出了超级电容器与蓄电池混合储能的方法，证明了混合储能可以发挥蓄电池和超级电容器的互补特性，提高放电功率，同时能够延长蓄电池使用寿命。

文献［5］研究了超级电容器、蓄电池混合电源脉冲充放电的性能，证明脉冲充放电时超级电容吸收了大功率，保护了蓄电池。