本發(fā)明屬于混合儲能控制，具體地涉及一種重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著目前電網(wǎng)大量風(fēng)電，光伏等新能源發(fā)電占比不斷提高，對電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來了嚴(yán)峻考驗(yàn)。在電力系統(tǒng)中，儲能技術(shù)可以用來平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷和供電之間的不平衡性。由于電力系統(tǒng)中的負(fù)荷和供電之間存在著時(shí)間上的不匹配，同時(shí)要保障各類波動性電源接入后，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行因此需要儲能技術(shù)來調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的負(fù)荷和供電之間的差異。

2、重力儲能作為最近新興受到關(guān)注的物理儲能技術(shù)，可針對目前大量已廢棄礦井，城郊廢棄的空閑工業(yè)用地，把儲能介質(zhì)換成固體重物，如沙子、巖石、混凝土塊等材料，將電網(wǎng)中富裕的電能，通過改變儲物塊的高度，存儲為儲物塊的勢能。但受到儲能原理的限制，儲物塊作為固體具有不可流動性和不可連續(xù)性，每一個儲物塊的體型，重量以及系統(tǒng)的高度差等是固定不變的，此外，每個儲物塊下降上升過程需存在一定的時(shí)間和空間間隔，因此單個重力儲能系統(tǒng)存在無法連續(xù)高效可靠的對于電網(wǎng)側(cè)需求進(jìn)行匹配和響應(yīng)的問題。

3、不同類型的儲能設(shè)備具有不同的充放電功率、響應(yīng)速度和成本。功率型儲能系統(tǒng)儲能效率高、響應(yīng)速度快、但容量有限，能量型儲能系統(tǒng)儲能容量大、儲能時(shí)間長、輸出功率較低，可利用能量型儲能和功率型儲能設(shè)備的互補(bǔ)特性，可建立多類型儲能協(xié)同運(yùn)行的混合儲能系統(tǒng)(hybrid?energy?storage?system，hess)，利用其對能量和功率的時(shí)間遷移能力可以在時(shí)間和空間上將發(fā)電和用電進(jìn)行隔離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：提供一種重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制方法及系統(tǒng)，解決單個重力儲能系統(tǒng)存在的儲物塊的不可流動性和不連續(xù)性、無法連續(xù)高效可靠的對于電網(wǎng)側(cè)需求進(jìn)行匹配和響應(yīng)等問題，實(shí)現(xiàn)多重物的連續(xù)高效和快速傳動，減少重物啟停和切換過程對機(jī)械傳動和電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。

2、依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制方法，所采用的重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制系統(tǒng)中包括具有儲物塊的重力儲能系統(tǒng)，以及具有蓄電池和超級電容的電化學(xué)儲能系統(tǒng)；其包括以下步驟：

3、根據(jù)儲物塊在加速、勻速和減速運(yùn)動的不同時(shí)刻，獲得重力儲能系統(tǒng)所需功率指令的功率差額；

4、對功率差額根據(jù)頻率高低進(jìn)行功率優(yōu)化分配控制，分別得到蓄電池和超級電容的充放電功率，利用電化學(xué)儲能系統(tǒng)進(jìn)行充/放電補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對于重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制。

5、進(jìn)一步地，在設(shè)置重力儲能系統(tǒng)的過程中，根據(jù)重力儲能系統(tǒng)的機(jī)組參數(shù)，獲取重力儲能系統(tǒng)的功率和容量大小；重力儲能系統(tǒng)的機(jī)組參數(shù)包括有儲物塊質(zhì)量、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和高度差。

6、進(jìn)一步地，重力儲能系統(tǒng)的容量表示為：

7、

8、其中，n為重力儲能系統(tǒng)所用儲物塊的總數(shù)量，mi為第i塊儲物塊的質(zhì)量，h上為重力儲能系統(tǒng)的區(qū)域總高度，h下為重力儲能系統(tǒng)的下降到達(dá)區(qū)域的高度。

9、進(jìn)一步地，上層功率指令在進(jìn)行功率分頻控制策略下分別對蓄電池和超級電容進(jìn)行控制；重力儲能系統(tǒng)通過永磁同步電機(jī)，依次通過機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器接入電網(wǎng)系統(tǒng)；永磁同步電機(jī)接受上層功率指令控制，機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器分別通過機(jī)側(cè)控制器、網(wǎng)側(cè)控制器控制。

10、進(jìn)一步地，在獲得重力儲能系統(tǒng)所需功率指令的功率差額的過程中，在儲物塊下降過程，是重力儲能系統(tǒng)釋能發(fā)電過程，分為三個階段，包括下降啟動加速階段、勻速下落階段、下降減速制動階段；

11、在儲物塊抬升過程，是重力儲能系統(tǒng)儲能充電過程，分為三個階段，包括抬升啟動加速階段、勻速上升階段、抬升減速制動階段；

12、基于儲物塊在加速、勻速、減速的不同時(shí)刻，獲取在各階段下重力儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)功率數(shù)值，并根據(jù)在t時(shí)刻下的上層負(fù)荷總功率指令值與重力儲能系統(tǒng)的輸出功率的差值，作為功率差額。

13、進(jìn)一步地，在進(jìn)行功率優(yōu)化分配控制的過程中，基于功率差額，獲取電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)的預(yù)出力，根據(jù)確定性規(guī)則控制策略將預(yù)出力分解為高頻分量和低頻分量，分別由超級電容和蓄電池進(jìn)行提供。

14、進(jìn)一步地，在利用電化學(xué)儲能系統(tǒng)進(jìn)行充/放電補(bǔ)充的過程中，根據(jù)電化學(xué)儲能系統(tǒng)的soc所處的不同區(qū)間，進(jìn)行功率優(yōu)化分配控制，改變蓄電池和超級電容的充放電功率，并通過超級電容對瞬時(shí)功率波動進(jìn)行平抑，減少儲能系統(tǒng)調(diào)節(jié)的超調(diào)量。

15、進(jìn)一步地，在根據(jù)電化學(xué)儲能系統(tǒng)的soc所處的不同區(qū)間進(jìn)行功率優(yōu)化分配控制的過程中，對于蓄電池和超級電容的soci：

16、設(shè)定soc的放電死區(qū)閾值為socmin，即當(dāng)soci＜socmin時(shí)，蓄電池和超級電容只能充電，不能放電；

17、設(shè)定soc的放電減緩區(qū)閾值為soclow，即當(dāng)socmin＜soci＜soclow時(shí)，蓄電池和超級電容正常充電，放電功率減??；

18、設(shè)定soc的充電死區(qū)閾值為socmax，即當(dāng)socmax＜soci時(shí)，蓄電池和超級電容不能充電，只能放電；

19、設(shè)定soc的充電減緩區(qū)閾值為sochigh，即當(dāng)sochigh＜soci＜socmax時(shí)，蓄電池和超級電容充電功率減小，正常放電；

20、當(dāng)soclow＜soci＜sochigh時(shí)，蓄電池和超級電容正常充放電。

21、進(jìn)一步地，放電死區(qū)閾值socmi為10％，放電減緩區(qū)閾值soclow為20％，充電減緩區(qū)閾值sochigh為80％，充電死區(qū)閾值socmax為90％。

22、依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制系統(tǒng)，用于本發(fā)明的重力儲能混合電化學(xué)儲能系統(tǒng)的聯(lián)合控制方法；其包括有相連接的數(shù)據(jù)計(jì)算模塊和聯(lián)合控制模塊，聯(lián)合控制模塊與蓄電池、超級電容以及重力儲能系統(tǒng)的永磁同步電機(jī)分別相連接；

23、蓄電池連接有蓄電池雙向dc/dc變換器和蓄電池雙向dc/dc控制器，蓄電池雙向dc/dc控制器與蓄電池雙向dc/dc變換器相連接；超級電容連接有超級電容雙向dc/dc變換器和超級電容雙向dc/dc控制器，超級電容雙向dc/dc控制器與超級電容雙向dc/dc變換器相連接；蓄電池雙向dc/dc變換器和超級電容雙向dc/dc變換器并聯(lián)接入有電化學(xué)儲能穩(wěn)壓濾波電容，并通過雙向dc/ac變換器接入電網(wǎng)系統(tǒng)；

24、永磁同步電機(jī)連接有機(jī)側(cè)變流器和機(jī)側(cè)控制器，機(jī)側(cè)控制器與機(jī)側(cè)變流器相連接，機(jī)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器相連接，機(jī)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器之間并聯(lián)接入有重力儲能穩(wěn)壓濾波電容，網(wǎng)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)控制器相連接，網(wǎng)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)控制器均與電網(wǎng)系統(tǒng)相連接。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

26、本發(fā)明通過結(jié)合不同類型的能源儲存技術(shù)，解決了單個重力儲能系統(tǒng)存在的儲物塊的不可流動性和不連續(xù)性的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多重物的連續(xù)高效和快速傳動、減少重物啟停和切換過程對機(jī)械傳動和電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；蓄電池儲能可做到連續(xù)不間斷發(fā)儲電，且技術(shù)較為成熟，在重力儲能儲物塊無法連續(xù)傳動過程中，作為功率的補(bǔ)充，提供滿足上層功率指令的能量需求；同時(shí)在重力儲能系統(tǒng)在啟動，停止過程以及儲物塊運(yùn)動狀態(tài)切換過程產(chǎn)生的較大沖擊電流等問題，超級電容具有比蓄電池更快的充放電速度，能迅速提供或吸收大量電能，對功率波動進(jìn)行平抑；基于本發(fā)明公開方法的控制可以實(shí)現(xiàn)上層功率指令的合理分配，滿足更大規(guī)模的能源儲存的要求，并根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求進(jìn)行配置和調(diào)整，以適應(yīng)各種能源存儲需求，提高儲能系統(tǒng)的整體性能。