1.一种混合储能系统充放电切换过程动态优化控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、考虑混合储能系统中的第i个储能单元,以储能单元的剩余荷电量的变化表示充放电过程,应用能量守恒定理,建立该储能单元的充放电过程的动态数学模型,见式(1)和(2)其中,n表示混合储能系统中的储能单元总数,式(1)表示第i个储能单元的充电过程动态模型,式(2)表示第i个储能单元的放电过程动态模型,t表示充放电的时间,单位min,Qi表示第i个储能单元的剩余荷电量,单位MW,Pi表示第i个储能单元的充放电功率,单位MW/min,σc,i表示第i个储能单元的充电过程的自放电率,单位%/min,ηc,i表示第i个储能单元的充电效率,单位%,σd,i表示第i个储能单元的放电过程的自放电率,单位%/min,ηd,i表示第i个储能单元的放电效率,单位%;
步骤二、考虑实际混合储能系统的充放电情况,对混合储能系统充放电过程动态模型进行变换设计,定义变量xi=Qi和ui=Pi,其中i=1,…,n,定义混合储能系统的向量和 根据公式(1)和(2),分别定义混合储能系统的充放电过程的动态数学模型,见式(3)和(4)
其中,式(3)表示混合储能系统的充电过程动态模型,式(4)表示混合储能系统的放电过程动态模型,t表示充放电的时间,单位min,x表示储能系统中储能器件的荷电量,单位MW,u表示充放电功率,单位MW/min;
步骤三、考虑储能单元充放电变换模型式(3)和(4),定义矩阵
求解不等式方程组,见式(5)
其中P是未知变量;利用一元二次不等式方程组求解式(5)的未知变量P,得到式(5)的解,见式(6)下标n×n表示P是n行n列的矩阵,在采样时刻t,测量混合储能系统当前荷电量x(t),构造充电过程输入函数uc(t),见式(7)和放电过程输入函数ud(t),见式(8)
其中,
和未知参数θ1、θ2、θ3和
θ4;
步骤四、考虑混合储能系统荷电量约束和功率输入输出约束,设定参数θ1、θ2、θ3和θ4的取值范围D,混合储能系统充电性能目标函数lc(x,u),见式(9)和混合储能系统放电性能目标函数ld(x,u),见式(10)
其中,xi,c是第i个储能单元的充电目标,xi,d是第i个储能单元的放电目标,qc,i和qd,i是调试参数,i=1,…,n,对混合储能系统充电过程,应用坐标轮换法求解优化问题,见式(11)得到参数最优值θ1*和θ2*;对混合储能系统放电过程,应用坐标轮换法求解优化问题,见式(12)得到参数最优值θ3*和θ4*,其中,X表示混合储能系统荷电量约束限制,U表示混合储能系统充放电过程的功率输入输出约束限制,T表示优化时域,Jc(x)表示优化时域内的累加充* *电过程性能函数,Jd(x)表示优化时域内的累加放电过程性能函数,将参数最优值(θ1 ,θ2)和(θ3*,θ4*)分别代入式(7)和式(8),得混合储能系统充电过程优化控制器和放电过程优化控制器,在下一个采样时间到达后,再次重复求解式(11)和式(12),得混合储能系统充电过程动态优化控制器和放电过程动态优化控制器。
2.如权利要求1所述的一种混合储能系统充放电切换过程动态优化控制方法,其特征在于:所述动态优化控制方法还包括以下步骤:步骤五、在混合储能系统充放电过程切换控制计算机上运行实施,分为3个阶段:
5.1参数设置,包括模型参数和充放电过程目标参数,在模型导入界面中,分别输入各个储能单元充电和放电过程的自放电率σc,i和σd,i,单位%/min,充电效率为ηc,i,放电效率ηd,i;在控制参数设置界面中,分别输入各个储能单元的初始荷电量,未知参数的取值范围D,储能单元的充电目标xi,c,储能单元的放电目标xi,d,荷电量约束限制X,功率输入输出约束限制U,优化时域T,输入参数确认后,由控制计算机将设置数据送入计算机存储单元RAM中保存;
5.2离线调试,混合储能充放电控制系统进入控制器调试阶段,分别考虑充电过程和放电过程,调整组态界面中设定可调参数qc,i和qd,i的取值,观测混合储能系统各个储能单元的荷电和充放电功率的控制效果,由此确定一组能良好控制混合储能系统充放电过程的控制器参数值,参数qc,i和qd,i的取值规则:qc,i和qd,i为正实数,即qc,i>0和qd,i>0,参数qc,i和qd,i的调整规则:增大qc,i的值将缩短充电过程的过渡时间,但增大充电过程的储能单元荷电量变化和功率值,增加对充电过程扰动的敏感性,增大qd,i的值将缩短放电过程的过渡时间,但增大放电过程的储能单元荷电量变化和功率值,增加对放电过程扰动的敏感性;相反,减小qc,i的值将延长充电过程的过渡时间,但减小充电过程的储能单元荷电量变化和功率值,降低对充电过程扰动的敏感性,减小qd,i的值将延长放电过程的过渡时间,但减小放电过程的储能单元荷电量变化和功率值,降低对放电过程扰动的敏感性;因此,实际调试控制器参数qc,i和qd,i时,应在充放电过程的过渡时间、储能单元荷电量变化和功率值容许的范围内综合权衡;
5.3在线运行,启动混合储能系统充放电过程切换控制计算机的CPU读取混合储能系统充放电过程模型参数和最佳控制器参数,并执行“混合储能系统放电切换过程优化控制程序”,通过在线测量混合储能系统中储能单元的实际荷电量,控制混合储能系统的充电和放电过程的充入功率和放出功率,实现混合储能系统充放电过程的有效控制。