在仿真分析等效時(shí)間常數(shù)影響因素的基礎(chǔ)上，比較基于SOC和濾波的兩類功率分配方法對(duì)應(yīng)時(shí)間常數(shù)可能的取值范圍；進(jìn)而以時(shí)間常數(shù)作為分配效果的表征參數(shù)，解釋了基于SOC的功率分配方法優(yōu)于濾波法的原因。

 

儲(chǔ)能系統(tǒng)由于其功率流動(dòng)的雙向可控性越來(lái)越成為電力系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)：大規(guī)模風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)依靠大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)消化自然條件變化引起的各時(shí)間尺度上的發(fā)電功率波動(dòng)；分布式發(fā)電單元中儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的加入使其具有了成為大電網(wǎng)友好可調(diào)度單元的可能性。

 

在以風(fēng)、光等發(fā)電形式為主的小容量微電網(wǎng)中，當(dāng)自然資源不具備發(fā)電條件或發(fā)電功率短缺時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可能需要維持重要負(fù)荷數(shù)小時(shí)供電；而當(dāng)風(fēng)光資源突變?cè)斐砂l(fā)電功率大幅波動(dòng)或大功率負(fù)荷投切時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)需迅速?gòu)浹a(bǔ)發(fā)電和用電之間的功率缺額，以保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

 

儲(chǔ)能環(huán)節(jié)在電動(dòng)交通工具方面也得到大量應(yīng)用。超級(jí)電容公交車早在2010年上海世博會(huì)期間就進(jìn)行了示范性運(yùn)行；以鉛酸電池或鋰離子電池作為儲(chǔ)能裝置的電動(dòng)車或電動(dòng)汽車也逐漸成為出行交通工具的重要選擇之一；通過(guò)合理設(shè)計(jì)，電動(dòng)交通工具采用的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)過(guò)程中的能量回收，起到提高效率、節(jié)能環(huán)保的作用。船舶領(lǐng)域的能量管理系統(tǒng)越來(lái)越受到重視，引入儲(chǔ)能環(huán)節(jié)將為能量管理帶來(lái)更大的靈活性和可操作空間。

 

上述應(yīng)用對(duì)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的功率響應(yīng)和大容量?jī)?chǔ)能能力均提出需求，而超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、蓄電池等常用儲(chǔ)能形式較難兩者兼具；因此，采用單一儲(chǔ)能形式在某些應(yīng)用場(chǎng)合不可避免具有局限性。例如，蓄電池在充電倍率方面的弱勢(shì)使其在達(dá)到電動(dòng)汽車長(zhǎng)續(xù)航里程要求的同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)快速充電。

 

針對(duì)這類局限性，將兩種或兩種以上類型儲(chǔ)能裝置組合成實(shí)行統(tǒng)一控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，是在儲(chǔ)能本體性能獲得突破性進(jìn)展之前的一種應(yīng)對(duì)方案。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的具體要求選擇具有對(duì)應(yīng)特性的儲(chǔ)能裝置組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)并設(shè)計(jì)合理的控制和功率分配策略，將盡可能地發(fā)揮各儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)，使儲(chǔ)能環(huán)節(jié)達(dá)到更好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性。

 

大功率充放電能力強(qiáng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)的超級(jí)電容或超導(dǎo)儲(chǔ)能加上容易達(dá)到較大容量規(guī)模的蓄電池是混合儲(chǔ)能系統(tǒng)常見(jiàn)的組合方式。文獻(xiàn)分別對(duì)超導(dǎo)/蓄電池混合儲(chǔ)能、超級(jí)電容/鋰離子電池混合儲(chǔ)能在風(fēng)力發(fā)電和海浪發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

 

濾波是混合儲(chǔ)能相關(guān)文獻(xiàn)中最為常用的功率分配手段，利用濾波器分離出功率波動(dòng)中的高頻、低頻分量，將對(duì)儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能容量要求較低、而對(duì)充放電次數(shù)要求高的高頻波動(dòng)分量分配給能量密度低、循環(huán)壽命長(zhǎng)的超級(jí)電容或超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置處理，同時(shí)由蓄電池等能量密度相對(duì)較高、而不宜頻繁充放電的儲(chǔ)能裝置處理可能引起較長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)能量大幅變化的低頻波動(dòng)分量。盡管濾波法易于理解和實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)也存在對(duì)儲(chǔ)能裝置狀態(tài)缺乏有效控制、依賴濾波后續(xù)處理、濾波器參數(shù)適用范圍有限、設(shè)計(jì)方法通用性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。

 

另一種功率分配方法是對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需處理的瞬時(shí)功率的幅值進(jìn)行分解，通過(guò)調(diào)節(jié)可大功率充放電的超級(jí)電容的電流指令來(lái)控制電池需要承受的充放電倍率，以達(dá)到優(yōu)化電池工作條件、從而延長(zhǎng)其工作壽命的目的。該方法依然存在導(dǎo)致儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)可能發(fā)生不受控制地偏移的固有局限性。

 

文獻(xiàn)提出一種基于各儲(chǔ)能裝置荷電狀態(tài)的功率分配思路，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了這種方法與定參數(shù)一階低通濾波器相比在處理典型周期性功率波動(dòng)方面的優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步在不失一般性的不規(guī)則功率波動(dòng)條件下比較兩種方法的功率分配效果，得出更具普遍意義的結(jié)論。

 

本文針對(duì)基于SOC的功率分配方法提出“等效時(shí)間常數(shù)”的概念，用時(shí)間常數(shù)表征兩種方法的功率分配效果；并將以超級(jí)電容和電池組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，在分析等效時(shí)間常數(shù)影響因素的基礎(chǔ)上，解釋基于荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）的分配方法優(yōu)于濾波法的原因。

 

等效時(shí)間常數(shù)的變化范圍圖

 

結(jié)論

 

為比較基于不同設(shè)計(jì)思路的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配方法的分配效果，本文類比濾波法采用的低通濾波器的時(shí)間常數(shù)概念，從表征能量型儲(chǔ)能裝置功率指令對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)整體功率指令的跟隨特性入手，針對(duì)基于SOC的功率分配方法定義了等效時(shí)間常數(shù)。

 

對(duì)特定混合儲(chǔ)能系統(tǒng)組成形式和特定功率分配函數(shù)形式下等效時(shí)間常數(shù)的影響因素進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，用等效時(shí)間常數(shù)能夠合理地表征功率分配效果，且由于基于SOC的功率分配方法等效的時(shí)間常數(shù)始終大于定參數(shù)低通濾波器能夠取到的時(shí)間常數(shù)，因此前者能夠達(dá)到優(yōu)于濾波法的功率分配效果。

 

同時(shí)，等效時(shí)間常數(shù)的提出也為定性分析多種基于不同手段的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配方法提供了一種思路，可以作為各應(yīng)用場(chǎng)合下不同功率分配方法評(píng)價(jià)和選用的參考。