基于可变截止频率低通滤波的光伏混合储能系统功率分配与容量优化配置研究

本文提出一种改进型可变截止频率低通滤波（VFLPF）策略，通过自适应调整截止频率平衡功率波动抑制与储能容量配置。研究采用CEEMDAN算法分解重构参考功率，建立以ZE和Zp为核心的评价体系，在PVM-HESS和PVA-HESS系统中分别实现储能容量降低2.65–54.10%和生命周期成本下降7.71–21.52%的优化效果。

　　

Highlight

本研究创新性地开发了可变截止频率低通滤波（VFLPF）技术，该技术像智能"节律调节器"般动态追踪光伏功率波动，有效规避传统固定滤波导致的"过度抑制"或"抑制不足"现象。通过CEEMDAN算法对参考功率进行频域解构，精准分配超级电容（SC）与电池的功率/能量承载角色。

Power models

储能系统是光伏系统的核心调节单元，其功率平衡方程可表述为：

P_g = P_PV - (P_B + P_S)

其中P_B和P_S分别代表电池与超级电容的功率输出，二者协同工作犹如"细胞能量代谢网络"中的快速供能（SC）与持久供能（电池）系统。

k-means algorithm

采用k-means聚类算法从海量光伏输出数据中筛选典型日场景，其原理类似于对生物信号进行模式分类。通过计算数据簇中位数提取典型日特征，为后续容量配置提供标准化"病理模型"。

Power fluctuation smoothing and optimal dispatch for PVM-HESS

在光伏模块级混合储能系统（PVM-HESS）中，采用三端口DC-DC converter实现功率能量分配，该转换器如同"生物膜通道蛋白"般高效协调不同储能元件的能量交换，最终使光伏输出功率最大波动率（MFR）降低23.77%。

Conclusion

本研究提出的VFLPF策略成功解决了光伏功率波动与储能容量配置间的平衡难题。通过Z_E和Z_p双指标评价体系，在PVM-HESS和PVA-HESS系统中分别实现储能容量降低2.65–54.10%、参考功率下降3.3–78%的优化效果，为混合储能系统的协同运行提供了创新性解决方案。

CRediT authorship contribution statement

于超: 方法论设计

熊碧峰: 可视化与软件实现

姚静莹: 数据分析与 curation

阚小波: 初稿撰写与算法可视化

马迅: 评审编辑、项目管理与资金获取（通讯作者）

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在任何可能影响研究客观性的财务或个人关系，本研究未受特定产品或机构的利益影响。

Acknowledgements

本研究受国家自然科学基金（52267020）、云南省高校服务产业重点项目（FWCY-OYCT2024012）及云南省中青年学术技术带头人培养项目（202305AC160085）资助。