CN103427429A - 用户侧分散储能设备的实时功率分配系统和分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统运行控制技术领域中的一种用户侧分散储能设备的实时功率分配系统和分配方法。系统包括电力调度中心，分散储能能量管理系统和分散储能设备；方法包括：确定可用分散储能设备的数量和可用分散储能设备的初始荷电状态；提取每个可用分散储能设备模型参数；每个可用分散储能设备计算在预调节时间T内的最大充电/放电功率；可用分散储能设备具备执行电力调度的调节能力，则计算每个可用分散储能设备的预期功率并将其调节至预期功率。本发明考虑了分散储能电池的充放电特性，在分散储能参与电力系统辅助调节时，能够有效兼顾分散储能的运行安全并确保分散储能准确执行电力调度指令。

Description

用户侧分散储能设备的实时功率分配系统和分配方法

技术领域

本发明属于电力系统运行控制技术领域，尤其涉及一种用户侧分散储能设备的实时功率分配系统和分配方法。

背景技术

分散储能设备是指设置在楼宇、商铺、住宅以及小型发电站等各种场所的储能装置，可以把输出不稳定的风力发电或太阳能电力充入到分散型蓄电系统中，使其平稳地向系统输出。而在电力消费量激增（减）时，也可从分散储能设备中瞬间输出（存储）电能，使电网电压、频率稳定，还可以大幅降低二氧化碳的排放。随着分布式发电的发展，与其配套的储能规模的扩大将为电力系统提供巨大的备用容量。另外，电动汽车的普及使得以储能电池为代表的分散储能在参与电力系统的辅助调节上具有广阔的前景，在智能电网的大环境下，分散储能甚至将革命性的改变电力系统的运行现状。

然而，目前分散储能的无序控制状态不仅没有对电网运行带来上述效益，以电动汽车并网充电为例，它反而影响了电网的安全稳定运行。挖掘分散储能对电网的调节潜力，需要采用一定的技术手段对可控的分散储能设备进行有效的能量管理。值得注意的是，大部分分散储能设备并不属于电网运营商的资产，这就对分散储能参与系统辅助调节带来两个难题：1）利用分散储能进行系统调节时，如何兼顾用户资产安全，保障分散储能的安全运行？2）即使在电力市场的激励措施下也无法对所有分散储能设备进行完全的调度控制，如何避免用户的随机行为影响分散储能设备准确执行电力调度指令？

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用户侧分散储能设备的实时功率分配系统和分配方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种用户侧分散储能设备的实时功率分配系统，其特征是所述系统包括:电力调度中心，分散储能能量管理系统和分散储能设备；

所述电力调度中心与分散储能能量管理系统相连；

所述分散储能能量管理系统与分散储能设备相连；

所述电力调度中心用于通过分散储能能量管理系统向分散储能设备发送包含有功功率和预调节时间的调节指令；

所述分散储能能量管理系统用于判断分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，当判断分散储能设备具备执行电力调度的调节能力时，调节分散储能设备的预期功率；

所述分散储能设备用于计算预调节时间内分散储能设备的最大充电/放电功率并发送至分散储能能量管理系统。

一种用户侧分散储能设备的实时功率分配方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：确定可用分散储能设备的数量N和可用分散储能设备的初始荷电状态SOC；

步骤2：提取每个可用分散储能设备的模型参数，包括指数区域电压幅值、指数区域时间常数的倒数、极化电阻、电池电压常数和电池内阻；

步骤3：电力调度中心向每个可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令；

步骤4：每个可用分散储能设备计算在预调节时间T内的最大充电/放电功率；

步骤5：判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，如果可用分散储能设备具备执行电力调度的调节能力，则执行步骤8；否则，执行步骤6；

判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力具体为，当有功功率P_set小于等于可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和时，则分散储能设备具备执行电力调度的调节能力；

步骤6：将可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和反馈至电力调度中心，电力调度中心重设有功功率P_set，并重新向可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令；

步骤7：可用分散储能设备接收电力调度中心的调度指令后，返回步骤4；

步骤8：计算每个可用分散储能设备的预期功率，并将每个可用分散储能设备的实际功率调节至预期功率。

所述提取可用分散储能设备的模型参数具体包括：

子步骤101：采集可用分散储能设备的充放电次数k；

子步骤102：将可用分散储能设备等效为由q组单体电池组串联组成的储能电池，所述单体电池组由p个单体电池并联而成；

子步骤103：调用每个单体电池的寿命测试数据曲线；

子步骤104：分别计算每个单体电池的电池内阻和指数区域时间常数的倒数；

其中，所述单体电池的电池内阻的计算公式为

U_nom(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的电压相对恒定阶段的终点nom对应的单体电池端电压；

Q_nom(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的电压相对恒定阶段的终点nom对应的单体电池剩余电量；

C为单体电池的寿命测试实验时的放电倍率；

η(k)为单体电池的电池效率；

所述单体电池的指数区域时间常数的倒数的计算公式为

Q_exp(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的具有指数函数特征阶段的终点exp对应的单体电池剩余电量；

子步骤105：采用方程组分别计算单体电池的指数区域电压幅值、极化电阻和电池电压常数；

所述方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\exp }\left(k\right)=E_{01}^{\′}-K_1\frac{Q\left(k\right)}{Q\left(k\right)-Q_{\exp }\left(k\right)}(Q_{\exp }\left(k\right)+\mathrm{CQ}\left(k\right))-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\exp (-B_1{Q}_{\exp }\left(k\right))\\ U_{\mathrm{nom}}\left(k\right)=E_{01}^{\′}-K_1\frac{Q\left(k\right)}{Q\left(k\right)-Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)}(Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)+\mathrm{CQ}\left(k\right))-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\exp (-B_1{Q}_{\mathrm{nom}}\left(k\right))\\ U_{\mathrm{full}}\left(k\right)=E_{01}^{\′}-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\end{array}\right.;$

A₁为单体电池的指数区域电压幅值；

K₁为单体电池的极化电阻；

E′₀₁为单体电池的电池电压常数；

U_exp(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的具有指数函数特征阶段的终点exp对应的单体电池端电压；

Q(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的放电开始时刻full对应的单体电池剩余电量；

U_full(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的放电开始时刻full对应的单体电池端电压；

exp(·)为以自然对数e为底数的指数运算；

子步骤106：计算可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻、指数区域时间常数的倒数、指数区域电压幅值、极化电阻和电池电压常数；

其中，可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻的计算公式为

可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域时间常数的倒数的计算公式为 $B=\frac{1}{p}{B}_1$ ；

可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域电压幅值的计算公式为A=qA₁；

可用分散储能设备等效的储能电池的极化电阻的计算公式为

可用分散储能设备等效的储能电池的电池电压常数的计算公式为E'₀=_qE'₀₁。

所述步骤4包括：

子步骤201：令j=1，任取P_a≤P_j≤P_b，将P_j作为可用分散储能设备等效的储能电池的放电功率；其中，P_a为可用分散储能设备等效的储能电池的最小放电功率，P_b为可用分散储能设备等效的储能电池的最大放电功率；

子步骤202：令s=1，并利用公式

计算可用分散储能设备等效的储能电池放电初始端电压；

其中， $b=E_0^{\′}-\frac{K(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)}{\mathrm{SOC}}+\mathrm{Aexp}[-B(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)];$

$c=(\frac{K}{\mathrm{SOC}}-R)P_j;$

A为可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域电压幅值；

B为可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域时间常数的倒数；

K为可用分散储能设备等效的储能电池的极化电阻；

R为可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻；

E′₀为可用分散储能设备等效的储能电池的电池电压常数；

子步骤203：根据公式 $U_s=E_0^{\′}-\frac{\mathrm{KQ}\left(K\right)}{Q\left(k\right)-h_s}[i_s+h_s]+\mathrm{Aexp}(-B{h}_s)-R{i}_s$ 计算可用分散储能设备等效的储能电池第k次放电/充电时的端电压；

其中， $h_s=(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)+\underset{l=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_j}{U_{l-1}}\mathrm{\Δt};$

$i_s=\frac{P_j}{U_{s-1}};$

Δt为第一设定值；

子步骤204：判断可用分散储能设备等效的储能电池在放电时是否满足U_s<U_min，或者判断可用分散储能设备等效的储能电池在充电时是否满足U_s>U_max；如果可用分散储能设备等效的储能电池在放电时满足U_s<U_min，或者可用分散储能设备等效的储能电池在充电时满足U_s>U_max，则执行子步骤206；否则，执行子步骤205；

U_min为可用分散储能设备等效的储能电池由初始荷电状态SOC至满放状态的放电截止电压；

U_max为可用分散储能设备等效的储能电池由初始荷电状态SOC至满充状态的充电截止电压；

子步骤205：令s=s+1，返回步骤子步骤203；

子步骤206：根据公式t_j=s·Δt计算可用分散储能设备等效的储能电池以功率P_j由初始荷电状态SOC至放电截止或者由初始荷电状态SOC至充电截止的持续时间t_j；

子步骤207：判断j>m是否成立，如果j>m，则执行子步骤208；否则，令j=j+1，任取P_a≤P_j≤P_b且P_j≠P_r，r=1,2,...,j-1，返回子步骤202；

其中，m为第二设定值；

子步骤208：确定满足公式

的t_j对应的可用分散储能设备等效的储能电池功率P_j，将其记为P′_max；

|(SOC,T)-(SOC,t_j)|为(SOC,T)和(SOC,t_j)之间的距离，所述距离包括欧式距离、马氏距离或者hausdoff距离；

子步骤209：根据公式P_max=min(P′_max,P_m)计算预调节时间T内可用分散储能设备的最大充电/放电功率；

P_m为电池管理系统对可用分散储能设备等效的储能电池的限制功率。

所述计算每个可用分散储能设备的预期功率采用公式

其中，P_τ为第τ个可用分散储能设备的预期功率，P_τmax为第τ个可用分散储能设备等效的储能电池在预调节时间T内的最大充电/放电功率，τ=1,2,...,N，N为可用分散储能设备的数量。

本发明考虑了分散储能电池的充放电特性，以分析计算得出的分散储能电池调节能力作为修正电力调度预调节指令的参考和协调分配可用储能电池充放电功率的依据，在分散储能参与电力系统辅助调节时，能够有效兼顾分散储能的运行安全并确保分散储能准确执行电力调度指令。

附图说明

图1是用户侧分散储能设备的实时功率分配系统结构图；

图2是用户侧分散储能设备的实时功率分配方法工作流程图。

图3是储能电池寿命测试放电特性曲线。

图4是分散储能电池最大充电/放电功率计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

图1是用户侧分散储能设备的实时功率分配系统结构图。如图1所示，本发明提供的用户侧分散储能设备的实时功率分配系统包括:电力调度中心，分散储能能量管理系统和分散储能设备。其中，电力调度中心与分散储能能量管理系统相连，分散储能能量管理系统与分散储能设备相连。

电力调度中心用于通过分散储能能量管理系统向分散储能设备发送包含有功功率和预调节时间的调节指令。

分散储能能量管理系统用于判断分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，当判断分散储能设备具备执行电力调度的调节能力时，调节分散储能设备的预期功率。分散储能能量管理系统实时监控分散储能设备的电气状态，分析并计算储能单元、电动汽车智能充放电桩在参与电网削峰填谷、电网电压频率辅助调节时候的输出功率，进而协调可用分散储能设备的充放电行为。

分散储能设备用于计算预调节时间内分散储能设备的最大充电/放电功率并发送至分散储能能量管理系统。分散储能设备为家庭、单位自备的储能设备、为平抑新能源发电间歇性的储能设备、微电网内的储能设备以及电动汽车智能充放电桩的总称。家庭、单位自备的储能设备主要作为停电状况下的应急电源。与新能源发电配套的储能设备主要用于平抑新能源发电的间歇性。微电网内的储能设备作用为参与微电网的电压、频率的辅助调节，维持微电网的独立稳定运行。电动汽车智能充放电桩为纯电动汽车的充电、放电设备，其作用为对电动汽车提供充电电能，或者，在电动汽车放电的情况下将电动汽车的电能反馈给电网。

图2是用户侧分散储能设备的实时功率分配方法工作流程图。如图2所示，用户侧分散储能设备的实时功率分配方法包括：

步骤1：确定可用分散储能设备的数量N和可用分散储能设备的初始荷电状态SOC。

步骤2：提取每个可用分散储能设备的模型参数，包括指数区域电压幅值、指数区域时间常数的倒数、极化电阻、电池电压常数和电池内阻。

该步骤具体包括如下子步骤：

子步骤101：采集可用分散储能设备的充放电次数k。

子步骤102：将可用分散储能设备等效为由q组单体电池组串联组成的储能电池，所述单体电池组由p个单体电池并联而成；

子步骤103：调用每个单体电池的寿命测试数据曲线。

对于每一个分散储能设备，由于具备充电和放电的功能，所以其都可以等效为一个储能电池。常用的储能电池通常由q组单体电池组串联组成，且每个单体电池组包括p个并联的单体电池。每一个单体电池都有自己的寿命测试数据曲线，又称寿命曲线或者放电特性曲线，如图3所示。因此，可以先将可用分散储能设备等效为储能电池，再提取其单体电池的寿命测试数据曲线。

子步骤104：分别计算单体电池的电池内阻和指数区域时间常数的倒数。

以Olivier Tremblay提出的电池模型为分析储能电池调节能力的基础，电池模型如下所示：

其中，U(t)为单体电池的端电压，i(t)为单体电池的充/放电电流，R₁为单体电池的等效内阻，Q为单体电池的容量(Ah)，t为单体电池的充放/电持续时间，A₁为单体电池的指数区域电压幅值，B₁为单体电池的指数区域时间常数的倒数，K₁为单体电池的极化电阻，R₁为单体电池的电池内阻，E′₀₁为单体电池的电池电压常数。A₁、B₁、K₁、R₁为和E′₀₁为拟合系数，i(t)>0表示放电，i(t)<0表示充电。

单体电池的电池内阻的计算公式为：

$R_1=U_{\mathrm{nom}}\left(k\right)\frac{1-\mathrm{\&eta;}\left(k\right)}{Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)C}---\left(3\right)$

公式（3）中，U_nom(k)为单体电池寿命测试数据曲线的电压相对恒定阶段的终点nom对应的单体电池端电压，Q_nom(k)为单体电池寿命测试数据曲线的电压相对恒定阶段的终点nom对应的单体电池剩余电量，如图3所示。C为单体电池寿命测试实验时的放电倍率，η(k)为单体电池的电池效率。

单体电池的指数区域时间常数的倒数的计算公式为：

$B_1=\frac{3}{Q_{\exp }\left(k\right)}---\left(4\right)$

公式（4）中，Q_exp(k)为单体电池寿命测试数据曲线的具有指数函数特征阶段的终点exp对应的单体电池剩余电量，见图3。

子步骤105：采用如下方程组分别计算单体电池的指数区域电压幅值、极化电阻和电池电压常数。

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\exp }\left(k\right)=E_{01}^{\&prime;}-K_1\frac{Q\left(k\right)}{Q\left(k\right)-Q_{\exp }\left(k\right)}(Q_{\exp }\left(k\right)+\mathrm{CQ}\left(k\right))-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\exp (-B_1{Q}_{\exp }\left(k\right))\\ U_{\mathrm{nom}}\left(k\right)=E_{01}^{\&prime;}-K_1\frac{Q\left(k\right)}{Q\left(k\right)-Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)}(Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)+\mathrm{CQ}\left(k\right))-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\exp (-B_1{Q}_{\mathrm{nom}}\left(k\right))\\ U_{\mathrm{full}}\left(k\right)=E_{01}^{\&prime;}-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\end{array}\right.---\left(5\right)$

方程组（5）中，A₁为单体电池的指数区域电压幅值，K₁为单体电池的极化电阻，E′₀₁为单体电池的电池电压常数，U_exp(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的具有指数函数特征阶段的终点exp对应的单体电池端电压，Q(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的放电开始时刻full对应的单体电池剩余电量，U_full(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的放电开始时刻full对应的单体电池端电压，exp(·)为以自然对数e为底数的指数运算。上述方程组（5）是关于A₁、K₁和E′₀₁的三元一次方程组，其解可求且唯一。利用该方程组可计算出A₁、K₁和E′₀₁。

子步骤106：计算可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻、指数区域时间常数的倒数、指数区域电压幅值、极化电阻和电池电压常数。

其中，可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻的计算公式为

可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域时间常数的倒数的计算公式为可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域电压幅值的计算公式为A=qA₁，可用分散储能设备等效的储能电池的极化电阻的计算公式为

可用分散储能设备等效的储能电池的电池电压常数的计算公式为E'₀=qE'₀₁。

步骤3：电力调度中心向每个可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令。

步骤4：每个可用分散储能设备计算在预调节时间T内的最大充电/放电功率。

为保护储能电池安全，电池管理系统会设定电池满充退出电压U_max以及满放退出电压U_min。充电时，当电池端电压高于U_max时，储能电池停止充电；放电时，当电池端电压低于U_min时，储能电池停止工作。以储能电池的放电为例，已知储能电池的初始荷电状态为SOC，令储能电池由SOC至满放状态持续的时间为t，放电截止电压U(t)=U_min，放电电流为

（P_max为最大放电功率，P_max<0），注意到直接将上述条件代入式（1）、式（2）中形成的方程组为超越方程，直接求解P_max具有一定的难度。假设恒功率放电或者恒功率充电过程中储能电池在短时间内的端电压几乎不变，求解P_max的离散化处理如下述子步骤：

子步骤201：令j=1，任取P_a≤P_j≤P_b，将P_j作为可用分散储能设备等效的储能电池的放电功率。其中，P_a为可用分散储能设备等效的储能电池的最小放电功率，P_b为可用分散储能设备等效的储能电池的最大放电功率。

子步骤202：令s=1，并利用公式

计算可用分散储能设备等效的储能电池放电初始端电压。

储能电池t=0时刻的电路方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_0=E_0-\frac{\mathrm{KQ}}{Q-h_0}[h_0+i_0]+\mathrm{Aexp}(-B{h}_0)-R{i}_0\\ h_0=(1-\mathrm{SOC})Q\\ i_0=\frac{P}{U_0}\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，P为放电功率，求解方程组（6）得储能电池放电初始时刻的端电压为：

$U_0=\frac{b\&PlusMinus;\sqrt{b^2+4c}}{2}---\left(7\right)$

公式（7）中， $b=E_0^{\&prime;}-\frac{K(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)}{\mathrm{SOC}}+\mathrm{Aexp}[-B(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)],$ $c=(\frac{K}{\mathrm{SOC}}-R)P_j.$ A、B、K、R和E′₀的含义和取值已经在子步骤106中进行了说明，此处不再赘述。

子步骤203：根据公式 $U_s=E_0^{\&prime;}-\frac{\mathrm{KQ}\left(k\right)}{Q\left(k\right)-h_s}[i_s+h_s]+\mathrm{Aexp}(-B{h}_s)-R{i}_s$ 计算可用分散储能设备等效的储能电池第k次放电/充电时的端电压。

若Δt为一个较小的数时，则在Δt时间内储能电池的端电压几乎不变，即有U_s=U_s-1，

根据这一假设，将上述公式（1）和（2）离散化得到公式（8）、（9）和（10）如下：

$U_s=E_0^{\&prime;}-\frac{\mathrm{KQ}\left(k\right)}{Q\left(k\right)-h_s}[i_s+h_s]+\mathrm{Aexp}(-B{h}_s)-R{i}_s---\left(8\right)$

$h_s=(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)+\underset{l=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j}{U_{l-1}}\mathrm{\&Delta;t}---\left(9\right)$

$i_s=\frac{P_j}{U_{s-1}}---\left(10\right)$

上述公式中，Δt为设定值。

子步骤204：判断可用分散储能设备等效的储能电池在放电时是否满足U_s<U_min，或者判断可用分散储能设备等效的储能电池在充电时是否满足U_s>U_max；如果可用分散储能设备等效的储能电池在放电时满足U_s<U_min，或者可用分散储能设备等效的储能电池在充电时满足U_s>U_max，则执行子步骤206；否则，执行子步骤205。

子步骤205：令s=s+1，返回步骤子步骤203。

子步骤206：根据公式t_j=s·Δt计算可用分散储能设备等效的储能电池以功率P_j由初始荷电状态SOC至放电截止或者由初始荷电状态SOC至充电截止的持续时间t_j。

子步骤207：判断j>m是否成立，如果j>m，则执行子步骤208；否则，令j=j+1，任取P_a≤P_j≤P_b且P_j≠P_r，r=1,2,...,j-1，即P_j应当与前几次取的功率P_r都不相同。然后，返回子步骤202。其中，m为设定值。

子步骤208：确定满足公式

的t_j对应的可用分散储能设备等效的储能电池功率P_j，将其记为P′_max。

本发明核心是求取可用分散储能设备等效的储能电池初始荷电状态为SOC的充/放电池持续时间T时的最大充放电功率，即计算P_T(SOC,T)。问题在于，直接求取P_T困难，因而通过间接的手段循环计算多组电池在初始荷电状态为SOC条件下，以任意充/放电功率P_j充放电时，电池的稳定持续工作时间t_j，循环计算的结果是生成了元素个数为m的时间数据集合，记为{t_j(SOC,P_j)}。注意到每一个t_j都和一组(P_j,SOC)对应，也就是说，每一个P_j都和一组(t_j,SOC)相对应，从而有功率集合{P_j(SOC,t_j)}。那么很显然，在集合{P_j(SOC,t_j)}中，当(SOC,t_j)与(SOC,T)最接近时，(SOC,t_j)所对应的功率也应当是最接近最大充/放电功率P_T(SOC,T)的值。因此，将满足公式

的t_j对应的可用分散储能设备等效的储能电池功率P_j记为P′_max。|(SOC,T)-(SOC,t_j)|的物理意义为(SOC,t_j)与(SOC,T)的距离。其计算可以采用欧式距离、马氏距离或者hausdoff距离。比如采用欧式距离，则 $|(\mathrm{SOC},T)-(\mathrm{SOC},t_j)|=\sqrt{{(\mathrm{SOC}-\mathrm{SOC})}^2+{(T-t_j)}^2}=|T-t_j|.$ 即与预调节时间T最接近的t_j对应的功率P_j最接近最大充/放电功率P_T(SOC,T)，将其记为P′_max。

子步骤209：根据公式P_max=min(P′_max,P_m)计算预调节时间T内可用分散储能设备的最大充电/放电功率。P_m为电池管理系统对可用分散储能设备等效的储能电池的限制功率。

步骤5：判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，如果可用分散储能设备具备执行电力调度的调节能力，则执行步骤8；否则，执行步骤6。

判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力具体为，当有功功率P_set小于等于可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和时，则分散储能设备具备执行电力调度的调节能力。

通过步骤4计算出了每个可用分散储能设备计算预调节时间T内自身的最大充电/放电功率，记为P_τmax。其中，P_τmax为第τ个可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率，则

为可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和。当

时，说明分散储能设备具备执行电力调度的调节能力。反之，则说明分散储能设备不具备执行电力调度的调节能力。

步骤6：将可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和反馈至电力调度中心，电力调度中心重设有功功率P_set，并重新向可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令。

步骤7：可用分散储能设备接收电力调度中心的调度指令后，返回步骤4。

步骤8：计算每个可用分散储能设备的预期功率，并将每个可用分散储能设备的实际功率调节至预期功率。

计算每个可用分散储能设备的预期功率采用公式

其中，P_τ为第τ个可用分散储能设备的预期功率，P_τmax为第τ个可用分散储能设备等效的储能电池在预调节时间T内的充电/放电最大功率，τ=1,2,...,N，N为可用分散储能设备的数量。分散储能能量管理系统将每个可用分散储能设备的功率调节为P_τ。

实施例2

以下以一个实际的用户侧分散储能设备的实时功率分配系统为例，采用数据的方式说明本发明的实现过程。本实施例中，可用分散储能设备数量N=38。

步骤1：确定可用分散储能设备的数量N和可用分散储能设备的初始荷电状态SOC。表1是可用分散储能系统的电气状态统计表，其中给出了38个可用分散储能设备的数量和每个可用分散储能设备的初始荷电状态SOC。

表1

步骤2：提取每个可用分散储能设备的模型参数，包括指数区域电压幅值、指数区域时间常数的倒数、极化电阻、电池电压常数和电池内阻。

表2为可用分散储能设备等效的储能电池寿命测试数据。其中取出了可用分散储能设备等效的储能电池寿命测试数据曲线的相关数据。

表2

将表2的数据代入实施例1中的公式进行计算，提取每个可用分散储能设备模型参数，结果如表3所示。

表3

步骤3：电力调度中心向每个可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令。本实施例给出的某时刻接电力调度指令为：P_set=3MW、T=0.5h。

步骤4：每个可用分散储能设备计算在预调节时间T内的最大充电/放电功率。

图4是分散储能电池最大充电/放电功率计算流程图，将表1-3数据代入图4所示的算法中即得到分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率。表4是分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率的计算结果表。

表4

步骤5：判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，如果可用分散储能设备具备执行电力调度的调节能力，则执行步骤8；否则，执行步骤6。

判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力具体为，当有功功率P_set小于等于可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和时，则分散储能设备具备执行电力调度的调节能力。

步骤6：将可用分散储能设备的最大充电/放电功率之和反馈至电力调度中心，电力调度中心重设有功功率P_set，并重新向可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令。

步骤7：可用分散储能设备接收电力调度中心的调度指令后，返回步骤4。

步骤8：计算每个可用分散储能设备的预期功率，并将每个可用分散储能设备的实际功率调节至预期功率。表5是根据计算生成可用分散储能设备的指令表。

表5

本发明提出的用户侧分散储能的实时功率分配算法及装置，考虑了分散储能电池的充放电特性，以分析计算得出的分散储能电池调节能力作为修正电力调度预调节指令的参考和协调分配可用储能电池充放电功率的依据。思路清晰严谨，算法的计算机实现简单，在分散储能参与电力系统辅助调节时，能够有效兼顾分散储能的运行安全并确保分散储能准确执行电力调度指令。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用户侧分散储能设备的实时功率分配系统，其特征是所述系统包括:电力调度中心，分散储能能量管理系统和分散储能设备；

所述电力调度中心与分散储能能量管理系统相连；

所述分散储能能量管理系统与分散储能设备相连；

所述电力调度中心用于通过分散储能能量管理系统向分散储能设备发送包含有功功率和预调节时间的调节指令；

所述分散储能能量管理系统用于判断分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，当判断分散储能设备具备执行电力调度的调节能力时，调节分散储能设备的预期功率；

所述分散储能设备用于计算预调节时间内分散储能设备的最大充电/放电功率并发送至分散储能能量管理系统。

2.一种用户侧分散储能设备的实时功率分配方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：确定可用分散储能设备的数量N和可用分散储能设备的初始荷电状态SOC；

步骤2：提取每个可用分散储能设备的模型参数，包括指数区域电压幅值、指数区域时间常数的倒数、极化电阻、电池电压常数和电池内阻；

步骤3：电力调度中心向每个可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令；

步骤4：每个可用分散储能设备计算在预调节时间T内的最大充电/放电功率；

步骤5：判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力，如果可用分散储能设备具备执行电力调度的调节能力，则执行步骤8；否则，执行步骤6；

判断可用分散储能设备是否具备执行电力调度的调节能力具体为，当有功功率P_set小于等于可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和时，则分散储能设备具备执行电力调度的调节能力；

步骤6：将可用分散储能设备在预调节时间T内的最大充电/放电功率之和反馈至电力调度中心，电力调度中心重设有功功率P_set，并重新向可用分散储能设备发送包含有功功率P_set和预调节时间T的调节指令；

步骤7：可用分散储能设备接收电力调度中心的调度指令后，返回步骤4；

步骤8：计算每个可用分散储能设备的预期功率，并将每个可用分散储能设备的实际功率调节至预期功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述提取可用分散储能设备的模型参数具体包括：

子步骤101：采集可用分散储能设备的充放电次数k；

子步骤102：将可用分散储能设备等效为由q组单体电池组串联组成的储能电池，所述单体电池组由p个单体电池并联而成；

子步骤103：调用每个单体电池的寿命测试数据曲线；

子步骤104：分别计算每个单体电池的电池内阻和指数区域时间常数的倒数；

其中，所述单体电池的电池内阻的计算公式为

U_nom(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的电压相对恒定阶段的终点nom对应的单体电池端电压；

Q_nom(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的电压相对恒定阶段的终点nom对应的单体电池剩余电量；

C为单体电池的寿命测试实验时的放电倍率；

η(k)为单体电池的电池效率；

所述单体电池的指数区域时间常数的倒数的计算公式为

Q_exp(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的具有指数函数特征阶段的终点exp对应的单体电池剩余电量；

子步骤105：采用方程组分别计算单体电池的指数区域电压幅值、极化电阻和电池电压常数；

所述方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\exp }\left(k\right)=E_{01}^{\&prime;}-K_1\frac{Q\left(k\right)}{Q\left(k\right)-Q_{\exp }\left(k\right)}(Q_{\exp }\left(k\right)+\mathrm{CQ}\left(k\right))-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\exp (-B_1{Q}_{\exp }\left(k\right))\\ U_{\mathrm{nom}}\left(k\right)=E_{01}^{\&prime;}-K_1\frac{Q\left(k\right)}{Q\left(k\right)-Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)}(Q_{\mathrm{nom}}\left(k\right)+\mathrm{CQ}\left(k\right))-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\exp (-B_1{Q}_{\mathrm{nom}}\left(k\right))\\ U_{\mathrm{full}}\left(k\right)=E_{01}^{\&prime;}-R_1\mathrm{CQ}\left(k\right)+A_1\end{array}\right.;$

A₁为单体电池的指数区域电压幅值；

K₁为单体电池的极化电阻；

E′₀₁为单体电池的电池电压常数；

U_exp(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的具有指数函数特征阶段的终点exp对应的单体电池端电压；

Q(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的放电开始时刻full对应的单体电池剩余电量；

U_full(k)为单体电池的寿命测试数据曲线的放电开始时刻full对应的单体电池端电压；

exp(·)为以自然对数e为底数的指数运算；

子步骤106：计算可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻、指数区域时间常数的倒数、指数区域电压幅值、极化电阻和电池电压常数；

其中，可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻的计算公式为

可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域时间常数的倒数的计算公式为 $B=\frac{1}{p}{B}_1;$

可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域电压幅值的计算公式为A=qA₁；

可用分散储能设备等效的储能电池的极化电阻的计算公式为

可用分散储能设备等效的储能电池的电池电压常数的计算公式为E'₀=qE'₀₁。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述步骤4包括：

子步骤201：令j=1，任取P_a≤P_j≤P_b，将P_j作为可用分散储能设备等效的储能电池的放电功率；其中，P_a为可用分散储能设备等效的储能电池的最小放电功率，P_b为可用分散储能设备等效的储能电池的最大放电功率；

子步骤202：令s=1，并利用公式

计算可用分散储能设备等效的储能电池放电初始端电压；

其中， $b=E_0^{\&prime;}-\frac{K(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)}{\mathrm{SOC}}+\mathrm{Aexp}[-B(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)];$

$c=(\frac{K}{\mathrm{SOC}}-R)P_j;$

A为可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域电压幅值；

B为可用分散储能设备等效的储能电池的指数区域时间常数的倒数；

K为可用分散储能设备等效的储能电池的极化电阻；

R为可用分散储能设备等效的储能电池的电池内阻；

E′₀为可用分散储能设备等效的储能电池的电池电压常数；

子步骤203：根据公式 $U_s=E_0^{\&prime;}-\frac{\mathrm{KQ}\left(K\right)}{Q\left(k\right)-h_s}[i_s+h_s]+\mathrm{Aexp}(-B{h}_s)-R{i}_s$ 计算可用分散储能设备等效的储能电池第k次放电/充电时的端电压；

其中， $h_s=(1-\mathrm{SOC})Q\left(k\right)+\underset{l=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j}{U_{l-1}}\mathrm{\&Delta;t};$

$i_s=\frac{P_j}{U_{s-1}};$

Δt为第一设定值；

子步骤204：判断可用分散储能设备等效的储能电池在放电时是否满足U_s<U_min，或者判断可用分散储能设备等效的储能电池在充电时是否满足U_s>U_max；如果可用分散储能设备等效的储能电池在放电时满足U_s<U_min，或者可用分散储能设备等效的储能电池在充电时满足U_s>U_max，则执行子步骤206；否则，执行子步骤205；

U_min为可用分散储能设备等效的储能电池由初始荷电状态SOC至满放状态的放电截止电压；

U_max为可用分散储能设备等效的储能电池由初始荷电状态SOC至满充状态的充电截止电压；

子步骤205：令s=s+1，返回步骤子步骤203；

子步骤206：根据公式t_j=s·Δt计算可用分散储能设备等效的储能电池以功率P_j由初始荷电状态SOC至放电截止或者由初始荷电状态SOC至充电截止的持续时间t_j；

子步骤207：判断j>m是否成立，如果j>m，则执行子步骤208；否则，令j=j+1，任取P_a≤P_j≤P_b且P_j≠P_r，r=1,2,...,j-1，返回子步骤202；

其中，m为第二设定值；

子步骤208：确定满足公式

的t_j对应的可用分散储能设备等效的储能电池功率P_j，将其记为P′_max；

|(SOC,T)-(SOC,t_j)|为(SOC,T)和(SOC,t_j)之间的距离，所述距离包括欧式距离、马氏距离或者hausdoff距离；

子步骤209：根据公式P_max=min(P′_max,P_m)计算预调节时间T内可用分散储能设备的最大充电/放电功率；

P_m为电池管理系统对可用分散储能设备等效的储能电池的限制功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述计算每个可用分散储能设备的预期功率采用公式

其中，P_τ为第τ个可用分散储能设备的预期功率，P_τmax为第τ个可用分散储能设备等效的储能电池在预调节时间T内的最大充电/放电功率，τ=1,2,...,N，N为可用分散储能设备的数量。

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