CN103997052B - 一种多储能电站的有功功率控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多储能电站的有功功率控制的方法，该方法包括以下步骤：I、确定所述多储能电站的评价指标；II、根据所述储能电站的出力情况建立所述储能电站的评价模型；III、对各储能电站的优先级进行排序，根据当前时刻电网的能量需求状况确定所述多储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况。该方法用于克服现有储能电站调度时未考虑储能电池的可调度容量以及电池健康度等方面的缺陷，综合考虑储能电站的运行特性，建立储能电站综合评价模型。

Description

一种多储能电站的有功功率控制的方法

技术领域

本发明涉及一种储能电站领域的方法，具体讲涉及一种多储能电站的有功功率控制的方法。

背景技术

随着智能电网以及可再生能源发电的大力发展，大规模储能技术也日益成熟，其在电力系统中的应用也将日益增加。在储能技术大规模应用的同时，由于各储能电池的特性参数不一，同一储能电站不同电池组之间的运行情况不一，不同储能电站之间的运行情况也不一，这就使得电网对储能电站进行有功调度时面临一定困难，如：同一时刻各储能电站的SOC不同、各储能电站的额定容量、额定功率不同等。如何对储能电站的有功出力进行快速有效地调度成为目前亟需解决的难题。

在对传统发电机组以及可再生能源发电机组进行调度时，现有的方式多根据其可调节功率进行。而储能单元的调度则不同，储能单元的可调度性不仅受其调节功率的影响，更受其可调度容量的影响，因此在进行储能单元的调度时不仅需要考虑其可调度功率，更应考虑其可调度容量，同时在对储能电池进行调度时也应考虑对其健康度的影响，尽可能的延长储能电池的使用寿命，国内外在此方面的研究较少。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多储能电站的有功功率控制的方法，该方法用于克服现有储能电站调度时未考虑储能电池的可调度容量以及电池健康度等方面的缺陷，综合考虑储能电站的运行特性，建立储能电站综合评价模型。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种多储能电站的有功功率控制的方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：

I、确定所述多储能电站的评价指标；

II、根据所述多储能电站中各储能系统的所述评价指标建立储能电站的评价模型；

III、对各储能电站的优先级进行排序；

IV、根据当前时刻电网的能量需求状况确定所述多储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况。

进一步的，所述步骤I中，所述评价指标包括储能电站的健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率。

进一步的，所述步骤II包括以下步骤：

S201、选取储能电站的健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率作为评价指标来建立储能电站的评价模型；

S202、用电池温度t、电池电压U和电池电流I值表征所述健康度；

S203、用下式量化处理健康度： $S_{\mathrm{OH}}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<x_{\min }\\ \frac{x-x_{\min }}{x_{\mathrm{mi}{n}^{\&prime;}}-x_{\min }},& x_{\min }\&le;x<x_{{\min }^{\&prime;}}\\ 1,& x_{{\min }^{\&prime;}}\&le;x<x_{{\max }^{\&prime;}}\\ \frac{x_{\max }-x}{x_{\max }-x_{{\max }^{\&prime;}}},& x_{{\max }^{\&prime;}}\&le;x<x_{\max }\\ 0,& x\&GreaterEqual;x_{\max }\end{array}\right.,$ 所述储能电站健康度 $I_{\mathrm{SOH}}=\frac{\mathrm{\&Sigma;}{S}_{\mathrm{OH}}\left(x\right)}{M};$

其中，[x_min，x_max]为该参数的运行范围,[x_min′，x_max′]为该参数的最佳运行范围，M指表征健康度的参数个数；

S204、对所述电池SOC值进行量化处理，当储能电站放电时，所述SOC值 $I_{\mathrm{SOC}}=\frac{S_{\mathrm{OC}}-S_{\mathrm{OC}\_\min }}{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}\_\min }};$ 当储能电站充电时，所述SOC值 $I_{\mathrm{SOC}}=\frac{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}}}{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}\_\min }};$

其中，S_OC、S_{OC_max}、S_{OC_min}分别为储能电站SOC的当前值、上限值和下限值；

S205、用下式分别对所述储能电站额定容量和额定功率进行归一量化处理： $I_{\mathrm{Erate}}=\frac{E_{\mathrm{rate}}}{E_{\mathrm{rate}\_\max }}$ 和

其中，E_{rate_max}＝max{E_rate1,E_rate2…E_rateN}表示额定容量最大值，P_{rate_max}＝max{P_rate1,P_rate2…P_rateN}表示额定功率最大值，N表示储能电站个数；

S206、综合所述健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率，第i个储能电站的评价模型为：I_i＝aI_SOHi+bI_SOCi+cI_Eratei+dI_Pratei；

其中，a，b，c，d分别为4个指标所占的权重，且a+b+c+d＝1。

进一步的，所述步骤III中，根据各储能电站的评价模型运用优先顺序法对各储能电站的优先级进行排序，并根据当前时刻电网的能量需求确定储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况。

进一步的，建立储能电站的评价模型后采用优先顺序法对储能电站优先级进行排序，综合评价指标越大的优先级越高，优先级最高的序号为1，依次类推。

进一步的，所述步骤IV包括以下步骤：

S401、设t时刻电网的功率需求为ΔP_net(t)，若ΔP_net(t)＞0，根据电网功率波动情况确定储能电站的充放电功率；

S402、当|ΔP_net(t)|≤ΔP_limit，ΔP_limit为电网允许功率偏差，N为储能电站个数，各储能电站充放电功率均为0；

S403、当ΔP_limit为各电网允许功率偏差，P_ratei为第i个储能电站的额定功率，N为储能电站个数，各储能电站的充放电状态不同，其优先级也不同；判断电网能量需求，确定储能电站充放电状态；

S4031、当时，电网处于能量缺失状态，需要储能电站释放能量；

依据储能电站评价模型获得各储能电站的综合评价指标，按照优先顺序法对其优先级进行排序；

同时存在数值k使得则储能电站的出力组合为{1,2…k,k+1}，各储能电站的出力情况为 $\{P_{\mathrm{rate}1},P_{\mathrm{rate}2}...P_{\mathrm{ratek}},|\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{net}}\left(t\right)|-\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ratei}},0...0\};$

S4032、当电网处于能量溢出状态时，储能电站吸收能量；

依据储能电站评价模型确定各储能电站的综合评价指标，按照优先顺序法对其优先级进行排序；

同时存在数值k使得则储能电站出力组合为{1,2…k,k+1}，各储能电站的出力情况为 $\{-P_{\mathrm{rate}1},-P_{\mathrm{rate}2}...-P_{\mathrm{ratek}},{\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{net}}\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ratei}},0...0\};$

S404、当P_ratei为第i个储能电站的额定功率，N为储能电站个数，电网能量需求大于储能电站调度能力，储能电站出力组合为{1,2…N-1,N}，各储能电站的出力情况为{P_rate1,P_rate2…P_rateN-1,P_rateN}()或{-P_rate1,-P_rate2…-P_rateN-1,-P_rateN}()，各储能电站均以额定功率充放电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的方法考虑储能电站特征参数以及运行过程中技术参数的同时考虑了储能电站健康度参数，建立了储能电站的综合评价模型，依据综合评价指标值，采用优先顺序法对当前储能电站的优先级进行排序，并根据当前时刻电网的能量需求状况，快速确定储能电站的出力组合以及各储能电站的出力情况。

2、本发明提供的方法根据电池储能系统运行过程中特征参数建立电池储能系统健康度模型，选取电池温度、电池电压以及电流作为健康度指标建模，不仅考虑调节功率的影响，更考虑调度容量的影响，有功功率控制更准确；同时在对储能电池进行调度时也考虑了其健康度的影响，尽可能的延长储能电池的使用寿命。

3、本发明提供的方法能够对系统中多储能电站进行有效管理，使得各储能电站之间可以有效配合，避免了储能电站的频繁动作以及过充过放等不利工作状态。

4、本发明提供的方法具有在线快速响应能力，能够对电网的功率波动进行迅速的响应，将功率波动快速分配给各储能电站。利用储能系统的快速响应能力对系统波动进行平抑，使得电网功率能够维持在相对稳定的状态。

附图说明

图1为多储能电站的评价指标示意图；

图2为多储能电站的评价模型各指标量化函数图；

图3为多储能电站的有功功率控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，图1为多储能电站的评价指标示意图，本实施例中提供的多储能电站的有功控制方法的评价模型的评价指标包括储能电站健康度、储能电站的电池SOC值、储能电站额定容量及额定功率。

其中，储能电站的健康度的表征参数包括电池温度t、电池电压U以及电池电流I值。

如图2所示，图2为多储能电站的评价模型各指标量化函数图；

图2(a)为健康度指标量化函数图；健康度的电池温度t、电池电压U以及电池电流I进行量化处理；

量化函数为 $S_{\mathrm{OH}}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<x_{\min }\\ \frac{x-x_{\min }}{x_{\mathrm{mi}{n}^{\&prime;}}-x_{\min }},& x_{\min }\&le;x<x_{{\min }^{\&prime;}}\\ 1,& x_{{\min }^{\&prime;}}\&le;x<x_{{\max }^{\&prime;}}\\ \frac{x_{\max }-x}{x_{\max }-x_{{\max }^{\&prime;}}},& x_{{\max }^{\&prime;}}\&le;x<x_{\max }\\ 0,& x\&GreaterEqual;x_{\max }\end{array}\right.,$ 其中，[x_min，x_max]为该参数的运行范围,[x_min′，x_max′]为该参数的最佳运行范围；

则，某一时刻储能电站健康度为其中，M指表征健康度的参数个数。

如图2(b)为电池SOC值的量化函数图；电池SOC值量化函数因其充放电状态的不同也不同，当储能电站放电时， $I_{\mathrm{SOC}}=\frac{S_{\mathrm{OC}}-S_{\mathrm{OC}\_\min }}{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}\_\min }};$ 而当储能电站充电时， $I_{\mathrm{SOC}}=\frac{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}}}{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}\_\min }}.$

其中，S_{OC_max}、S_{OC_min}分别为储能电站SOC的上限和下限。

如图2(c)为储能电站额定容量、额定功率的量化函数图；储能电站额定容量、额定功率的归一量化函数分别为： $I_{\mathrm{Erate}}=\frac{E_{\mathrm{rate}}}{E_{\mathrm{rate}\_\max }},I_{\mathrm{Prate}}=\frac{P_{\mathrm{rate}}}{P_{\mathrm{rate}\_\max }};$

其中，E_{rate_max}＝max{E_rate1,E_rate2…E_rateN}，P_{rate_max}＝max{P_rate1,P_rate2…P_rateN}，N表示储能电站个数。

如图3所示，图3为多储能电站的有功功率控制流程图；本实施例中，提供一种多储能电站的有功功率控制方法，不仅考虑储能电站的SOC水平、额定容量、额定功率，同时也考虑储能电站的健康度水平，在提高储能电站调度可靠性的同时也提高了储能电池的使用寿命。该方法实现对多储能系统的有功功率控制的方法具体包括以下步骤：

步骤一、确定所述多储能电站的评价指标；

步骤二、根据所述储能电站的出力情况建立所述储能电站的评价模型；

步骤三、对各储能电站的优先级进行排序；

步骤四、根据当前时刻电网的能量需求状况确定所述多储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况；

步骤五、实现对所述多储能电站的有功控制。

步骤一中，所述评价指标包括储能电站的健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率。

步骤二包括：

(一)、选取储能电站的健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率作为评价指标来建立储能电站的评价模型；

(二)、建立健康度的评价模型

健康度的以电池温度t、电池电压U和电池电流I值表征；由于，电池健康度影响因素均为中间最优型因素。中间最优型因素，该类影响因素一般有最佳运行范围，当影响因素越接近其最佳运行范围时，其运行状态越良好，量化函数写为：

$S_{\mathrm{OH}}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& x<x_{\min }\\ \frac{x-x_{\min }}{x_{\mathrm{mi}{n}^{\&prime;}}-x_{\min }},& x_{\min }\&le;x<x_{{\min }^{\&prime;}}\\ 1,& x_{{\min }^{\&prime;}}\&le;x<x_{{\max }^{\&prime;}}\\ \frac{x_{\max }-x}{x_{\max }-x_{{\max }^{\&prime;}}},& x_{{\max }^{\&prime;}}\&le;x<x_{\max }\\ 0,& x\&GreaterEqual;x_{\max }\end{array}\right.,$ 其中，[x_min，x_max]为该参数的运行范围,[x_min′，x_max′]为该参数的最佳运行范围，x为某一时刻该变量的值；

从而，某一时刻储能电站的健康度其中，M指表征健康度的参数个数。

(三)、建立储能电站SOC评价模型

SOC可以表征电池的再充放电能力，电池充放电过程不同，SOC值对其运行状态的影响也不同。

对电池SOC值进行量化处理，当储能电站放电时，SOC属于越大越优型参数，所述SOC值的量化函数为：而当储能电站充电时，SOC属于越小越优型参数，所述SOC值的量化函数为： $I_{\mathrm{SOC}}=\frac{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}}}{S_{\mathrm{OC}\_\max }-S_{\mathrm{OC}\_\min }};$

其中，S_{OC_max}、S_{OC_min}分别为储能电站SOC的上限和下限；

(四)、建立储能额定容量、额定功率评价模型

额定容量能够表征储能电站的存储、释放电能的能力、额定功率能够表征储能电站单位时间满足电网需求的能力。额定容量E_rate和额定功率P_rate均为越大越优型参数。

对所述储能电站额定容量和额定功率进行归一量化处理，归一量化函数分别为 $I_{\mathrm{Erate}}=\frac{E_{\mathrm{rate}}}{E_{\mathrm{rate}\_\max }}$ 和 $I_{\mathrm{Prate}}=\frac{P_{\mathrm{rate}}}{P_{\mathrm{rate}\_\max }};$

其中，E_{rate_max}＝max{E_rate1,E_rate2…E_rateN}，P_{rate_max}＝max{P_rate1,P_rate2…P_rateN}，N表示储能电站个数；

建立储能电站的评价模型

综合所述健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率，第i个储能电站的评价模型为：I_i＝aI_SOHi+bI_SOCi+cI_Eratei+dI_Pratei；

其中，a，b，c，d分别为4个指标所占的权重，且a+b+c+d＝1。

步骤三中，以各储能电站的评价值为对象，采用优先顺序法对各储能电站的优先级进行排序，评价指标越大的优先级越高，优先充放电；并根据当前时刻电网的能量需求确定储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况。

本实施例中，采用优先顺序法对储能电站进行优先级排序，优先顺序法计算速度快，并且不存在不收敛或无解的情况，适用于电力系统机组组合在线计算中。

建立储能电站的评价模型后采用优先顺序法对储能电站优先级进行排序，综合评价指标越大的优先级越高，优先级最高的序号为1，依次类推。

步骤四中，根据当前时刻电网的能量需求确定储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况包括以下步骤：

S401、设t时刻电网的功率需求为ΔP_net(t)，ΔP_net(t)＞0表示系统缺电，根据电网功率波动情况确定储能电站的充放电功率；

S402、判断电网功率波动情况，若|ΔP_net(t)|≤ΔP_limit，ΔP_limit为电网允许功率偏差，即电网功率波动较小时，满足系统指标要求，各储能电站充放电功率均为0；否则进入步骤S303；

S403、若|ΔP_net(t)|＞ΔP_limit时，即电网功率波动较大时，储能电站需要动作。

储能电站的充放电状态不同，其优先级也不同；先判断电网能量需求，确定储能电站充放电状态，以下情况：

若时，ΔP_limit为各电网允许功率偏差，P_ratei为第i个储能电站的额定功率，电网处于能量缺失状态，需要储能电站释放能量；

依据储能电站评价模型获得各储能电站的综合评价指标值，按照优先顺序法对其优先级进行排序；

同时存在数值k使得则储能电站的出力组合为{1,2…k,k+1}，各储能电站的出力情况为 $\{P_{\mathrm{rate}1},P_{\mathrm{rate}2}...P_{\mathrm{ratek}},|\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{net}}\left(t\right)|-\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ratei}},0...0\}.$

若电网处于能量溢出状态时，储能电站吸收能量；

依据储能电站评价模型获得各储能电站的综合评价指标值，按照优先顺序法对其优先级进行排序；

同时存在数值k使得则储能电站出力组合为{1,2…k,k+1}，各储能电站的出力情况为 $\{-P_{\mathrm{rate}1},-P_{\mathrm{rate}2}...-P_{\mathrm{ratek}},{\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{net}}\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ratei}},0...0\};$

若上述均不满足，则进入步骤S304。

S404、若P_ratei为第i个储能电站的额定功率，N为储能电站个数，电网能量需求大于储能电站调度能力时，储能电站出力组合为{1,2…N-1,N}，各储能电站的出力情况为{P_rate1,P_rate2…P_rateN-1,P_rateN}()或{-P_rate1,-P_rate2…-P_rateN-1,-P_rateN}()，即各储能电站均以额定功率充放电，同时还应配以其他措施，如切机切负荷等，防止电网出现大的功率缺额或能量溢出。

本实施例中，根据上述方法，通过选取能够表征储能电站调度能力的技术参数，建立储能电站综合评价模型，其中包含储能电站健康度模型的建立、储能电站SOC评价模型的建立、储能电站额定容量、额定功率评价模型的建立；依据各储能电站的评价模型，利用优先顺序法对其优先级进行排序；再根据当前时刻电网的能量需求确定储能电站的出力组合以及各储能电站的出力情况。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多储能电站的有功功率控制的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

I、确定所述多储能电站的评价指标；

II、根据所述多储能电站中各储能系统的所述评价指标建立储能电站的评价模型；

III、对各储能电站的优先级进行排序；

IV、根据当前时刻电网的能量需求状况确定所述多储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况；

所述步骤I中，所述评价指标包括储能电站的健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率；

所述步骤II包括以下步骤：

S201、选取储能电站的健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率作为评价指标来建立储能电站的评价模型；

S202、用电池温度t、电池电压U和电池电流I值表征所述健康度；

S203、用下式量化处理健康度：所述储能电站健康度

其中，[x_min，x_max]为参数x的运行范围,[x_min′，x_max′]为参数x的最佳运行范围，M表征健康度的参数个数；

S204、对所述电池SOC值进行量化处理，当储能电站放电时，所述SOC值当储能电站充电时，所述SOC值

其中，S_OC、S_{OC_max}、S_{OC_min}分别为储能电站SOC的当前值、上限值和下限值；

S205、用下式分别对所述储能电站额定容量和额定功率进行归一量化处理：和

其中，E_{rate_max}＝max{E_rate1,E_rate2…E_rateN}表示额定容量最大值，P_{rate_max}＝max{P_rate1,P_rate2…P_rateN}表示额定功率最大值，N表示储能电站个数；

S206、综合所述健康度、电池SOC值、额定容量和额定功率，第i个储能电站的评价模型为：I_i＝aI_SOHi+bI_SOCi+cI_Eratei+dI_Pratei；

其中，a，b，c，d分别为4个指标所占的权重，且a+b+c+d＝1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤III中，根据各储能电站的评价模型运用优先顺序法对各储能电站的优先级进行排序，并根据当前时刻电网的能量需求确定储能电站的出力组合和各储能电站的出力情况。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：建立储能电站的评价模型后采用优先顺序法对储能电站优先级进行排序，综合评价指标越大的优先级越高，优先级最高的序号为1，依次类推。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤IV包括以下步骤：

S401、设t时刻电网的功率需求为ΔP_net(t)，若ΔP_net(t)＞0，根据电网功率波动情况确定储能电站的充放电功率；

S402、当｜ΔP_net(t)｜≤ΔP_limit，ΔP_limit为电网允许功率偏差，N为储能电站个数，各储能电站充放电功率均为0；

S403、当ΔP_limit为各电网允许功率偏差，P_ratei为第i个储能电站的额定功率，N为储能电站个数，各储能电站的充放电状态不同，其优先级也不同；判断电网能量需求，确定储能电站充放电状态；

S4031、当时，电网处于能量缺失状态，需要储能电站释放能量；

依据储能电站评价模型获得各储能电站的综合评价指标，按照优先顺序法对其优先级进行排序；

同时存在数值k使得则储能电站的出力组合为{1,2…k,k+1}，各储能电站的出力情况为

S4032、当电网处于能量溢出状态时，储能电站吸收能量；

依据储能电站评价模型确定各储能电站的综合评价指标，按照优先顺序法对其优先级进行排序；

同时存在数值k使得则储能电站出力组合为{1,2…k,k+1}，各储能电站的出力情况为

S404、当P_ratei为第i个储能电站的额定功率，N为储能电站个数，电网能量需求大于储能电站调度能力，储能电站出力组合为{1,2…….N-1,N}，各储能电站的出力情况为或 各储能电站均以额定功率充放电。