CN104410094B - 一种电池储能电站的有功功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池储能电站的有功功率分配方法，通过实时采集电池机组的荷电状态SOC值和有功功率，对储能电站的电池机组进行分类，并计算每一类电池机组的充放电范围；再根据每类电池机组的充放电范围，计算电池机组的充放电调节能力，最后结合电池机组的调节能力对每台电池机组进行有功功率的分配。这样通过控制电池机组的充放电，使储能电站响应电网的调度，提高了提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力。其次，根据电池机组的实时荷电状态对电池机组进行分类，可以减少了电池机组的启停机次数，提高了电池储能电站资源的利用率，延长了电池机组的使用寿命。

Description

一种电池储能电站的有功功率分配方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，更为具体地讲，涉及一种电池储能电站的有功功率分配方法。

背景技术

储能是提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力的有效技术，电池储能因其独特的性能，已成为优先发展方向之一。近些年来，国内外相继开展了各种电池储能电站的示范应用及并网运行，理论和实践证明，规模化电池储能电站的引入可以有效地改善间歇式新能源电源的运行性能与调控能力，有助于增强电网接入能力，因此，规模化储能与小规模分布式储能电站在今后配电网中所占比例将不断增加，对未来电网发展产生积极影响。

随着电池及其集成技术的不断发展，大规模分布式和集中式电池储能电站的应用模式将逐步成为一种优选方案。电池储能电站中目前常用的几种大容量储能电池有钠硫电池，液流电池以及锂电池等类型。

通过合理控制连接在储能设备上的换流器，高效实现储能电站的充放电，能在很大程度上解决由于风电及光伏发电随机性，间歇性及波动性等带来的发电输出功率不稳定的问题，并有效的解决由于风电及光伏发电波动给电网频率波动带来的电能质量等问题。

从电池储能的角度来说，过度的充电和放电都会对电池的寿命造成影响。因此，根据电池荷电状态，在储能电站内部合理分配好总有功功率需求，并将电池的荷电状态控制在一定范围内是十分必要的。

目前有关电池储能电站的有功功率分配方面的专利、文献、技术报告等非常少，需要深入研究和探索。本发明结合各储能机组的实时工作状态，提出了一种规模化电池储能电站并网运行时的有功功率分配策略，使电池储能电站既能响应电网调度，又能运行在本地控制模式下，对新能源发电波动进行平抑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池储能电站的有功功率分配方法，通过对电池机组的荷电状态和充放电功率的控制，提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力，并延长电池机组的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明一种电池储能电站的有功功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采集电池储能电站中所有电池机组的SOC值和当前时刻t的输出有功功率P_Mreal(t)，M表示电池储能电站中第M台电池机组；以及电池储能电站中并网点的总有功功率P_REALT和上级电网对电池储能电站的有功功率调度值P_SETT；

(2)、根据步骤(1)采集的SOC值，对所有的电池机组进行分类，再确定每类电池机组的充放电功率范围；

(3)、根据步骤(1)采集的输出有功功率P_Mreal(t)和步骤(2)确定的充放电功率范围，计算出每类电池机组进行充放电时的功率调节能力；

(4)、将步骤(1)采集的总有功功率P_REALT和获取的有功功率调度值P_SETT作差，计算出有功功率的差值ΔP，再结合电池机组的机组类别、充放电的功率调节能力对电池储能电站进行有功功率分配。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种电池储能电站的有功功率分配方法，通过实时采集电池机组的荷电状态SOC值和有功功率，对储能电站的电池机组进行分类，并计算每一类电池机组的充放电范围；再根据每类电池机组的充放电范围，计算电池机组的充放电调节能力，最后结合电池机组的调节能力对每台电池机组进行有功功率的分配。这样通过控制电池机组的充放电，使储能电站响应电网的调度，提高了提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力。其次，根据电池机组的实时荷电状态对电池机组进行分类，可以减少了电池机组的启停机次数，提高了电池储能电站资源的利用率，延长了电池机组的使用寿命。

同时，本发明一种电池储能电站的有功功率分配方法还具有以下有益效果：

(1)、本发明电池储能电站的有功功率分配方法，在实际工程应用中易于实现和掌握，通过该方法可实现电池储能电站有功功率分配及运行状态监控的控制目标；

(2)、本发明电池储能电站的有功功率分配方法，使电池储能电站既能响应电网调度，又能运行在本地控制模式下，对新能源发电波动进行平抑；

(3)、同传统的有功功率平均分配方法相比，本发明根据SOC值对储能电站的机组进行了分类，实现了机组的最小启停机次数，提高了电池储能电站资源的利用率，又兼顾了有功功率响应和储能设备使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种电池储能电站的有功功率分配方法的原理图；

图2是在功率调度模式下，储能电站总功率曲线图；

图3是在功率调度模式下，各储能机组的SOC值曲线图；

图4是在功率调度模式下，各储能机组的实际有功功率曲线图；

图5是在波动平抑模式下，储能电站的有功功率控制响应曲线图；

图6是在波动平抑模式下，各储能机组的SOC值曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种电池储能电站的有功功率分配方法的原理图。

在本实施例中，电池储能电站的有功功率分配的原理图，如图1所示，主要包括电池机组、机组分类模块和功率分配模块；电池储能电站工作运行后，其具体的有功功率分配方法如下：

一种电池储能电站的有功功率分配方法，包括以下步骤：

S1、采集电池储能电站中所有电池机组的SOC值和当前时刻t的输出有功功率P_Mreal(t)，M表示电池储能电站中第M台电池机组；以及电池储能电站中并网点的总有功功率P_REALT和上级电网对电池储能电站的有功功率调度值P_SETT；

S2、根据步骤S1采集的SOC值，对所有的电池机组进行分类，再确定每类电池机组的充放电功率范围；

S3、根据步骤S1采集的输出有功功率P_Mreal(t)和步骤S2确定的充放电功率范围，计算出每类电池机组进行充放电时的功率调节能力；

S4、将步骤S1采集的总有功功率P_REALT和获取的有功功率调度值P_SETT作差，计算出有功功率的差值ΔP，再结合电池机组的机组类别、充放电的功率调节能力对电池储能电站进行有功功率分配。

下面针对上述四个步骤进行详细说明，具体如下：

S1、采集电池储能电站中所有电池机组的SOC值和当前时刻t的输出有功功率P_Mreal(t)，M表示电池储能电站中第M台电池机组；以及电池储能电站中并网点的总有功功率P_REALT和上级电网对电池储能电站的有功功率调度值P_SETT；

本实施例中，可以采用传感器采集上述指标参数。

S2、根据步骤S1采集的SOC值，机组分类模块对所有的电池机组进行分类，再确定每类电池机组的充放电功率范围；

S2.1、将电池机组的SOC值∈[0,a)的电池机组分为第一类，记为S₁，该类电池机组的充放电功率范围为：0≤P₁≤P_H，对应的电池状态为：过放；

S2.2、将电池机组的SOC值∈[a,b)的电池机组分为第二类，记为S₂，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₂≤P_CMAX，对应的电池状态为：较低；

S2.3、将电池机组的SOC值∈[b,1-b)的电池机组分为第三类，记为S₃，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₃≤P_CMAX，对应的电池状态为：正常；

S2.4、将电池机组的SOC值∈[1-b,1-a)的电池机组分为第四类，记为S₄，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₄≤P_CMAX，对应的电池状态为：较高；

S2.5、将电池机组的SOC值∈[1-a,1)的电池机组分为第五类，记为S₅，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₅≤P_CMAX，对应的电池状态为：充满；

S2.6、将电池机组SOC值未知，如因传感器故障等，没有采集到SOC值的电池机组分为第六类，记为S₆，该类电池机组的充放电功率范围为0，对应的电池状态为：故障；

其中，a和b为电池机组的SOC区间分类常数，且a＜b,a,b∈(0,1)，P_i表示第i类机组的充放电能力；当功率P_REALT为正值时，表示电池机组处于充电状态；当功率P_REALT为负值时，表示电池机组处于放电状态；P_H为S₁类电池机组的限制充电功率值，且P_H＞0，P_L为S₅类电池机组的限制放电功率值，且P_L＜0，P_CMAX为S₂至S₄类电池机组的最大充电功率值，且P_CMAX＞0，P_DMAX为电池机组的最大放电功率值，且P_DMAX＜0。

机组类别	SOC区间	充放电的功率能力	电池状态	调度原则
					S1	[0,0.2)	0≤P1≤20kW	过放	充电时，优先调度
S2	[0.2,0.4)	-100kW≤P2≤100kW	较低	充电时，次优先调度
					S3	[0.4,0.6]	-100kW≤P3≤100kW	正常	充电时最后调度
S4	(0.6,0.8]	-100kW≤P4≤100kW	较高	放电时，次优先调度
					S5	(0.8,1]	-20kW≤P5≤0	满充	放电时，优先调度
S6	未知	0	通信故障	不能调度

表1

在本实施例中，如表1所示，a＝0.2，b＝0.4；P_i表示第i类机组的充放电能力；P_H为S₁类机组的限制充电功率值，本实施例中P_H取20kW；P_L为S5类机组的限制放电功率值，本实施例中P_L取-20kW；P_CMAX为S₂至S₄类机组的最大充电功率值，其值大于0，本实施例中P_CMAX取100kW；P_DMAX为SOC正常时，最大放电功率值，其值小于0，本实施例中P_DMAX取-100kW；S₆类机组因为通信故障所以不能调用，设置其充放电的功率能力为0。

设第i类电池机组中第m台电池机组在当前时刻t的输出有功功率为P_{m_i}real(t)，第i类电池机组中第m台电池机组的充电上调能力为ΔP_iCr(m_i)，第i类电池机组中第m台电池机组的充电下调能力为ΔP_iCd(m_i)，第i类电池机组中第m台电池机组的放电上调能力为ΔP_iDr(m_i)，第i类电池机组中第m台电池机组的放电下调能力为ΔP_iDd(m_i)，其中i＝1,2,…,6；

S3.1、当i＝1时，即在第一类电池机组S₁中，满足以下条件：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{1\mathrm{Cr}}(m\_1)=\left\{\begin{array}{cc}0& (P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;P_H)\\ P_H-P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)& (0\&le;P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)<P_H)\\ P_H& (P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{1\mathrm{Cd}}(m\_1)=\left\{\begin{array}{cc}-P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)& (P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;0)\\ 0& (P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\end{array}\right.$

ΔP_1Dr(m_1)＝0

ΔP_1Dd(m_1)＝0

第一类电池机组S₁具有充电调节能力，无放电调节能力；

S3.2、当i∈[2,4]时，即在第二类至第四类电池机组(S₂～S₄)中，满足以下条件：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{iCr}}(m\_i)=\left\{\begin{array}{cc}0& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;P_{\mathrm{CMAX}})\\ P_{\mathrm{CMAX}}-P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (0\&le;P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)<P_{\mathrm{CMAX}})\\ P_{\mathrm{CMAX}}& (P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)\&le;0)\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{iCd}}(m\_i)=\left\{\begin{array}{cc}-P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;0)\\ 0& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{iDr}}(m\_i)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{DMAX}}& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;0)\\ P_{\mathrm{DMAX}}-P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& {(P}_{\mathrm{DMAX}}\&le;P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\\ 0& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)<P_{\mathrm{DMAX}})\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{iDd}}(m\_i)=\left\{\begin{array}{cc}0& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;0)\\ -P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\end{array}\right.$

第S₂、S₃、S₄类电池机组具有放电和充电调节的能力；

S3.3、当i＝5时，即在第五类电池机组S₅中，满足以下条件：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{5\mathrm{Dr}}(m\_5)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_L& (P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;0)\\ P_L-P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)& {(P}_L\&le;P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\\ 0& (P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)<P_L)\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{5\mathrm{Dd}}(m\_5)=\left\{\begin{array}{cc}0& (P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)\&GreaterEqual;0)\\ -P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)& (P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)<0)\end{array}\right.$

ΔP_5Cr(m_5)＝0

ΔP_5Cd(m_5)＝0

第五类电池机组S₅具有放电调节能力，无充电调节能力；

S3.4、当i＝6时，即第六类电池机组S₆中，该类电池机组无功率调节能力，即功率调节能力置为0。

S4、将步骤S1采集的总有功功率P_REALT和获取的有功功率调度值P_SETT作差，计算出有功功率的差值ΔP，再结合电池机组的机组类别、充放电的功率调节能力，功率分配模块对电池储能电站进行有功功率分配；

设mi表示第i类机组的总台数，变量k＝1,2,…,mi，变量j＝1,2,…,6，则第i类电池机组中第m台电池机组下一控制周期的有功功率设定值为P_{m_i}ref(t+1)；

根据有功功率的差值ΔP和总有功功率P_REALT的取值，确定电池储能电站的有功功率分配，具体如下：

S4.1、当P_REALT≥0,ΔP≥0时，储能电站当前控制周期处于充电状态，储能电站中S₅和S₆类电池机组的调度功率全部置为0，且下一控制周期为增加充电功率，储能电站的调度顺序为S₁-S₂-S₃-S₄，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₁类电池机组增加充电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;P}\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{1\mathrm{Cr}}(m\_1)}{\underset{k=1}{\overset{m1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{1\mathrm{Cr}}(k\_1)}+P_{m\_1}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=1)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=\mathrm{2,3,4})\end{array}\right.$

当时(x＝2,3,4)，调度S₁至S_x类机组增加充电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_H& (i=1)\\ P_{\mathrm{CMAX}}& (i=2,...,x-1)\\ [\mathrm{\&Delta;P}-\underset{j=1}{\overset{x-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mj}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jCr}}(k\_j)]\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xCr}}(m\_x)}{\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mx}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xCr}}(k\_x)}+P_{m\_x}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x+1,...,4)\end{array}\right.$

当时，储能电站的全部可调度电池机组以最大充电功率输出，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_H& (i=1)\\ P_{\mathrm{CMAX}}& (i=\mathrm{2,3,4})\end{array}\right.$

S4.2、当P_REALT≥0,ΔP＜0时，储能电站当前控制周期处于充电状态，储能电站中S₅和S₆类电池机组的调度功率全部置为0，且在下一控制周期为减小充电功率，储能电站的调度顺序为S₄-S₃-S₂-S₁，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₄类电池机组减少充电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;P}\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{4\mathrm{Cd}}(m\_4)}{\underset{n=1}{\overset{m4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{4\mathrm{Cd}}(n\_4)}+P_{m\_4}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=4)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=\mathrm{3,2,1})\end{array}\right.$

当 $\underset{j=x}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mj}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jCd}}(k\_j)\&le;\mathrm{\&Delta;P}<\underset{j=x+1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mj}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jCd}}(k\_j)$ 时(x＝3,2,1)，调度S₄至S_x类机组减少充电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}0& (i=4,...,x+1)\\ [\mathrm{\&Delta;P}-\underset{j=x+1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{mj}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jCd}}(n\_j)]\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xCd}}(m\_x)}{\underset{n=1}{\overset{\mathrm{mx}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xCd}}(n\_x)}+P_{m\_x}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x-1,...,1)\end{array}\right.$

当时，整个储能电站全部可调度电池机组以最小充电功率输出，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

P_{m_i}ref(t+1)＝0 (i＝1,2,3,4)

S4.3、当P_REALT＜0,ΔP≥0时，储能电站当前控制周期处于放电状态，S₁和S₆类电池机组的调度功率全部置为0，且下一控制周期为减小放电功率，则调度顺序为S₂-S₃-S₄-S₅，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₂类电池机组减少放电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;P}\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{2\mathrm{Dr}}(m\_2)}{\underset{k=1}{\overset{m2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{2\mathrm{Dr}}(k\_2)}+P_{m\_2}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=2)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=\mathrm{3,4,5})\end{array}\right.$

当时(x＝3,4,5)，调度S₂至S_x类机组减小放电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}0& (i=2,...,x-1)\\ [\mathrm{\&Delta;P}-\underset{j=2}{\overset{x-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mj}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jDr}}(k\_j)]\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xDr}}(m\_x)}{\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mx}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xDr}}(k\_x)}+P_{m\_x}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x+1,...,5)\end{array}\right.$

当时，整个储能电站全部可调度电池机组以最小放电功率输出，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

P_{m_i}ref(t+1)＝0 (i＝2,3,4,5)

S4.4、当P_REALT＜0,ΔP＜0时，储能电站当前控制周期处于放电状态，S₁和S₆电池机组的调度功率全部置为0，且下一控制周期为增加放电功率，则调度顺序为S₅-S₄-S₃-S₂，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₅类电池机组增加放电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{n\_5}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;P}\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{5\mathrm{Dd}}(m\_5)}{\underset{k=1}{\overset{m5}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{5\mathrm{Dd}}(k\_5)}+P_{m\_5}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=5)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=\mathrm{4,3,2})\end{array}\right.$

当时(x＝4,3,2)，调度S₅至S_x类机组增加放电功率，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{k\_5}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_L& (i=5)\\ P_{\mathrm{DMAX}}& (i=4,...,x+1)\\ [\mathrm{\&Delta;P}-\underset{j=x+1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mj}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jDd}}(k\_j)]\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xDd}}(m\_x)}{\underset{k=1}{\overset{\mathrm{mx}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{xDd}}(k\_x)}+P_{m\_x}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x)\\ P_{m\_i}\mathrm{real}\left(t\right)& (i=x-1,...,2)\end{array}\right.$

当时，整个储能电站全部可调度电池机组以最大放电功率输出，且电池机组下一周期的有功功率设定值为：

$P_{n\_i}\mathrm{ref}(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_L& (i=5)\\ P_{\mathrm{DMAX}}& (i=\mathrm{2,3,4})\end{array}\right..$

图2是在功率调度模式下，储能电站总功率曲线图；

本实施例中，在功率调度模式下，采用特定的功率调度曲线以验证本发明电池储能电站的有功功率分配方法。特定的功率调度曲线主要由充电功率上升、充电功率超限、充电功率下降、放电功率上升、放电功率超限、和放电功率下降6种阶段组成，分别验证本发明的有功功率分配方法中各类储能电池机组调度优先次序。

图3是在功率调度模式下，各储能机组的SOC值曲线图；

图4是在功率调度模式下，各储能机组的实际有功功率曲线图；

本实施例中，结合图3和图4来看，在充电功率上升阶段，储能电站分别依次调度增加S₁、S₂、S₃、S₄类电池机组的充电功率以满足实际输出总功率跟踪给定输出总功率，此时S₅、S₆类电池机组处于停机状态；在充电功率超过所有电池机组的功率输出能力时，储能电站的所有可调度机组S₁、S₂、S₃、S₄类电池机组均处于其最大充电功率状态；在充电功率下降阶段，储能电站分别依次调度减小S₄、S₃、S₂、S₁类电池机组以满足实际输出总功率跟踪给定输出总功率，此时S₅、S₆类机组处于停机状态。同时，在放电功率上升阶段，储能电站分别依次调度增加S₅、S₄、S₃、S₂类电池机组的放电功率以满足实际输出总功率跟踪给定输出总功率，此时S₁、S₆类电池机组处于停机状态；在放电功率超过所有电池机组的功率输出能力时，储能电站的S₂、S₃、S₄、S₅类电池机组均处于其最大放电功率状态，此时S₁、S₆类电池机组处于停机状态；在放电功率下降阶段，储能电站分别依次调度减小S₂、S₃、S₄、S₅类电池机组以满足实际输出总功率跟踪给定输出总功率，此时S₁、S₆类电池机组处于停机状态。

图5是在波动平抑模式下，储能电站的有功功率控制响应曲线图；

图6是在波动平抑模式下，各储能机组的SOC值曲线图；

本实施例中，如图5所示，储能电站实际输出总功率曲线能很好好地跟踪给定总功率，并在当给定总功率较大时以其最大充放电能力输出；如图6所示储能电站依据机组的SOC分类进行功率优先分配调度，使各储能机组的SOC值趋向于50％，其实质也是一种能量控制；

结合图5和图6来看，在时间区间1内，S₅类电池机组由BESS9、10组成，放电总能力为-20kW，能满足储能电站给定总功率为-18kW，根据本发明电池储能电站的有功功率分配方法，优先调度S₅类电池机组，其他电池机组处于停机状态；在时间区间2内，S₁类机组由BESS1、2组成，充电总能力为20kW，能满足储能电站给定总功率为18kW，根据本发明电池储能电站的有功功率分配方法，优先调度S₁类机组，其他电池机组处于停机状态；在时间区间3内，储能电站给定总功率为0kW，S₁、S₂、S₃、S₄、S₅类电池机组均处于停机状态；在时间区间4内，S₁、S₂、S₃、S₄、S₅类电池机组的充电总能力为620kW，无法满足储能电站给定总功率，此时S₁、S₂、S₃、S₄类电池机组均一起最大充电功率运行，S₅类电池机组处于停机状态；在时间区间5内，S₁、S₂、S₃、S₄、S₅类电池机组的放电总能力为-620kW，无法满足储能电站给定总功率，此时S₂、S₃、S₄、S₅类电池机组均一起最大放电功率运行，S₁类电池机组处于停机状态。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种电池储能电站的有功功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采集电池储能电站中所有电池机组的SOC值和当前时刻t的输出有功功率P_Mreal(t)，M表示电池储能电站中第M台电池机组；以及采集电池储能电站中并网点的总有功功率P_REALT和获取上级电网对电池储能电站的有功功率调度值P_SETT；

(2)、根据步骤(1)采集的SOC值，对所有的电池机组进行分类，再确定每类电池机组的充放电功率范围；

(3)、根据步骤(1)采集的输出有功功率P_Mreal(t)和步骤(2)确定的充放电功率范围，计算出每类电池机组进行充放电时的功率调节能力；

(4)、将步骤(1)采集的总有功功率P_REALT和获取的有功功率调度值P_SETT作差，计算出有功功率的差值ΔP，再结合电池机组的机组类别、充放电的功率调节能力对电池储能电站进行有功功率分配；

其中，所述的步骤(2)中对电池机组进行分类，以及确定对应类别电池机组的充放电功率范围的方法为：

(2.1)、将电池机组的SOC值∈[0,a)的电池机组分为第一类，记为S₁，该类电池机组的充放电功率范围为：0≤P₁≤P_H，对应的电池状态为：过放；

(2.2)、将电池机组的SOC值∈[a,b)的电池机组分为第二类，记为S₂，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₂≤P_CMAX，对应的电池状态为：较低；

(2.3)、将电池机组的SOC值∈[b,1-b)的电池机组分为第三类，记为S₃，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₃≤P_CMAX，对应的电池状态为：正常；

(2.4)、将电池机组的SOC值∈[1-b,1-a)的电池机组分为第四类，记为S₄，该类电池机组的充放电功率范围为：P_DMAX≤P₄≤P_CMAX，对应的电池状态为：较高；

(2.5)、将电池机组的SOC值∈[1-a,1)的电池机组分为第五类，记为S₅，该类电池机组的充放电功率范围为：P_L≤P₅≤0，对应的电池状态为：充满；

(2.6)、将电池机组的SOC值为未知的电池机组分为第六类，记为S₆，该类电池机组的充放电功率范围为0，对应的电池状态为：故障；

其中，a和b为电池机组的SOC值区间分类常数，且a＜b,a,b∈(0,1)；P_i表示第i类电池机组的充放电能力；当总有功功率P_REALT为正值时，表示电池机组处于充电状态，当总有功功率P_REALT为负值时，表示电池机组处于放电状态；P_H为S₁类电池机组的限制充电功率值，且P_H＞0，P_L为S₅类电池机组的限制放电功率值，且P_L＜0，P_CMAX为S₂至S₄类电池机组的最大充电功率值，且P_CMAX＞0，P_DMAX为电池机组的最大放电功率值，且P_DMAX＜0。

2.根据权利要求1所述的电池储能电站的有功功率分配方法，其特征在于，所述的步骤(3)中计算每类电池机组进行充放电时的功率调节能力的方法为：

设第i类电池机组中第m台电池机组在当前时刻t的输出有功功率为P_{m_i}real(t)，第i类电池机组中第m台电池机组的充电上调能力为ΔP_iCr(m_i)，第i类电池机组中第m台电池机组的充电下调能力为ΔP_iCd(m_i)，第i类电池机组中第m台电池机组的放电上调能力为ΔP_iDr(m_i)，第i类电池机组中第m台电池机组的放电下调能力为ΔP_iDd(m_i)，其中i＝1,2,…,6；

(3.1)、当i＝1时，即在第一类电池机组S₁中，满足以下条件：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{1Cr}\left(m\_1\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_{m\_1}real\left(t\right)\&GreaterEqual;P_H;\\ P_H-P_{m\_1}real\left(t\right),& 0\&le;P_{m\_1}real\left(t\right)<P_H;\\ P_H,& P_{m\_1}real\left(t\right)<0;\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{1Cd}\left(m\_1\right)=\left\{\begin{array}{cc}-P_{m\_1}real\left(t\right),& P_{m\_1}real\left(t\right)\&GreaterEqual;0\\ 0,& P_{m\_1}real\left(t\right)<0\end{array}\right.$

ΔP_1Dr(m_1)＝0

ΔP_1Dd(m_1)＝0

第一类电池机组S₁具有充电调节能力，无放电调节能力；

(3.2)、当i∈[2,4]时，即在第二类至第四类电池机组S₂～S₄中，满足以下条件：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{iCr}\left(m\_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_{m\_i}real\left(t\right)\&GreaterEqual;P_{CMAX};\\ P_{CMAX}-P_{m\_i}real\left(t\right),& 0\&le;P_{m\_i}real\left(t\right)<P_{CMAX};\\ P_{CMAX},& P_{m\_i}real\left(t\right)<0;\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{iCd}\left(m\_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}-P_{m\_i}real\left(t\right),& P_{m\_i}real\left(t\right)\&GreaterEqual;0;\\ 0,& P_{m\_i}real\left(t\right)<0;\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{iDr}\left(m\_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{DMAX},& P_{m\_i}real\left(t\right)\&GreaterEqual;0;\\ P_{DMAX}-P_{m\_i}real\left(t\right),& P_{DMAX}\&le;P_{m\_i}real\left(t\right)<0;\\ 0,& P_{m\_i}real\left(t\right)<P_{DMAX};\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{iDd}\left(m\_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_{m\_i}real\left(t\right)\&GreaterEqual;0;\\ -P_{m\_i}real\left(t\right),& P_{m\_i}real\left(t\right)<0;\end{array}\right.$

第S₂、S₃、S₄类电池机组具有放电和充电调节的能力；

(3.3)、当i＝5时，即在第五类电池机组S₅中，满足以下条件：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{5Dr}\left(m\_5\right)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_L& P_{m\_5}real\left(t\right)\&GreaterEqual;0;\\ P_L-P_{m\_5}real\left(t\right),& P_L\&le;P_{m\_5}real\left(t\right)<0;\\ 0,& P_{m\_5}real\left(t\right)<P_L;\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{5Dd}(m\_5)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_{m\_5}real\left(t\right)\&GreaterEqual;0;\\ -P_{m\_5}real\left(t\right)& P_{m\_5}real\left(t\right)<0;\end{array}\right.$

ΔP_5Cr(m_5)＝0

ΔP_5Cd(m_5)＝0

第五类电池机组S₅具有放电调节能力，无充电调节能力；

(3.4)、当i＝6时，即第六类电池机组S₆中，该类电池机组无功率调节能力，即功率调节能力置为0。

3.根据权利要求2所述的电池储能电站的有功功率分配方法，其特征在于，所述的步骤(4)中对电池储能电站进行有功功率分配的方法为：

设mi表示第i类电池机组的总台数，变量m＝1,2,…,mi，则第i类电池机组中第m台电池机组下一控制周期的有功功率设定值为P_{m_i}ref(t+1)；

根据有功功率的差值ΔP和总有功功率P_REALT的取值，确定电池储能电站的有功功率分配，具体如下：

(4.1)、当P_REALT≥0,ΔP≥0时，电池储能电站当前控制周期处于充电状态，电池储能电站中S₅和S₆类电池机组的有功功率调度值P_SETT全部置为0，且下一控制周期为增加充电功率，电池储能电站的调度顺序为S₁-S₂-S₃-S₄，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₁类电池机组增加充电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;}P\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{1Cr}\left(m\_1\right)}{\underset{m=1}{\overset{m1}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{1Cr}\left(m\_1\right)}+P_{m\_1}real\left(t\right),& i=1;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=2,3,4;\end{array}\right.$

当时x＝2,3,4，调度S₁至S_x类电池机组增加充电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_H,& i=1;\\ P_{CMAX},& i=2,\mathrm{...},x-1;\\ \&lsqb;\mathrm{\&Delta;}P-\underset{i=1}{\overset{x-1}{\&Sigma;}}\underset{m=1}{\overset{mi}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{iCr}\left(m\_i\right)\&rsqb;\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{xCr}\left(m\_x\right)}{\underset{m=1}{\overset{mx}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{xCr}\left(m\_x\right)}+P_{m\_x}real\left(t\right),& i=x;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=x+1,\mathrm{...},4;\end{array}\right.$

当时，电池储能电站的全部可调度电池机组以最大充电功率输出，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_H,& i=1;\\ P_{CMAX},& i=2,3,4;\end{array}\right.$

(4.2)、当P_REALT≥0,ΔP＜0时，电池储能电站当前控制周期处于充电状态，电池储能电站中S₅和S₆类电池机组的有功功率调度值P_SETT全部置为0，且在下一控制周期为减小充电功率，电池储能电站的调度顺序为S₄-S₃-S₂-S₁，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₄类电池机组减少充电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;}P\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{4Cd}\left(m\_4\right)}{\underset{m=1}{\overset{m4}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{4Cd}\left(m\_4\right)}+P_{m\_4}real\left(t\right),& i=4;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=3,2,1;\end{array}\right.$

当时x＝3,2,1，调度S₄至S_x类电池机组减少充电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref\left(t+1\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& i=4,\mathrm{...},x+1;\\ \&lsqb;\mathrm{\&Delta;}P-\underset{i=x+1}{\overset{4}{\&Sigma;}}\underset{m=1}{\overset{mi}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{iCd}\left(m\_i\right)\&rsqb;\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{xCd}\left(m\_x\right)}{\underset{m=1}{\overset{mx}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{xCd}\left(m\_x\right)}+P_{m\_x}real\left(t\right),& i=x;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=x-1,\mathrm{...},1;\end{array}\right.$

当时，整个电池储能电站全部可调度电池机组以最小充电功率输出，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

P_{m_i}ref(t+1)＝0, i＝1,2,3,4；

(4.3)、当P_REALT＜0,ΔP≥0时，电池储能电站当前控制周期处于放电状态，S₁和S₆类电池机组的有功功率调度值P_SETT全部置为0，且下一控制周期为减小放电功率，则调度顺序为S₂-S₃-S₄-S₅，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₂类电池机组减少放电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;}P\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{2Dr}(m\_2)}{\underset{m=1}{\overset{m2}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{2Dr}(m\_2)}+P_{m\_2}real\left(t\right),& i=2;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=3,4,5;\end{array}\right.$

当时x＝3,4,5，调度S₂至S_x类电池机组减小放电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}0,& i=2,\mathrm{...},x-1;\\ \&lsqb;\mathrm{\&Delta;}P-\underset{i=2}{\overset{x-1}{\&Sigma;}}\underset{m=1}{\overset{mi}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{iDr}\left(m\_i\right)\&rsqb;\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{xDr}\left(m\_x\right)}{\underset{m=1}{\overset{mx}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{xDr}\left(m\_x\right)}+P_{m\_x}real\left(t\right),& i=x;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=x+1,\mathrm{...},5;\end{array}\right.$

当时，整个电池储能电站全部可调度电池机组以最小放电功率输出，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

P_{m_i}ref(t+1)＝0, i＝2,3,4,5；

(4.4)、当P_REALT＜0,ΔP＜0时，电池储能电站当前控制周期处于放电状态，S₁和S₆电池机组的有功功率调度值P_SETT全部置为0，且下一控制周期为增加放电功率，则调度顺序为S₅-S₄-S₃-S₂，对应的有功功率的分配为：

当时，调度S₅类电池机组增加放电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_5}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Delta;}P\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{5Dd}(m\_5)}{\underset{m=1}{\overset{m5}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{5Dd}(m\_5)}+P_{m\_5}real\left(t\right),& i=5\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=4,3,2;\end{array}\right.$

当时x＝4,3,2，调度S₅至S_x类电池机组增加放电功率，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_5}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_L,& i=5;\\ P_{DMAX},& i=4,\mathrm{...},x+1;\\ \&lsqb;\mathrm{\&Delta;}P-\underset{i=x+1}{\overset{5}{\&Sigma;}}\underset{m=1}{\overset{mi}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{iDd}\left(m\_i\right)\&rsqb;\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{xDd}\left(m\_x\right)}{\underset{m=1}{\overset{mx}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_{xDd}\left(m\_x\right)}+P_{m\_x}real\left(t\right),& i=x;\\ P_{m\_i}real\left(t\right),& i=x-1,\mathrm{...},2;\end{array}\right.$

当时，整个电池储能电站全部可调度电池机组以最大放电功率输出，且电池机组下一控制周期的有功功率设定值为：

$P_{m\_i}ref(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}{P}_L,& i=5;\\ P_{DMAX},& i=2,3,4;\end{array}\right.;$