CN104882897A - 一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法，包括，实时读取第h个调度周期分布式光伏发电功率，输出超短期预测值P_PV(h)和超短期负荷预测值P_L(h)，计算储能电站有功功率调度指令P_ES(h)；根据实时采集的储能电站各电池组的运行状态u_k(h)和荷电量SOC_k(h)，定义电池组的三种调度状态；判断储能电站有功功率调度指令，根据优先调度可优化充、放电电池组，后调度不可优化充、放电电池组的功率分配优先级原则和优先等比例分配，再以额定功率分配的功率分配策略，计算储能电站当前调度周期各电池组分配的功率大小；对各电池组的有功功率调度指令汇总并发送至储能电站；通过该方法减少了电池组过充过放，延长了电池组的寿命。

Description

一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法

技术领域

本发明涉及一种优化调度方法，具体涉及一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法。

背景技术

分布式光伏发电具有单点接入容量小、分散多点布置、出力不稳定的特点，将会引起区域潮流和节点电压剧烈波动，加大配电网运行控制难度，降低系统对分布式光伏发电的接纳能力，并对配电网的稳定运行造成冲击。配置储能系统可以有效解决分布式光伏发电接入带来的一系列问题，主要体现在：1)平滑分布式光伏发电的波动性，增强可控性；2)跟踪分布式光伏发电计划出力，提高光储联合发电的可预测性；3)参与配电网削峰填谷，提升可调度性。然而，针对较大容量的集中式储能电站，如何根据实时调度指令制定功率分配策略，使其在解决分布式光伏发电并网问题上发挥更大的作用，同时保证储能电站的可调度性和经济性，是当前分布式光伏电站建设和储能电站进一步推广应用所需要解决的关键问题。

从储能电池的角度来说，过度的充电和过度的放电都会对电池的寿命造成影响。因此，监控好电池的荷电状态、在储能电站内部合理分配功率调度指令，并将电池的荷电状态控制在一定范围内是十分必要的。

储能电池电站在平滑区域分布式光伏及负荷有功功率波动时，可以依据各电池组的荷电量作为引导指标，制定功率分配策略优化分配实时调度指令。目前有关储能电站站内功率分配时充分考虑电池组荷电状态引导调度指令功率分配方法方面的专利、文献、技术报告等非常少，需要深入研究和探索。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法，通过实时读取光伏发电及负荷需求超短期预测值，计算储能电站实时调度指令值，电池组的荷电状态引导实时调度指令功率分配，在保证平抑区域配电网有功功率波动的同时实现了储能电站的优化调度，减少了电池组过充过放，从而延长电池组寿命。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法，所述方法包括下述步骤，

(1)实时读取第h个调度周期分布式光伏发电功率，输出超短期预测值P_PV(h)和超短期负荷预测值P_L(h)，计算储能电站有功功率调度指令P_ES(h)；

(2)实时采集储能电站各电池组的运行状态量u_k(h)和荷电量SOC_k(h)；其中，k为储能电站中第k个电池组；根据采集的储能电站各电池组的运行状态u_k(h)和荷电量SOC_k(h)，定义电池组的三种调度状态包括，不可优化放电状态、可优化调度状态和不可优化充电状态；并分别计算电池组在三种不同状态下的充、放电裕度；

(3)判断储能电站有功功率调度指令，根据优先调度可优化充、放电电池组，后调度不可优化充、放电电池组的功率分配优先级原则和优先等比例分配，再以额定功率分配的功率分配策略，计算储能电站当前调度周期各电池组分配的功率大小；

(4)对各电池组的有功功率调度指令汇总并发送至储能电站。

优选的，所述步骤(1)包括，将配电区域内波动最小的有功功率作为储能电站有功功率调度指令P_ES(h)，如下式所示：

minΔ(h)＝ΔP(h)²＝[P_L(h)-P_PV(h)-P_ES(h)]²   (1)

式(1)中，ΔP(h)为第h个调度周期有功功率波动差额，P_PV(h)为第h个调度周期分布式光伏发电功率输出超短期预测，P_L(h)为第h个调度周期负荷需求超短期预测，P_ES(h)为第h个调度周期储能电站有功功率调度指令；若P_ES(h)>0，则该有功功率调度指令为放电指令，若P_ES(h)<0，则该有功功率调度指令为充电指令。

优选的，所述步骤(2)中的实时采集储能电站各电池组的运行状态量u_k(h)包括，当电池组正常运行时，其运行状态量u_k(h)＝1；当电池组无法正常运行时，其运行状态量u_k(h)＝0。

优选的，所述步骤(2)中的不可优化放电状态包括：当第k个电池组的荷电量为时，电池组可优化充电，不可优化放电，即不可优化放电电池组；其中，SOC_k(h)为第k个电池组在第h个调度周期的荷电量，为第k个电池组正常运行时的最小荷电量。

优选的，所述步骤(2)中的可优化调度状态包括：当第k个电池组的荷电量满足时，电池组既可优化充电，也可优化放电，称为可优化调度电池组，为第k个电池组正常运行时允许的最大荷电量；

优选的，所述步骤(2)中的不可优化充电状态包括：当第k个电池组的荷电量为时，电池组可优化放电，不可优化充电，即不可优化充电电池组。

优选的，所述步骤(2)中的分别计算电池组在三种状态下的充、放电裕度包括：当电池组处于不可优化放电状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,I(h)＝SOC_k(h)

SOC_mc,I(h)＝SOC_k ^max-SOC_k(h)     (2)

式(2)中，SOC_md,I(h)为不可优化放电状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,I(h)为状态电池组在第h个调度周期时的充电裕度；

当电池组处于可优化调度状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,II(h)＝SOC_k(h)-SOC_k ^min

SOC_mc,II(h)＝SOC_k ^max-SOC_k(h)   (3)

式(3)中，SOC_md,II(h)为可优化调度状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,II(h)为状态II电池组在第h个调度周期时的充电裕度；

当电池组处于不可优化充电状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_mdIII(h)＝SOC_k(h)-SOC_k ^min

SOC_mc,III(h)＝1-SOC_k(h)     (4)

式(4)中，SOC_md,III(h)为不可优化充电状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,III(h)为状态III电池组在第h个调度周期时的充电裕度。

优选的，所述步骤(3)中功率分配优先级原则包括：

当调度指令为放电指令时，各电池组放电的先后顺序依次为不可优化充电状态、可优化调度状态和不可优化放电状态；

当调度指令为充电指令时，各电池组的充电顺序依次为不可优化放电状态电池组、可优化调度状态电池组和不可优化充电状态电池组。

优选的，所述步骤(3)中，当调度指令为放电指令时，电池组放电功率分配策略包括：

9-1计算不可优化充电电池组的总额定放电功率：

其中，u_j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的运行状态，P_dN,j为第j个不可优化充电电池组的额定放电功率，J为当前调度周期不可优化充电电池组总数；

若P_totaldN,III(h)≥P_ES(h)，则P_ES(h)在所有不可优化充电电池组按放电裕度大小u_j(h)×SOC_md,III,j(h)等比例分配，SOC_md,III,j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的放电裕度；

若P_totaldN,III(h)＜P_ES(h)，则所有不可优化充电电池组按额定放电功率放电，剩余的放电调度指令功率在可优化调度电池组和不可优化放电电池组间分配；

9-2计算可优化调度电池组的总额定放电功率：

其中，u_m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的运行状态，P_dN,m为第m个可优化调度电池组的额定放电功率，M为当前调度周期可优化调度电池组总数；

若P_totaldN,II(h)≥P_ES(h)-P_totaldN,III(h)，则P_ES(h)-P_totaldN,III(h)在所有可优化调度电池组间按照放电裕度大小u_m(h)×SOC_md,II,m(h)等比例分配；其中，SOC_md,II,m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的放电裕度；

若P_totaldN,II(h)＜P_ES(h)-P_totaldN,III(h)，则各可优化调度电池按其额定放电功率放电，剩余的放电调度指令P_ES(h)-P_totaldN,III(h)-P_totaldN,II(h)由不可优化放电电池组按其放电裕度大小u_s(h)×SOC_md,I,s(h)等比例分配；

其中，u_s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的运行状态，SOC_md,I,s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的放电裕度。

优选的，所述步骤(3)中，当调度指令为充电指令时，电池组充电功率分配策略包括：10-1计算不可优化放电电池组的总额定充电功率P_totalcN,I(h)，其表达式为： $P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right)=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_s\left(h\right)\&times;P_{\mathrm{cN},s}$

其中，P_cN,s为第s个不可优化放电电池组的额定充电功率，S为当前调度周期不可优化放电电池组总数；

若|P_totalcN,I(h)|≥|P_ES(h)|，则P_ES(h)在所有不可优化放电电池组间按照充电裕度大小u_s(h)×SOC_mc,I,s(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,I,s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的充电裕度；

若|P_totalcN,I(h)|＜|P_ES(h)|，则各不可优化放电电池按总额定充电功率充电，剩余的充电调度指令功率在可优化调度电池组和不可优化充电电池组间分配；

10-2计算可优化调度电池组的总额定充电功率

其中，P_cN,m为第m个可优化调度电池组的额定充电功率；

若|P_totalcN,II(h)|≥|P_ES(h)-P_totalcN,I(h)|，则P_ES(h)-P_totalcN,I(h)在所有可优化调度电池组间按照充电裕度大小u_m(h)×SOC_mc,II,m(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,II,m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的充电裕度；

若|P_totalcN,II(h)|＜|P_ES(h)-P_totalcN,I(h)|，则各可优化调度电池按其额定充电功率充电，剩余的充电调度指令P_ES(h)-P_totalcN,I(h)-P_totalcN,II(h)由不可优化充电电池组按其充电裕度大小u_j(h)×SOC_mc,III,j(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,III,j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的充电裕度。

进一步地，所述P_ES(h)在所有不可优化充电电池组间按其放电裕度大小u_j(h)×SOC_md,III,j(h)的等比例分配模型为：

$P_{d,j}\left(h\right)=P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)\&times;\frac{u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j}}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j})}---\left(5\right)$

所述P_ES(h)-P_totaldN,III(h)在所有可优化调度电池组间按其放电裕度大u_m(h)×SOC_md,II,m(h)等比例分配的模型为：

$P_{d,m}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{III}}\left(h\right))\&times;\frac{u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m})}---\left(6\right)$

所述剩余的放电调度指令P_ES(h)-P_totaldN,III(h)-P_totaldN,II(h)由不可优化放电电池组按其放电裕度大小u_s(h)×SOC_md,I,s(h)等比例分配的模型为：

$P_{d,s}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{III}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{II}}\left(h\right))\&times;\frac{u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s}}{\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s})}---\left(7\right)$

其中，P_d,j(h)、P_d,m(h)和P_d,s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期所分配的放电功率、第m个可优化调度电池在第h个调度周期所分配的放电功率和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期所分配的放电功率；S_N为电池组的额定容量，J、M和S分别为当前调度周期不可优化充电电池组、可优化调度电池组和不可优化放电电池组的个数；

SOC_md,III,j(h)、SOC_md,II,m(h)和SOC_md,I,s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的放电裕度、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的放电裕度和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的放电裕度；u_j(h)、u_m(h)、u_s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的运行状态、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的运行状态和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的运行状态。

进一步地，所述P_ES(h)在所有不可优化放电电池组间按其充电裕度大小u_s(h)×SOC_mc,I,s(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,s}\left(h\right)=P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)\&times;\frac{u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s}}{\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s})}---\left(8\right)$

所述P_ES(h)-P_totalcN,I(h)在所有可优化调度电池组间按其充电裕度大小u_m(h)×SOC_mc,II,m(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,m}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right))\&times;\frac{u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m})}---\left(9\right)$

所述剩余的充电P_ES(h)-P_totalcN,I(h)-P_totalcN,II(h)调度指令由不可优化充电电池组按其充电裕度大小u_j(h)×SOC_mc,III,j(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,j}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right))\&times;\frac{u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j}}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j})}---\left(10\right)$

其中，P_c,s(h)、P_c,m(h)和P_c,j(h)分别为第s个不可优化放电电池在第h个调度周期所分配的充电功率、第m个可优化调度电池在第h个调度周期所分配的充电功率和第j个不可优化充电电池在第h个调度周期所分配的充电功率；S_N为电池组的额定容量；SOC_mc,I,s(h)、SOC_mc,II,m(h)和SOC_mc,III,j(h)分别为第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的充电裕度、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的充电裕度和第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的充电裕度。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明的储能电站站内实时功率调度方法，充分考虑了各电池组的荷电状态，根据荷电量的多少将储能电池组分为不可优化放电电池组、可优化调度电池组、不可优化充电电池组，依据电池组的充放电能力制定与实时调度指令相对应的实时充放电策略，实时计算各储能电池组的分配功率，从而实现了以下目标：1)有效平抑区域配电网有功功率波动；2)储能电站实时调度指令的功率需求；3)储能电站内部的能量管理及实时控制；4)最大程度地保证储能电站的可调度性；5)保证电池组尽可能工作于安全区域，延长电池寿命。

附图说明

图1为本发明提出的储能电站站内实时功率分配方法的流程图；

图2为本发明储能电站实时调度系统结构图；

图3为本发明定义的电池组充放电状态。

具体实施方式

如图2所示，一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法，所述方法包括，储能电站调度系统包含系统实时调度层和站内功率分配层两层结构，功率分配层实时响应调度层的实时调度指令，实现储能电站站内功率的优化分配。所述储能电站包括不同类型和参数的电池组A_n(n＝1,…,N)，每个储能支路由1台储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)和一个电池堆(BP)组成；其中，P_ES(h)为第h个调度周期实时调度层的调度指令，P_n(h)为第n个储能支路在第h个调度周期分配的功率。

如图1所示，本发明一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法，包括步骤为：

(1)实时读取第h个调度周期分布式光伏发电功率，输出超短期预测值P_PV(h)和超短期负荷预测值P_L(h)，计算储能电站有功功率调度指令P_ES(h)；

其中，将配电区域内波动最小的有功功率作为储能电站有功功率调度指令P_ES(h)，如下式所示：

minΔ(h)＝ΔP(h)²＝[P_L(h)-P_PV(h)-P_ES(h)]²   (1)

式(1)中，ΔP(h)为第h个调度周期有功功率波动差额，P_PV(h)为第h个调度周期分布式光伏发电功率输出超短期预测，P_L(h)为第h个调度周期负荷需求超短期预测，P_ES(h)为第h个调度周期储能电站有功功率调度指令；若P_ES(h)>0，则该有功功率调度指令为放电指令，若P_ES(h)<0，则该有功功率调度指令为充电指令。

(2)实时采集储能电站各电池组的运行状态量u_k(h)和荷电量SOC_k(h)；其中，k为储能电站中第k个电池组；根据实时采集的储能电站各电池组的运行状态u_k(h)和荷电量SOC_k(h)，定义电池组的三种调度状态，如图3所示，包括，不可优化放电状态、可优化调度状态和不可优化充电状态；并分别计算电池组在三种不同状态下的充、放电裕度；所述的实时采集储能电站各电池组的运行状态量u_k(h)包括，当电池组正常运行时，其运行状态量u_k(h)＝1；当电池组无法正常运行时，其运行状态量u_k(h)＝0。

所述的不可优化放电状态包括：当第k个电池组的荷电量为时，电池组可优化充电，不可优化放电，即不可优化放电电池组；其中，SOC_k(h)为第k个电池组在第h个调度周期的荷电量，为第k个电池组正常运行时的最小荷电量。

所述的可优化调度状态包括：当第k个电池组的荷电量满足时，电池组既可优化充电，也可优化放电，称为可优化调度电池组，为第k个电池组正常运行时允许的最大荷电量；

所述的不可优化充电状态包括：当第k个电池组的荷电量为时，电池组可优化放电，不可优化充电，即不可优化充电电池组。

所述的分别计算电池组在三种状态下的充、放电裕度包括：当电池组处于不可优化放电状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,I(h)＝SOC_k(h)

SOC_mc,I(h)＝SOC_k ^max-SOC_k(h)     (2)

式(2)中，SOC_md,I(h)为不可优化放电状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,I(h)为状态电池组在第h个调度周期时的充电裕度；

当电池组处于可优化调度状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,II(h)＝SOC_k(h)-SOC_k ^min

SOC_mc,II(h)＝SOC_k ^max-SOC_k(h)   (3)

式(3)中，SOC_md,II(h)为可优化调度状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,II(h)为状态II电池组在第h个调度周期时的充电裕度；

当电池组处于不可优化充电状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,III(h)＝SOC_k(h)-SOC_k ^min

SOC_mc,III(h)＝1-SOC_k(h)     (4)

式(4)中，SOC_md,III(h)为不可优化充电状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,III(h)为状态III电池组在第h个调度周期时的充电裕度。

(3)判断储能电站有功功率调度指令，根据优先调度可优化充、放电电池组，后调度不可优化充、放电电池组的功率分配优先级原则和优先等比例分配，再以额定功率分配的功率分配策略，计算储能电站当前调度周期各电池组分配的功率大小；

所述步骤(3)中功率分配优先级原则包括：

当调度指令为放电指令时，各电池组放电的先后顺序依次为不可优化充电状态、可优化调度状态和不可优化放电状态；

当调度指令为充电指令时，各电池组的充电顺序依次为不可优化放电状态电池组、可优化调度状态电池组和不可优化充电状态电池组。

所述步骤(3)中，当调度指令为放电指令时，电池组放电功率分配策略包括：

9-1计算不可优化充电电池组的总额定放电功率：

其中，u_j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的运行状态，P_dN,j为第j个不可优化充电电池组的额定放电功率，J为当前调度周期不可优化充电电池组总数；

若P_totaldN,III(h)≥P_ES(h)，则P_ES(h)在所有不可优化充电电池组按放电裕度大小u_j(h)×SOC_md,III,j(h)等比例分配，SOC_md,III,j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的放电裕度；

若P_totaldN,III(h)＜P_ES(h)，则所有不可优化充电电池组按额定放电功率放电，剩余的放电调度指令功率在可优化调度电池组和不可优化放电电池组间分配；

9-2计算可优化调度电池组的总额定放电功率：

其中，u_m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的运行状态，P_dN,m为第m个可优化调度电池组的额定放电功率，M为当前调度周期可优化调度电池组总数；

若P_totaldN,II(h)≥P_ES(h)-P_totaldN,III(h)，则P_ES(h)-P_totaldN,III(h)在所有可优化调度电池组间按照放电裕度大小u_m(h)×SOC_md,II,m(h)等比例分配；其中，SOC_md,II,m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的放电裕度；

若P_totaldN,II(h)＜P_ES(h)-P_totaldN,III(h)，则各可优化调度电池按其额定放电功率放电，剩余的放电调度指令P_ES(h)-P_totaldN,III(h)-P_totaldN,II(h)由不可优化放电电池组按其放电裕度大小u_s(h)×SOC_md,I,s(h)等比例分配；

其中，u_s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的运行状态，SOC_md,I,s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的放电裕度。

所述P_ES(h)在所有不可优化充电电池组间按其放电裕度大小u_j(h)×SOC_md,III,j(h)的等比例分配模型为：

$P_{d,j}\left(h\right)=P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)\&times;\frac{u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j}}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j})}---\left(5\right)$

所述P_ES(h)-P_totaldN,III(h)在所有可优化调度电池组间按其放电裕度大u_m(h)×SOC_md,II,m(h)等比例分配的模型为：

$P_{d,m}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{III}}\left(h\right))\&times;\frac{u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m})}---\left(6\right)$

所述剩余的放电调度指令P_ES(h)-P_totaldN,III(h)-P_totaldN,II(h)由不可优化放电电池组按其放电裕度大小u_s(h)×SOC_md,I,s(h)等比例分配的模型为：

$P_{d,s}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{III}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{II}}\left(h\right))\&times;\frac{u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s}}{\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s})}---\left(7\right)$

其中，P_d,j(h)、P_d,m(h)和P_d,s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期所分配的放电功率、第m个可优化调度电池在第h个调度周期所分配的放电功率和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期所分配的放电功率；S_N为电池组的额定容量，J、M和S分别为当前调度周期不可优化充电电池组、可优化调度电池组和不可优化放电电池组的个数；

SOC_md,III,j(h)、SOC_md,II,m(h)和SOC_md,I,s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的放电裕度、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的放电裕度和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的放电裕度；u_j(h)、u_m(h)、u_s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的运行状态、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的运行状态和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的运行状态。

所述P_ES(h)在所有不可优化放电电池组间按其充电裕度大小u_s(h)×SOC_mc,I,s(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,s}\left(h\right)=P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)\&times;\frac{u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s}}{\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s})}---\left(8\right)$

所述P_ES(h)-P_totalcN,I(h)在所有可优化调度电池组间按其充电裕度大小u_m(h)×SOC_mc,II,m(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,m}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right))\&times;\frac{u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m})}---\left(9\right)$

所述剩余的充电P_ES(h)-P_totalcN,I(h)-P_totalcN,II(h)调度指令由不可优化充电电池组按其充电裕度大小u_j(h)×SOC_mc,III,j(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,j}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right))\&times;\frac{u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j}}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j})}---\left(10\right)$

其中，P_c,s(h)、P_c,m(h)和P_c,j(h)分别为第s个不可优化放电电池在第h个调度周期所分配的充电功率、第m个可优化调度电池在第h个调度周期所分配的充电功率和第j个不可优化充电电池在第h个调度周期所分配的充电功率；S_N为电池组的额定容量；SOC_mc,I,s(h)、SOC_mc,II,m(h)和SOC_mc,III,j(h)分别为第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的充电裕度、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的充电裕度和第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的充电裕度。

所述步骤(3)中，当调度指令为充电指令时，电池组充电功率分配策略包括：

10-1计算不可优化放电电池组的总额定充电功率P_totalcN,I(h)，其表达式为： $P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right)=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_s\left(h\right)\&times;P_{\mathrm{cN},s}$

其中，P_cN,s为第s个不可优化放电电池组的额定充电功率，S为当前调度周期不可优化放电电池组总数；

若|P_totalcN,I(h)|≥|P_ES(h)|，则P_ES(h)在所有不可优化放电电池组间按照充电裕度大小u_s(h)×SOC_mc,I,s(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,I,s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的充电裕度；

若|P_totalcN,I(h)|＜|P_ES(h)|，则各不可优化放电电池按总额定充电功率充电，剩余的充电调度指令功率在可优化调度电池组和不可优化充电电池组间分配；

10-2计算可优化调度电池组的总额定充电功率

其中，P_cN,m为第m个可优化调度电池组的额定充电功率；

若|P_totalcN,II(h)|≥|P_ES(h)-P_totalcN,I(h)|，则P_ES(h)-P_totalcN,I(h)在所有可优化调度电池组间按照充电裕度大小u_m(h)×SOC_mc,II,m(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,II,m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的充电裕度；

若|P_totalcN,II(h)|＜|P_ES(h)-P_totalcN,I(h)|，则各可优化调度电池按其额定充电功率充电，剩余的充电调度指令P_ES(h)-P_totalcN,I(h)-P_totalcN,II(h)由不可优化充电电池组按其充电裕度大小u_j(h)×SOC_mc,III,j(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,III,j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的充电裕度。

(4)对各电池组的有功功率调度指令汇总并发送至储能电站。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种平抑光伏功率波动的有功功率优化调度方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤，

(1)实时读取第h个调度周期分布式光伏发电功率，输出超短期预测值P_PV(h)和超短期负荷预测值P_L(h)，计算储能电站有功功率调度指令P_ES(h)；

(2)实时采集储能电站各电池组的运行状态量u_k(h)和荷电量SOC_k(h)；其中，k为储能电站中第k个电池组；根据采集的储能电站各电池组的运行状态u_k(h)和荷电量SOC_k(h)，定义电池组的三种调度状态包括，不可优化放电状态、可优化调度状态和不可优化充电状态；并分别计算电池组在三种不同状态下的充、放电裕度；

(3)判断储能电站有功功率调度指令，根据优先调度可优化充、放电电池组，后调度不可优化充、放电电池组的功率分配优先级原则和优先等比例分配，再以额定功率分配的功率分配策略，计算储能电站当前调度周期各电池组分配的功率大小；

(4)对各电池组的有功功率调度指令汇总并发送至储能电站。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将配电区域内波动最小的有功功率作为储能电站有功功率调度指令P_ES(h)，如下式所示：

min Δ(h)＝ΔP(h)²＝[P_L(h)-P_PV(h)-P_ES(h)]²   (1)

式(1)中，ΔP(h)为第h个调度周期有功功率波动差额，P_PV(h)为第h个调度周期分布式光伏发电功率输出超短期预测，P_L(h)为第h个调度周期负荷需求超短期预测，P_ES(h)为第h个调度周期储能电站有功功率调度指令；若P_ES(h)>0，则该有功功率调度指令为放电指令，若P_ES(h)<0，则该有功功率调度指令为充电指令。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的实时采集储能电站各电池组的运行状态量u_k(h)包括，当电池组正常运行时，其运行状态量u_k(h)＝1；当电池组无法正常运行时，其运行状态量u_k(h)＝0。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的不可优化放电状态包括：

当第k个电池组的荷电量为时，电池组可优化充电，不可优化放电，即不可优化放电电池组；其中，SOC_k(h)为第k个电池组在第h个调度周期的荷电量，为第k个电池组正常运行时的最小荷电量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的可优化调度状态包括：当第k个电池组的荷电量满足时，电池组既可优化充电，也可优化放电，称为可优化调度电池组；其中为第k个电池组正常运行时允许的最大荷电量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的不可优化充电状态包括：当第k个电池组的荷电量为时，电池组可优化放电，不可优化充电，即不可优化充电电池组。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的分别计算电池组在三种状态下的充、放电裕度包括：

当电池组处于不可优化放电状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,I(h)＝SOC_k(h)

SOC_mc,I(h)＝SOC_k ^max-SOC_k(h)   (2)

式(2)中，SOC_md,I(h)为不可优化放电状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,I(h)为状态电池组在第h个调度周期时的充电裕度；

当电池组处于可优化调度状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,II(h)＝SOC_k(h)-SOC_k ^min

SOC_mc,II(h)＝SOC_k ^max-SOC_k(h)   (3)

式(3)中，SOC_md,II(h)为可优化调度状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,II(h)为状态II电池组在第h个调度周期时的充电裕度；

当电池组处于不可优化充电状态时，其放电裕度和充电裕度分别为：

SOC_md,III(h)＝SOC_k(h)-SOC_k ^min

SOC_mc,III(h)＝1-SOC_k(h)   (4)

式(4)中，SOC_md,III(h)为不可优化充电状态电池组在第h个调度周期时的放电裕度，SOC_mc,III(h)为状态III电池组在第h个调度周期时的充电裕度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中功率分配优先级原则包括：

当调度指令为放电指令时，各电池组放电的先后顺序依次为不可优化充电状态、可优化调度状态和不可优化放电状态；

当调度指令为充电指令时，各电池组的充电顺序依次为不可优化放电状态电池组、可优化调度状态电池组和不可优化充电状态电池组。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，当调度指令为放电指令时，电池组放电功率分配策略包括：

9-1计算不可优化充电电池组的总额定放电功率：

其中，u_j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的运行状态，P_dN,j为第j个不可优化充电电池组的额定放电功率，J为当前调度周期不可优化充电电池组总数；

若P_totaldN,III(h)≥P_ES(h)，则P_ES(h)在所有不可优化充电电池组按放电裕度大小u_j(h)×SOC_md,III,j(h)等比例分配，SOC_md,III,j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的放电裕度；

若P_totaldN,III(h)＜P_ES(h)，则所有不可优化充电电池组按额定放电功率放电，剩余的放电调度指令功率在可优化调度电池组和不可优化放电电池组间分配；

9-2计算可优化调度电池组的总额定放电功率：

其中，u_m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的运行状态，P_dN,m为第m个可优化调度电池组的额定放电功率，M为当前调度周期可优化调度电池组总数；

若P_totaldN,II(h)≥P_ES(h)-P_totaldN,III(h)，则P_ES(h)-P_totaldN,III(h)在所有可优化调度电池组间按照放电裕度大小u_m(h)×SOC_md,II,m(h)等比例分配，SOC_md,II,m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的放电裕度；

若P_totaldN,II(h)＜P_ES(h)-P_totaldN,III(h)，则各可优化调度电池按其额定放电功率放电，剩余的放电调度指令P_ES(h)-P_totaldN,III(h)-P_totaldN,II(h)由不可优化放电电池组按其放电裕度大小u_s(h)×SOC_md,I,s(h)等比例分配；

其中，u_s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的运行状态，SOC_md,I,s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的放电裕度。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，当调度指令为充电指令时，电池组充电功率分配策略包括：

10-1计算不可优化放电电池组的总额定充电功率P_totalcN,I(h)，其表达式为： $P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right)=\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_s\left(h\right)\&times;P_{\mathrm{cN},s}$

其中，P_cN,s为第s个不可优化放电电池组的额定充电功率，S为当前调度周期不可优化放电电池组总数；

若|P_totalcN,I(h)|≥|P_ES(h)|，则P_ES(h)在所有不可优化放电电池组间按照充电裕度大小u_s(h)×SOC_mc,I,s(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,I,s(h)为第s个不可优化放电电池组在第h个调度周期的充电裕度；

若|P_totalcN,I(h)|＜|P_ES(h)|，则各不可优化放电电池按总额定充电功率充电，剩余的充电调度指令功率在可优化调度电池组和不可优化充电电池组间分配；

10-2计算可优化调度电池组的总额定充电功率

其中，P_cN,m为第m个可优化调度电池组的额定充电功率；

若|P_totalcN,II(h)|≥|P_ES(h)-P_totalcN,I(h)|，则P_ES(h)-P_totalcN,I(h)在所有可优化调度电池组间按照充电裕度大小u_m(h)×SOC_mc,II,m(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,II,m(h)为第m个可优化调度电池组在第h个调度周期的充电裕度；

若|P_totalcN,II(h)|＜|P_ES(h)-P_totalcN,I(h)|，则各可优化调度电池按其额定充电功率充电，剩余的充电调度指令P_ES(h)-P_totalcN,I(h)-P_totalcN,II(h)由不可优化充电电池组按其充电裕度大小u_j(h)×SOC_mc,III,j(h)等比例分配；其中，所述SOC_mc,III,j(h)为第j个不可优化充电电池组在第h个调度周期的充电裕度。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述P_ES(h)在所有不可优化充电电池组间按其放电裕度大小u_j(h)×SOC_md,III,j(h)的等比例分配模型为：

$P_{d,j}\left(h\right)=P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)\&times;\frac{u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j}}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j})}---\left(5\right)$

所述P_ES(h)-P_totaldN,III(h)在所有可优化调度电池组间按其放电裕度大u_m(h)×SOC_md,II,m(h)等比例分配的模型为：

$P_{d,m}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{III}}\left(h\right))\&times;\frac{u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m})}---\left(6\right)$

所述剩余的放电调度指令P_ES(h)-P_totaldN,III(h)-P_totaldN,II(h)由不可优化放电电池组按其放电裕度大小u_s(h)×SOC_md,I,s(h)等比例分配的模型为：

$P_{d,s}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{III}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},\mathrm{II}}\left(h\right))\&times;\frac{u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s}}{\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{md},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s})}---\left(7\right)$

其中，P_d,j(h)、P_d,m(h)和P_d,s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期所分配的放电功率、第m个可优化调度电池在第h个调度周期所分配的放电功率和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期所分配的放电功率；S_N为电池组的额定容量，J、M和S分别为当前调度周期不可优化充电电池组、可优化调度电池组和不可优化放电电池组的个数；

SOC_md,III,j(h)、SOC_md,II,m(h)和SOC_md,I,s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的放电裕度、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的放电裕度和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的放电裕度；u_j(h)、u_m(h)、u_s(h)分别为第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的运行状态、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的运行状态和第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的运行状态。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述P_ES(h)在所有不可优化放电电池组间按其充电裕度大小u_s(h)×SOC_mc,I,s(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,s}\left(h\right)=P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)\&times;\frac{u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s}}{\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_s\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},I,s}\left(h\right)\&times;S_{N,s})}---\left(8\right)$

所述P_ES(h)-P_totalcN,I(h)在所有可优化调度电池组间按其充电裕度大小u_m(h)×SOC_mc,II,m(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,m}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totaldN},I}\left(h\right))\&times;\frac{u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_m\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{II},m}\left(h\right)\&times;S_{N,m})}---\left(9\right)$

所述剩余的充电P_ES(h)-P_totalcN,I(h)-P_totalcN,II(h)调度指令由不可优化充电电池组按其充电裕度大小u_j(h)×SOC_mc,III,j(h)等比例分配的模型为：

$P_{c,j}\left(h\right)=(P_{\mathrm{ES}}\left(h\right)-P_{\mathrm{totalcN},I}\left(h\right)-P_{\mathrm{totalcN},\mathrm{II}}\left(h\right))\&times;\frac{u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j}}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}(u_j\left(h\right)\&times;{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{mc},\mathrm{III},j}\left(h\right)\&times;S_{N,j})}---\left(10\right)$

其中，P_c,s(h)、P_c,m(h)和P_c,j(h)分别为第s个不可优化放电电池在第h个调度周期所分配的充电功率、第m个可优化调度电池在第h个调度周期所分配的充电功率和第j个不可优化充电电池在第h个调度周期所分配的充电功率；S_N为电池组的额定容量；SOC_mc,I,s(h)、SOC_mc,II,m(h)和SOC_mc,III,j(h)分别为第s个不可优化放电电池在第h个调度周期的充电裕度、第m个可优化调度电池在第h个调度周期的充电裕度和第j个不可优化充电电池在第h个调度周期的充电裕度。