CN105576686A - 利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法 - Google Patents

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唐西胜
王平
邓卫
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    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks

Abstract

本发明公开了一种利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能源管理方法，它针对与外部电网相连接的微网进行管理，通过监测微网中的分布式发电单元、储能系统和负荷单元并网点功率。并以此为依据动态调节储能单元的功率输出。本发明采用全面监测微网各部件并网点功率的能量管理方法政，该方法一方面对相邻两时刻微网并网点功率滑动平均值之差的绝对值进行判断，另一方面根据蓄电池的SOC当前值对储能参考功率进行修正，若大于设定值，则调度储能单元充/放电，从而实现平滑并网点功率波动的目的。

Description

利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法
技术领域
本发明涉及一种由分布式发电单元组成微网与外部电网并网的技术，具体地讲，本发明涉及一种用监测信息对微网进行智能控制的能量管理技术，特别是一种利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，它属于智能电网技术领域。
背景技术
随着风力、光伏发电技术进步，这些清洁能源越来越多地得到应用。现实中由若干个发电单元组成的微网虽然可以满足局部供配电需求，但独立运行的微网易受外界因素影响，运行效率不高，供配电质量差。为了优化微网的运行效率及供配电质量，将微网融入外部电网是当前最好的选择，它可以维持局部的功率优化和平衡，降低系统运行的人工调度难度。但是，现有技术仅对微网中的发电单元和负荷单元进行监测，没有对储能系统进行有效监测，不能及时调节储能系统内的蓄电池工作状态，易造成微网与外部电网的并网点功率波动较大，电源不稳定对配电的安全性和可靠性带来不良影响。
发明内容
本发明主要针对现有技术的微网连接外部电网时并网点功率波动较大的问题，提出一种利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，它通过对发电单元、负荷单元和储能系统一并监测，及时掌握微网并网点功率波动值，并以此为信息源动态调节微网内储能系统的功率，从而实现平滑并网点功率，减小微网并网点功率波动对外部电网影响的目的。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，它针对与外部电网相连接的微网进行管理。其改进之处在于：同步监测微网中的分布式发电单元、储能系统和负荷单元并网点功率，动态调节储能系统充/放电，以减少微网并网点功率波动对外部电网的影响。
作为进一步改进方案，所述储能系统内设至少一组相配套的双向变流器和蓄电池。
作为进一步改进方案，所述分布式发电单元是光伏发电或风力发电或两种皆有。
作为进一步改进方案，所述分体式发电单元工作时其功率为输出方向，负荷单元工作时功率为输入方向，储能系统工作时功率既可以为输入方向，也可以为输出方向，当储能系统中的蓄电池荷电状态SOC处于低位时，功率为输入方向，反之为输出方向。
利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，使用基于滑动平均的一阶低通滤波器获得相邻两时刻的微网并网点功率参考值，该一阶低通滤波器的滤波时间常数为平滑时间常数m，微网并网点功率在相邻两时刻的滑动平均值按下列公式（1）和（2）计算：
式中P（t）表示微网并网点功率在t时刻的瞬时值，t的单位为秒；P（t）符号为正表示电能量由外部电网流向微网，符号为负表示电能量由微网流向外部电网（1）；表示微网（2）并网点功率从t-m时刻到t-1时刻的均值，表示微网（2）并网点功率从t-m+1时刻到t时刻的均值；
储能系统应补偿的功率参考值Pbatcmd由基值Pbat和修正值γ两部分组成，设定蓄电池荷电状态SOC有4个限值，分别为上上限SOCupupli，上限SOCDownli，下限SOCDownli，下下限SOCDownDownli；基值Pbat按公式（3）计算；修正值按公式（4）计算：
式中Prated为储能系统配置的双向变流器额定容量；γ为储能系统功率参考修正系数，C（bat）为储能系统中的蓄电池额定容量；
基于SOC反馈的控制的策略如下：
若SOC（t）≥SOCUpUpli；
若Pbat（t）<0，则γ=0，Pbat（t）=0；
若Pbat（t）≥0，则γ=SOC（t）-SOCupli；
若SOCupli≤SOC（t）<SOCUpUpli；
则γ=SOC（t）-SOCupli；
若SOCDownli≤SOC（t）<SOCupli；
则γ=0；
若SOCDownDownli≤SOC（t）<SOCDownli；
则γ=SOC（t）-SOCDownli；
若SOC（t）<SOCDownDownli；
若Pbat（t）<0，则γ=SOC（t）-SOCDownli；
若Pbat（t）≥0，则γ=0，且Pbat（t）=0；
式中SOC（t）为蓄电池SOC在t时刻的瞬时值；
储能系统参考功率值Pbatcmd由基值和修正值相加构成，具体按下列公式（5）计算：
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、在相邻两时刻监测微网并网点功率滑动平均值之差,以此为信息源控制储能系统充电或放电,由于所取的信息及时、准确、可靠，易实现平滑并网点功率波动，大大减小微网连接外部电网时产生的副作用；
2、严控蓄电池荷电状态SOC，合理预留蓄电池容量，有利于储能单元充分发挥能量管理功能。
附图说明
图1是利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法的原理方框图。
图2是图1所示储能系统由一组相配套的双向变流器和蓄电池组成原理方框图。
图3是图1所示储能系统由二组相配套的双向变流器和蓄电池组成原理方框图。
图4是图1所示储能系统用一只双向变流器控制两只蓄电池的原理方框图。
图5是图1所示储能系统功率参考值计算流程图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例，对本发明作进一步说明。
图1所示利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，它针对与外部电网1相连接的微网2进行管理。所述微网2由分布式发电单元2.1、储能系统2.2和负荷单元2.3组成，储能系统2.2内设至少一组相配套的双向变流器2.2.1和蓄电池2.2.2同步监测微网2中的分布式发电单元2.1、储能系统2.2和负荷单元2.3并网点功率波动值，并以此为依据动态调节储能单元的功率输出。本实施例中的发电单元2.1既有光伏发电，也有风力发电。分体式发电单元2.1工作时其功率为输出方向，负荷单元2.3工作时功率为输入方向，储能系统2.2工作时功率既可以输入方向，也可以为输出方向。当储能系统2.2中的蓄电池2.2.2荷电状态SOC处于低位时，功率为输入方向，反之为输出方向。
利用储能系统平滑微网并网点功率的能量管理方法，它通过动态监测微网内部各分布式发电单元2.1、储能单元2.2、负荷单元2.3及并网点的功率数据，并根据实时功率数据进行能量管理优化，协调调度储能充/放电，平滑并网点功率波动。具体的能量管理方法如下。
首先使用基于滑动平均的一阶低通滤波器获得相邻两时刻的微网并网点功率点参考值，该一阶低通滤波器的滤波时间常数为平滑时间常数m。微网并网点功率在相邻两时刻的滑动平均值如下所示：
式(1)、(2)中，表示并网点功率在t时刻的瞬时值，t的单位为秒；符号为正表示电能量由外部电网1流向微网2，符号为负表示电能量由微网2流向外部电网1；表示微网2并网点功率从t-m时刻到t-1时刻的均值，表示微网2并网点功率从t-m+1时刻到t时刻的均值。
设为固定值，当时，调度储能工作。当，储能释放功率，当时，储能吸收功率。
由于蓄电池2.2.2的容量是有限的，当蓄电池2.2.2的荷电状态SOC为100%时，储能系统无法吸收电能；当蓄电池的SOC低于0%时，储能系统2.2无法释放电能，这两种情况下，管理方法将会失效。为了避免出现以上情况，比如对蓄电池2.2.2的SOC进行协调控制，保证其维持在一定容量范围内，使得储能系统2.2能够正常工作。
储能系统应补偿的功率参考值由两部分组成：基值Pbat和修正值Pcrt。
其中，基值Pbat可以由公式(3)计算得到：
式中，Prated为储能系统2.2中双向变流器2.2.1额定容量。γ为储能系统2.2的功率参考修正系统，C（bat）为储能系统2.2中的蓄电池2.2.1额定容量。
为了将蓄电池2.2.2的SOC控制在合理的范围内，使之在需要时有充足的容量供充/放电使用，根据蓄电池2.2.2的SOC状态，调整储能系统2.2功率参考修正系数为，反馈修正储能系统功率参考值。其作用为：若蓄电池2.2.2的SOC位于较高水平，当需要储能放电时，加大放电功率；当需要储能充电时，减小充电功率。若电池SOC位于较低水平时，当需要储能放电时，减小放电功率；当需要储能充电时，加大充电功率。储能系统2.2功率参考修正系数为由以下策略计算得到。
设定SOC的4个限值，它分别为上上限，上限，下限，下下限。当SOC瞬时值大于时，若蓄电池2.2.2处于充电状态，则将设定为0，同时设定储能功率参考基值为0；若蓄电池2.2.2处于放电状态，则将设定为SOC瞬时值与的差值。当SOC瞬时值大于，且小于时，则将设定为SOC瞬时值与的差值。当SOC瞬时值大于，且小于时，则将设定为0。当SOC瞬时值大于，且小于时，则将设定为SOC瞬时值与的差值。当SOC瞬时值小于时，若蓄电池2.2.2处于充电状态，则将设定为SOC瞬时值与的差值；若蓄电池2.2.2处于放电状态，则将设定为0，同时设定储能功率参考基值为0。基于SOC反馈的控制策略具体如下所示：
若
若，则，且；
若，则；
若
则；
若
则；
若
则；
若
若，则；
若，则，且；
上述策略中，为蓄电池2.2.2的SOC在t时刻的瞬时值。
储能系统参考功率值由基值和修正值相加构成，得到最终的储能系统参考功率值按公式(5)计算：
储能系统功率计算流程见图5。

Claims (5)

1.一种利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，它针对与外部电网（1）相连接的微网进行管理；其特征在于：同步监测微网（2）中的分布式发电单元（2.1）、储能系统（2.2）和负荷单元（2.3）并网点功率，动态调节储能系统（2.2）充/放电，以减少微网（2）并网点功率波动对外部电网（1）的影响。
2.根据权利要求1所述的利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，其特征在于：所述储能系统（2.2）内设至少一组相配套的双向变流器（2.2.1）和蓄电池（2.2.2）。
3.根据权利要求1所述的利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，其特征在于：所述分布式发电单元（2.1）是光伏发电或风力发电或两种皆有。
4.根据权利要求1所述的利用储能系统平滑微网并网点功率波动的能量管理方法，其特征在于：所述分体式发电单元（2.1）工作时其功率为输出方向，负荷单元（2.3）工作时功率为输入方向，储能系统（2.2）工作时功率既可以为输入方向，也可以为输出方向，当储能系统（2.2）中的蓄电池（2.2.2）荷电状态SOC处于低位时，功率为输入方向，反之为输出方向。
5.一种利用储能系统平滑微网并网点功率的能量管理方法，其特征在于：使用基于滑动平均的一阶低通滤波器获得相邻两时刻的微网（2）并网点功率参考值，该一阶低通滤波器的滤波时间常数为平滑时间常数m，微网（2）并网点功率在相邻两时刻的滑动平均值按下列公式（1）和（2）计算：
式中P（t）表示微网（2）并网点功率在t时刻的瞬时值，t的单位为秒；P（t）符号为正表示电能量由外部电网（1）流向微网（2），符号为负表示电能量由微网（2）流向外部电网（1）；表示微网（2）并网点功率从t-m时刻到t-1时刻的均值，表示微网（2）并网点功率从t-m+1时刻到t时刻的均值；
储能系统（2.2）应补偿的功率参考值Pbatcmd由基值Pbat和修正值Pcrtγ两部分组成，设定蓄电池（2.2.2）荷电状态SOC有4个限值，分别为上上限SOCupupli，上限SOCDownli，下限SOCDownli，下下限SOCDownDownli；基值Pbat按公式（3）计算；修正值按公式（4）计算：
式中Prated为储能系统（2.2）配置的双向变流器（2.2.1）额定容量；γ为储能系统（2.2）功率参考修正系数，C（bat）为储能系统（2.2）中的蓄电池（2.2.1）额定容量；
基于SOC反馈的控制的策略如下：
若SOC（t）≥SOCUpUpli；
若Pbat（t）<0，则γ=0，Pbat（t）=0；
若Pbat（t）≥0，则γ=SOC（t）-SOCupli；
若SOCupli≤SOC（t）<SOCUpUpli；
则γ=SOC（t）-SOCupli；
若SOCDownli≤SOC（t）<SOCupli；
则γ=0；
若SOCDownDownli≤SOC（t）<SOCDownli；
则γ=SOC（t）-SOCDownli；
若SOC（t）<SOCDownDownli；
若Pbat（t）<0，则γ=SOC（t）-SOCDownli；
若Pbat（t）≥0，则γ=0，且Pbat（t）=0；
式中SOC（t）为蓄电池（2.2.2）SOC在t时刻的瞬时值；
储能系统（2.2）参考功率值Pbatcmd由基值和修正值相加构成，具体按下列公式（5）计算：
。
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