CN105958520A - 一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减小电网负荷峰谷差的储能技术领域，尤其涉及一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略。该运行控制策略具体包括：根据分时电价信息得到充电时间T_c,i和放电时间T_dis,i'；根据DG出力曲线和负荷曲线，叠加得到日周期内的等效负荷曲线；根据第一计算公式和第二计算公式分别得到储能系统在所述充电时间T_c,i和所述放电时间T_dis,i'中各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率；根据获得的各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率，得到日周期内所述储能系统的充放电策略。该运行控制策略能够发挥出蓄电池储能系统在配电网中的削峰填谷作用，延缓配电网的升级改造时间，有效降低网络损耗，具有直观、灵活、计算时间短和符合工程实际的优点。

Description

一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略

技术领域

本发明涉及减小电网负荷峰谷差的储能技术领域，尤其涉及一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略。

背景技术

大量分布式电源(Distributed Generation,DG)引入配电网，使得配电网的规划及运行问题变得更加复杂，传统被动配电网已不能满足电力供应的要求。储能系统具有平滑间歇式能源功率波动、削峰填谷、改善电压质量等作用，是传统被动配电网向主动配电网过渡的桥梁，其配置直接影响到配电网的主动控制能力，在实现电网和用户之间的能源互联中具有极其重要的作用。

在配电网中，根据储能系统安装的位置不同，储能系统可分为配电网侧储能系统、DG侧储能系统和负荷侧储能系统。其中配电网侧储能系统主要作用为削峰填谷；DG侧储能系统主要作用为平滑DG出力的波动；负荷侧储能系统主要作用是为用户提供不间断电源，提高供电可靠性。而储能技术主要分为机械储能、蓄电池储能(battery energy storagesystem，BESS)、电磁储能和热力储能四类，其中蓄电池储能具有充/放电速度快、效率高、使用寿命长、对地理条件要求低等优点，因而受到更多的关注和研究。

对于配电网中BESS的运行控制策略，现有方法大多是根据分时电价中高电价和低电价简单的划分充、放电时间段，然后以各时刻储能充放电功率为控制变量，以网损最小或者负荷方差最小等为目标求得运行控制策略，当系统中负荷峰谷变化频率及幅度较大时，即有多个负荷高峰时，由于受剩余电量水平(state ofcharge,SOC)约束等问题很难通过建立相应数学模型求得最优的运行控制策略。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，解决现有技术在具有多个负荷高峰的配电网中难以通过数学优化方法制定出较优的蓄电池储能系统运行控制策略的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，具体包括如下步骤：

S1、根据分时电价信息得到充电时间T_c,i和放电时间T_dis,i'，其中i为充电时间段，i'为放电时间段；

S2、根据DG出力曲线和负荷曲线，叠加得到日周期内的等效负荷曲线；

S3、根据第一计算公式和第二计算公式分别得到储能系统在所述充电时间T_c,i和所述放电时间T_dis,i'中各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率，其中所述第一计算公式为：

$P_{bat,c}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&gamma;}\&CenterDot;(P_{C,\max }+P_{L,\min }-P_L(t\left)\right),& P_L\left(t\right)<(P_{C,\max }+P_{L,\min })\\ P_{e,c},& P_L\left(t\right)\&GreaterEqual;(P_{C,\max }+P_{L,\min })\end{array}\right.$

式中：P_bat,c(t)为T_c,i内第t个采样间隔处的储能系统充电功率；P_L(t)为T_c,i内第t个采样间隔处的等效负荷值；P_C,max、P_e,c分别为储能系统最大充电功率和额定充电功率；P_L,min为T_c,i的所有采样间隔内最小的等效负荷值；γ为充电功率权重；

所述第二计算公式为：

$P_{bat,dis}\left(t^{\&prime;}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;\left({P_L}^{\&prime;}\right(t^{\&prime;})-(P_{L,\max }-P_{DIS,\max }\left)\right),& {P_L}^{\&prime;}\left(t^{\&prime;}\right)>(P_{L,\max }-P_{DIS,\max })\\ P_{e,dis},& {P_L}^{\&prime;}\left(t^{\&prime;}\right)\&le;(P_{L,\max }-P_{DIS,\max })\end{array}\right.$

式中：P_bat,dis(t')为T_dis,1内第t'个采样间隔处的放电功率；P_L'(t)为T_dis,1内第t'个采样间隔处的等效负荷值；P_DIS,max、P_e,dis分别为储能系统最大放电功率和额定放电功率；P_L,max为T_dis,i'的所有采样间隔内最大的等效负荷值；η为放电功率权重；

S4、根据获得的各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率，得到日周期内所述储能系统的充放电策略。

进一步地，在步骤S1中，所述分时电价信息包括高电价时段、低电价时段和平电价时段，其中所述高电价时段为所述放电时间T_dis,i'，所述低电价时段为所述充电时间T_c,i；

当所述平电价时段的前后时段均为高电价时段时，则该平电价时段为所述充电时间T_c,i；

当所述平电价时段的前后时段均为低电价时段时，则该平电价时段为放电时间T_dis,i'；

当所述平电价时段的前后时段分别为高电价时段和低电价时段时，则该平电价时段为空闲时段，所述储能系统以零功率进行充放电。

进一步地，在步骤S3中，通过第三计算公式得到所述充电功率权重γ，所述第三计算公式为：

$\mathrm{\&gamma;}={x^{\&prime;}}_{\mathrm{si}}/\underset{si=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x^{\&prime;}}_{si}$

式中，x'_si为第si个储能系统的容量。

进一步地，所述充电功率权重γ与所述放电功率权重η相等。

具体地，根据所述等效负荷曲线得到所述充电时间T_c,i中各采样间隔Δt内的等效负荷值，将各等效负荷值进行升序排列，依次分别计算与各等效负荷值相对应的Δt内所述储能系统的充电功率。

具体地，根据所述等效负荷曲线得到所述充电时间T_c,i中各采样间隔Δt内的等效负荷值，将各等效负荷值进行降序排列，依次分别计算与各等效负荷值相对应的Δt内所述储能系统的放电功率。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，采用启发式方法，以分时电价划分得到充电时间段和放电时间段，以等效负荷曲线为基础，能够在具有多负荷高峰的配电网中制定出较优的运行控制策略。通过本发明制定的运行控制策略，能够发挥出蓄电池储能系统在配电网中的削峰填谷作用，从而延缓配电网的升级改造时间，并有效地降低网络损耗。与现有技术采用数学优化方法制定出的运行控制策略相比，本发明具有直观、灵活、计算时间短和更符合工程实际的优点。

附图说明

图1是本发明实施例充电时段和放电时段的划分流程图；

图2是本发明实施例确定充、放电功率的流程图；

图3是本发明实施例的储能系统结构图；

图4是本发明实施例的负荷曲线和DG出力曲线示意图；

图5是本发明实施例的充、放电时间段划分结果图；

图6是本发明实施例的等效负荷曲线示意图；

图7是本发明实施例的储能系统充放电策略示意图；

图8是本发明实施例储能系统在充放电策略运行前后的等效负荷曲线对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，具体包括如下步骤：

1、如图1所示，根据分时电价信息得到充电时间T_c,i和放电时间T_dis,i'，其中i为充电时间段，i'为放电时间段。

所述分时电价信息包括高电价时段、低电价时段和平电价时段，其中所述高电价时段为所述放电时间T_dis,i'，所述低电价时段为所述充电时间T_c,i。

为提高储能的利用率，当所述平电价时段的前后时段均为高电价时段时，则该平电价时段为所述充电时间T_c,i。

当所述平电价时段的前后时段均为低电价时段时，则该平电价时段为放电时间T_dis,i'。

当所述平电价时段的前后时段不一致时，则该平电价时段为空闲时段，所述储能系统以零功率进行充放电。

2、根据DG出力曲线和负荷曲线，叠加得到日周期内的等效负荷曲线。

3、如图2所示，确定T_c,i和T_dis,i'时间段的各采样间隔Δt内充放电功率的大小。

储能系统充放电方式可分为恒功率充放电和变功率充放电，本实施例采用变功率充放电方式。当有多个储能系统时，多个储能系统相互协调配合确定各自的充放电功率大小。则确定单个储能系统在T_c,1时间段的各采样间隔Δt内充电功率大小的过程为：

3.1Δt内等效负荷越小，使得所述等效负荷曲线的峰谷差越大，越需要储能充电，根据所述等效负荷曲线得到所述充电时间T_c,1中各采样间隔Δt内的等效负荷值，将各等效负荷值进行从小到大的升序排列，再依次序分别确定与各等效负荷值相对应的Δt内所述储能系统的充电功率大小。

3.2为了使储能系统充电后的等效负荷曲线峰谷差尽量小，曲线波动也尽可能平滑，除等效负荷最小的Δt内储能系统按最大功率充电外，其他Δt内按小于最大功率的变功率充电，则充电功率通过如下计算公式计算获得：

式中：P_bat,c(t)为T_c,1内第t个采样间隔处的储能系统充电功率；P_L(t)为T_c,1内第t个采样间隔处的等效负荷值；P_C,max、P_e,c分别为储能系统最大充电功率和额定充电功率；P_L,min为T_c,1的所有采样间隔内最小的等效负荷值；γ为γ为第si个储能的充电功率权重，γ通过如下计算公式计算获得：

$\mathrm{\&gamma;}={x^{\&prime;}}_{si}/\underset{si=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x^{\&prime;}}_{si}---\left(2\right)$

式中，x'_si为第si个储能系统的容量。

3.3按步骤3.1和3.2中的方法依次确定T_c,1时间段的各采样间隔Δt内充电功率大小。每当确定一个Δt内的充电功率，SOC相应的增加P_bat,c(t)·Δt·α/E_e，式中：α为储能系统充电效率；E_e为储能系统的额定容量。

若SOC越限，则转步骤3.4，此时未确定功率的采样间隔Δt内可看作储能系统以零功率进行充电。

3.4输出储能系统在T_c,1时间段的各采样间隔Δt内充电功率的大小。

确定单个储能系统在T_dis,1时间段的各采样间隔Δt内放电功率大小的过程与上述步骤3.1至3.4基本相同，区别点在于：Δt内等效负荷越大，使得等效负荷峰谷差越大，越需要储能放电，根据所述等效负荷曲线得到所述充电时间T_c,i中各采样间隔Δt内的等效负荷值，将各等效负荷值进行降序排列，依次分别计算与各等效负荷值相对应的Δt内所述储能系统的放电功率大小。

除等效负荷最大的Δt内储能系统按最大功率放电外，其他Δt内按小于最大功率的变功率放电，则放电功率通过如下计算公式计算获得：

$P_{bat,dis}\left(t^{\&prime;}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;\left({P_L}^{\&prime;}\right(t^{\&prime;})-(P_{L,\max }-P_{DIS,\max }\left)\right),& {P_L}^{\&prime;}\left(t^{\&prime;}\right)>(P_{L,\max }-P_{DIS,\max })\\ P_{e,dis},& {P_L}^{\&prime;}\left(t^{\&prime;}\right)\&le;(P_{L,\max }-P_{DIS,\max })\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：P_bat,dis(t')为T_dis,1内第t'个采样间隔处的放电功率；P_L'(t)为T_dis,1内第t'个采样间隔处的等效负荷值；P_DIS,max、P_e,dis分别为储能系统最大放电功率和额定放电功率；P_L,max为T_dis,i'的所有采样间隔内最大的等效负荷值；η为放电功率权重，所述放电功率权重η与所述充电功率权重γ相等。每当确定一个Δt内的放电功率，SOC相应的减小P_bat,dis(t')·Δt/(E_e·β)式中：β为储能系统放电效率；E_e为储能系统的额定容量。

3.5按上述步骤分别确定T_c,2和T_dis,2时间段的各采样间隔Δt内充电功率和放电功率的大小，最后依次得到储能系统在日周期内的所有充放电时间段内各时刻的充放电功率。

3.6根据获得的各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率，得到日周期内所述储能系统的充放电策略。

上述实施例中，在划分的连续充电时间段内，储能最大充电功率与最小等效负荷之和为该时段内储能充电后的等效负荷指标，储能在各t小时处充电后应达到该指标，若充电前已超过该指标，则以最佳状态额定功率充电，直到确定完该连续充电时间段内的各时刻处的充电功率，剩余电量达到上限后其余未确定功率的小时段以0功率充电。

上述实施例中，在划分的连续放电时间段内，最大等效负荷与储能最大放电功率之差为该时段内储能放电后的等效负荷指标，储能在各t小时处放电后应达到该指标，若放电前已超过该指标，则以最佳状态额定功率放电，直到确定完该连续放电时间段内的各时刻处的放电功率，剩余电量达到下限后其余未确定功率的小时段以0功率放电。

下面以IEEE33节点配电系统为基础，对本发明实施例进行具体说明。

如图3所示，在节点15、21和28上分别增加了300kW风力DG、400kW光伏DG和400kW风力DG，节点13、23和29分别增加了0.9Mvar、0.8Mvar和0.8Mvar的电容器，节点15和节点28上分别有容量为421.7kWh和562.3kWh的BESS,制定该系统中BESS运行策略。

如图4所示，为该系统的负荷曲线和DG出力曲线。设定分时电价，高峰时段：9:00-15:00和19:00-22:00，为高电价时段；低谷时段：1:00-7:00，为低电价时段；其余时段为平电价时段。

如图5所示，以实施例中的分时电价信息划分充、放电时间段。充、放电时间段划分的结果为低电价1-7点和平电价16-19点充电，高电价9-15点和20-23点放电，其他时间为空闲状态。

如图6所示，根据预测的24小时DG出力情况及负荷需求情况，二者叠加后得到等效负荷曲线。

如图7所示，在充电时间段和放电时间段内分别根据一定的公式1和公式3确定出每个小时段内的充放电功率，制定储能系统的充放电策略，其中负数表示放电、正数表示充电。

如图8所示，为按本发明实施例的方法制定策略运行前后的等效负荷曲线对比情况。从图8中可以看出，按本方法制定蓄电池储能系统充放电策略，运行后的等效负荷曲线与原负荷曲线相比有明显的削峰填谷效果。

综上所述，本发明提供的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，采用启发式方法，以分时电价划分充电时间段和放电时间段，以等效负荷曲线为基础，能够在具有多负荷高峰的配电网中制定出较优的运行控制策略。通过本发明制定的运行控制策略，能够发挥出蓄电池储能系统在配电网中的削峰填谷作用，从而延缓配电网的升级改造时间，并有效地降低网络损耗。与现有技术采用数学优化方法制定出的运行控制策略相比，本发明具有直观、灵活、计算时间短和更符合工程实际的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、根据分时电价信息得到充电时间T_c,i和放电时间T_dis,i'，其中i为充电时间段，i'为放电时间段；

S2、根据DG出力曲线和负荷曲线，叠加得到日周期内的等效负荷曲线；

S3、根据第一计算公式和第二计算公式分别得到储能系统在所述充电时间T_c,i和所述放电时间T_dis,i'中各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率，其中所述第一计算公式为：

$P_{bat,c}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&gamma;}\&CenterDot;(P_{C,\max }+P_{L,\min }-P_L(t\left)\right),& P_L\left(t\right)<(P_{C,\max }+P_{L,\min })\\ P_{e,c},& P_L\left(t\right)\&GreaterEqual;(P_{C,\max }+P_{L,\min })\end{array}\right.$

式中：P_bat,c(t)为T_c,i内第t个采样间隔处的储能系统充电功率；P_L(t)为T_c,i内第t个采样间隔处的等效负荷值；P_C,max、P_e,c分别为储能系统最大充电功率和额定充电功率；P_L,min为T_c,i的所有采样间隔内最小的等效负荷值；γ为充电功率权重；

所述第二计算公式为：

$P_{bat,dis}\left(t^{\&prime;}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;\left({P_L}^{\&prime;}\right(t^{\&prime;})-(P_{L,\max }-P_{DIS,\max }\left)\right),& {P_L}^{\&prime;}\left(t^{\&prime;}\right)>(P_{L,\max }-P_{DIS,\max })\\ P_{e,dis},& {P_L}^{\&prime;}\left(t^{\&prime;}\right)\&le;(P_{L,\max }-P_{DIS,\max })\end{array}\right.$

式中：P_bat,dis(t')为T_dis,1内第t'个采样间隔处的放电功率；P_L'(t)为T_dis,1内第t'个采样间隔处的等效负荷值；P_DIS,max、P_e,dis分别为储能系统最大放电功率和额定放电功率；P_L,max为T_dis,i'的所有采样间隔内最大的等效负荷值；η为放电功率权重；

S4、根据获得的各采样间隔Δt内的充电功率和放电功率，得到日周期内所述储能系统的充放电策略。

2.根据权利要求1所述的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，其特征在于，在步骤S1中，所述分时电价信息包括高电价时段、低电价时段和平电价时段，其中所述高电价时段为所述放电时间T_dis,i'，所述低电价时段为所述充电时间T_c,i；

当所述平电价时段的前后时段均为高电价时段时，则该平电价时段为所述充电时间T_c,i；

当所述平电价时段的前后时段均为低电价时段时，则该平电价时段为放电时间T_dis,i'；

当所述平电价时段的前后时段分别为高电价时段和低电价时段时，则该平电价时段为空闲时段，所述储能系统以零功率进行充放电。

3.根据权利要求1所述的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，其特征在于，在步骤S3中，通过第三计算公式得到所述充电功率权重γ，所述第三计算公式为：

$\mathrm{\&gamma;}={x^{\&prime;}}_{\mathrm{si}}/\underset{si=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x^{\&prime;}}_{si}$

式中，x'_si为第si个储能系统的容量。

4.根据权利要求1所述的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，其特征在于，所述充电功率权重γ与所述放电功率权重η相等。

5.根据权利要求1所述的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，其特征在于，根据所述等效负荷曲线得到所述充电时间T_c,i中各采样间隔Δt内的等效负荷值，将各等效负荷值进行升序排列，依次分别计算与各等效负荷值相对应的Δt内所述储能系统的充电功率。

6.根据权利要求1所述的配电网中蓄电池储能系统的运行控制策略，其特征在于，根据所述等效负荷曲线得到所述充电时间T_c,i中各采样间隔Δt内的等效负荷值，将各等效负荷值进行降序排列，依次分别计算与各等效负荷值相对应的Δt内所述储能系统的放电功率。