CN106786697A - 一种基于多代理的大规模电池储能电站监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多代理的大规模电池储能电站监控系统和方法，所述系统包括储能总代理单元和储能子代理单元两级架构，通过两级架构之间的相互通讯协商，对整个储能电站状态进行监测控制管理，所述储能总代理单元和所述储能子代理单元之间采用高速通信网络进行数据传输和通信；所述方法包括对所述储能总代理单元的监控和对所述储能子代理单元的监控。本发明提供的技术方案通过万兆级别光纤通信及其交互机制体系硬件系统做支撑，能够满足大规模储能电站海量数据传输，并实现快速控制监测功能。

Description

一种基于多代理的大规模电池储能电站监控系统和方法

技术领域

本发明涉及一种能源互联网、大规模储能技术，具体涉及一种基于多代理的大规模电池储能电站监控系统和方法。

背景技术

随电池及其集成技术的不断发展，大规模分布式和集中式储能电站的应用越来越多。配电网末端使用的大量储能电站，使储能设备的监控范围更广，同时对监控要求也更高，随之需要有一个完善的、可扩充的、标准的信息集成与通信机制来支撑配电网末端储能电站的实时监控与保护，实现准确、实时、及时的监测。

对比传统电力监控系统和新能源发电系统的管理监控平台，不难发现，大规模(包含兆瓦级至百兆瓦级的不同规模)电池储能电站中由于大量电池的使用，数据通信量非常庞大。因此为了解决在储能电站管理、监控中的上述难题，需研制出具备高速通信、高可靠性，大数据库容量、高速实时响应等技术特点的全新的控制方案及监控软硬件平台，为大规模电池储能电站监控和保护提供全面、有效的技术支撑。

在保证可靠稳定的前提下，储能电站监控系统需满足配电网末端用户实时调度和管控性能要求，高速响应电网各种应用场景对储能系统的需求，这对监控系统平台的研发带来了巨大的挑战。无论是在监控体系结构以及通信网络优化、硬件支撑系统开发、实时响应人机界面设计等方面，都面临相当多的问题和约束条件。

目前多代理系统(MAS，Multi-Agent System)技术已在负荷预测、电力市场仿真、微型电网、故障定位、主动配电网等领域得到了应用。国际电子电气工程师协会(IEEE)智能系统分会成立了专门的工作组研究多Agent技术在电力系统中的推广应用问题。但是与其他领域相比,应用MAS技术构建大规模电池储能电站协调控制与监控系统的研究未见报道。大规模电池储能电站运行控制时，网络结构系统复杂，存在集中式优化控制难以展开的问题。

因此需要提供一种技术方案来满足多代理机制的大型电池储能电站的监控和并网运行的需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于多代理的大规模电池储能电站监控系统和方法。本发明提供的系统通过万兆级别光纤通信及其交互机制体系硬件系统做支撑，能够满足大规模储能电站海量数据传输，并实现快速控制监测功能。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于多代理的大规模电池储能电站监控方法，所述方法包括如下步骤：

储能总代理单元在充放电模式下，根据采集的储能机组的荷电状态信息确定储能子代理单元优先级顺序；根据优先级顺序接收储能子代理通讯请求；

储能子代理单元监控管辖一个或多个储能子站，并计算其最优输出功率，用所述最优输出功率控制储能电站，并将最优输出功率保存到所述储能总代理单元。

优选的，所述储能子代理单元优先级顺序的确定包括：按所述储能子代理单元对应储能机组的SOC状态与电池荷电状态的理想状态SOCref间差值的划分所述优先级别的高低。

优选的，所述储能子代理单元的监控包括如下步骤：

步骤I、储能子代理单元向储能总代理单元发送通信请求，获取对应储能电站的数据信息，包括储能电站的荷电状态、最大允许充放电功率、最大充放电容量、最大充放电容量，确定优先级顺序和发电任务信息；

步骤II、根据所述优先级顺序和发电任务信息，确定该储能子代理单元的功率命令值，优先级别最低的储能子代理单元按照发电任务信息控制对应的储能变流器，进而控制对应储能单元输出功率；

步骤III、重新更新发电任务信息，并将该命令值返回给所述储能总代理单元。

优选的，所述步骤I确定所述优先级顺序和发电任务信息包括如下步骤：

1)计算参考输出功率；

2)根据所述参考输出功率寻优计算出功率可调比例区间内的最优输出功率，确定该储能子代理最优输出功率对应的功率命令值；

3)根据该功率命令值控制对应储能变流器的储能单元功率输出。

优选的，所述计算参考输出功率P_refbess如下述公式所示：

充电模式：

放电模式：

式中，C_i为第i顺序位储能子代理单元对应储能系统机组装机容量；C_s为第s顺序位储能子代理单元对应储能系统机组装机容量，SOC_s为储能子代理单元s的SOC值，SOC_{order_i}表示第i顺序位的储能子代理单元对应储能系统机组SOC值；m为储能子代理单元个数；P_bess按功率确定优先级顺序更新的发电任功率值。

优选的，所述寻优计算功率可调比例区间内最优输出功率包括如下步骤：

步骤a、建立下式所示寻优目标函数、SOC权重因子和放电深度权重因子：

目标函数：min G_i＝ω_i1F_i2+ω_i1F_i2

SOC权重因子：F₁＝abs(S_soci(t)-S_{soc_refi})*2

放电深度权重因子：F₂＝abs(P_bessi(t)/P_bi)

式中，ω_i1、ω_i2分别为第i顺序位储能子代理单元SOC权重因子、放电深度权重因子的权重系数；F_i1、F_i2分别为第i顺序位储能子代理单元SOC权重因子、放电深度权重因子；S_soci(t)为t时刻对应储能子代理SOC；S_soc-refi为对应储能子代理SOC参考值；P_bessi为寻优区间内的储能功率值；P_bi为对应储能机组所允许的最大充放电功率；

步骤b、建立下式所示功率寻优区间：

区间边界A：P_refbess(1+δ)

区间边界B：P_refbess(1-δ)

放电模式下，功率值为正，区间上下限分别为区间边界A和B；

充电模式下，功率值为负，区间上下限分别为区间边界B和A；

步骤c、通过优化算法计算所述储能子代理单元最优输出功率。

优选的，所述储能子代理单元寻优计算的约束条件为：

S_{soc_lowi}≤S_soci(t)≤S_{soc_hii}

0≤P_bessi(t)≤P_bi

S_soci(t)＝S_soci(t-Δt)-P_bessi(t)Δt/E_bess

式中，S_{soc_hii}、S_{soc_lowi}分别为对应第i顺序位对应储能机组能量存储SOC限制最大值与最小值；Δt为时间精度；E_bess为对应储能机组容量。

优选的，所述系统包括储能总代理单元和储能子代理单元，所述储能总代理单元和所述储能子代理单元间用高速通信网络进行数据传输以监测控制管理储能电站状态。

优选的，所述储能总代理单元和所述储能子代理单元间的连接方式包括集中式、分布式或集中式与分布式结合的混合式。

优选的，所述储能总代理单元包括总代理采集模块、总代理数据存储模块和总代理通信模块；

所述总代理采集模块通过高速通信网络与各储能机组的数据传感器连接，用于把采集的数据通过所述总代理通信模块发送给所述总代理数据存储模块；

所述总代理数据存储模块，与总代理通信模块连接，用于接收并存储所述总代理通信模块发送的数据；

所述总代理通信模块，与上层调度中心、所述储能总代理单元内各模块、各储能子代理单元的代理通信模块相连接，用于数据的传输。

优选的，所述储能子代理单元接收所述储能总代理单元传输的数据、监控储能子站，计算最优输出功率。

优选的，所述传输的数据包括上层调度储能总输出功率值、储能系统总功率值、储能机组的荷电状态、储能机组的充放电功率值、储能机组可用充电容量、储能机组可用放电容量、储能机组最大允许充电功率、储能机组最大允许放电功率、储能机组健康状态值、储能机组的状态信息和储能机组对应的储能子代理单元的功率命令值。

优选的，所述储能机组的储能机组的状态信息包括运行状态、故障状态、调试状态、检修状态和标定状态。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明结合多代理技术通过万兆级别光纤通信通信硬件建立海量实时数据总代理，降低了信息集成与通信系统中储能子代理的硬件要求和控制难度，并且具有一定的可扩充性，满足了集中式或分散式接入的大规模电池储能单元的状态监测与实时控制要求，保证了电池储能电站可靠、安全、稳定运行。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于多代理的大规模储能电站监控系统结构图；

图2为本发明提供的一种基于多代理的大规模储能电站监控方法流程图；

图3为本发明提供的储能机组对应储能子代理状态信息之间的转换示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为基于多代理的大规模储能电站监控系统结构图。本系统采用分布式与集中式结合的混合型结构。如图储能总代理单元为控制主体，具有最高优先级；各储能子代理单元为被控主体。其中1～N号储能子代理单元为分布式结构，N+1～M号储能子代理单元分别对应多个储能机组为集中式结构。

其中储能总代理单元包括：

(1)总代理采集模块，本模块对应通过万兆级别光纤与各储能机组对应数据传感器连接，完成数据采集功能，并把采集到的数据通过总代理通信模块发送给总代理数据存储模块进行数据存储。

(2)总代理数据存储模块，与总代理通信模块连接，接收总代理通信模块发送的数据，并将数据进行存储。

(3)总代理通信模块，与上层调度中心、储能总代理单元内各模块、各储能子代理单元内代理通信模块相连接，完成数据通信功能。

所传输的数据包括：上层调度储能总输出功率值、储能系统总功率值、各储能机组的荷电状态、各储能机组的充放电功率值、各储能机组可用充电容量、各储能机组可用放电容量、各储能机组最大允许充电功率、各储能机组最大允许放电功率、各储能机组健康状态值、各储能机组的状态信息、各储能机组对应储能子代理单元的功率命令值。

如图2所示，为一种基于多代理的大规模储能电站监控方法流程图，具体步骤如下：

[1]储能总代理接收上级调度中心下发的储能电站总的输出功率信息。

[2]储能总代理采集各储能机组的荷电状态、充放电功率值、可充电容量、可放电容量、最大允许充放电功率、各储能机组的状态信息等

[3]储能子代理向储能总代理发出通信请求，获取对应储能机组荷电状态、最大允许充放电功率、最大充放电容量、最大充放电容量等数据信息。

[4]根据各储能子代理SOC与SOC参考值的差值(包含正负号)，确认储能电站工作模式，工作模式包括放电模式、充电模式以及零功率模式；当零功率模式下，储能电站不工作，输出功率为0，因此不用执行该监控方法；当储能电站处于充放电工作模式下，根据储能机组的荷电状态信息确定储能子代理单元的优先级。

[5]按照式1、2确定第一顺序位储能子代理的寻优区间，遵从式12～14约束，根据式7～11目标函数存有计算出储能子代理单元最优输出功率，更新发电任务信息。

[6]按照优先级排列顺序，循环进行步骤5。

[7]储能子代理根据对应最优输出功率控制对应储能机组控制器件，并将该命令值返回给储能总代理存储。

其中步骤4，储能子代理单元功率确定优先级确定方法需考虑储能子代理单元对应储能机组SOC与此机组SOC参考值SOCREF之间的差值(绝对值)。放电模式与充电模式下考虑储能系统调节过高与过低SOC值向SOCREF调节优先级确定方法为：差值最大的优先级最高，差值越大优先级越高，差值最小的优先级最低。具体如下：

第一优先级储能子代理单元j：|SOC_j-SOCREF_j|＝MAX|SOC_i-SOCREF_i|； (1)

第二优先级储能子代理单元k：|SOC_k-SOCREF_k|＝SecondMAX|SOC_i-SOCREF_i|； (2)

第三优先级储能子代理单元l：|SOC_l-SOCREF_l|＝ThirdMAX|SOC_i-SOCREF_i|； (3)

……

最低优先级储能子代理单元m：|SOC_m-SOCREF_m|＝MIN|SOC_i-SOCREF_i| (4)

其中i＝1、2、3...N。N为储能子代理单元的总数；SOC_j表示储能子代理单元j的SOC值；SOCREF_j表示储能子代理单元j的SOC参考值；SecondMAX表示序列中第二大的值；ThirdMAX表示序列中第三大值。

其中步骤5-7具体包含：

步骤A、储能子代理根据获得的数据，首先计算出该储能子代理参考输出功率，参考输出功率，寻优计算功率可调比例区间内最优输出功率，并将该功率命令值控制对应储能变流器。对最低优先级储能子代理单元直接将按照发电任务信息直接控制对应储能变流器。

步骤B、重新更新发电任务信息，并将该命令值返回给储能总代理。即将本储能子代理已完成的发电任务信息从接收到的发电任务功率信息中扣除，返回给储能总代理单元更新发电任务信息，方便下一优先级储能子代理寻优计算。对第一顺序储能子代理发电任务信息为储能电站输出功率信息；最低优先级储能子代理发电任务信息为上一优先级更新后的发电任务信息，不进行寻优计算。

所述步骤A中，第s顺序储能子代理单元参考输出功率P_refbess计算方法如下：

充电模式：

放电模式：

其中，C_i为第i顺序位储能子代理单元对应储能系统机组装机容量；SOC_{order_i}表示第i顺序位的储能子代理单元对应储能系统机组SOC值；m为储能子代理单元个数；P_bess按功率确定优先级顺序更新的发电任功率值。

所述步骤A中，储能子代理单元寻优计算方法为：考虑对应储能子系统荷电状态、最大允许充放电功率值加入权重系数建立寻优目标函数；根据参考功率输出和功率可调节比例建立功率寻优区间；通过优化算法计算该储能子代理最优输出功率其中寻优区间和目标函数如下:

区间边界A：P_refbess(1+δ) (7)

区间边界B：P_refbess(1-δ) (8)

目标函数：min G_i＝ω_i1F_i2+ω_i1F_i2 (9)

SOC权重因子：F₁＝abs(S_soci(t)-S_{soc_refi})*2 (10)

放电深度权重因子：F₂＝abs(P_bessi(t)/P_bi)(11)

其中，δ为第i顺序位储能子代理功率调节比例，可根据实际应用情况实时修改；ω_i1、ω_i2为第i顺序位储能子代理单元SOC影响因子、放电深度影响因子权重系数，可实时调节；F_i1、F_i2为第i顺序为储能子代理单元SOC影响因子、放电深度影响因子；S_soci(t)为t时刻对应储能子代理SOC；S_soc-refi为对应储能子代理SOC参考值；P_bessi为寻优区间内的储能功率值；P_bi为对应储能机组所允许的最大充放电功率。

放电模式下，功率值为正，区间上下限分别为区间边界A和B；

充电模式下，功率值为负，区间上下限分别为区间边界B和A。

所述储能子代理单元寻优计算流程中，需遵守约束条件为：

S_{soc_lowi}≤S_soci(t)≤S_{soc_hii} (12)

0≤P_bessi(t)≤P_bi (13)

S_soci(t)＝S_soci(t-Δt)-P_bessi(t)Δt/E_bess (14)

其中，S_{soc_hii}、S_{soc_lowi}分别为对应第i顺序位对应储能机组能量存储SOC限制最大值与最小值；Δt为时间精度；E_bess为对应储能机组容量。

如图3所示，为储能机组对应储能子代理状态信息之间的转换示意图。如图对应储能子代理单元包含以下五种状态信息：

(1)运行，表示对应储能机组正常运行，可以正常充放电，具有正常的充放电功率信息，运行状态可以向检修、标定、故障状态信息转换。

(2)故障，表示对应储能机组存在，不能参与储能电站的充放电工作，对外充放电功率为0，故障状态信息只能由运行状态信息转变而来，变成调试状态信息。

(3)调试，表示对应储能机组正在调试，参与充放电工作，具有正常的充放电功率或为0，调试状态只能由故障状态信息转变而来，变成标定状态信息。

(4)检修，表示对应故障储能机组正在检修，不参与储能电站的充放电工作，对外充放电功率为0，检修状态可以向运行、标定状态信息转换。

(5)标定，表示系统正在对对应储能机组进行容量标定工作，不参与储能电站的充放电功率工作，但是通过电子负载对外有充放电功率，标定完成后，状态信息转换为运行。

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 (13)

1.一种基于多代理的大规模电池储能电站监控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

储能总代理单元在充放电模式下，根据采集的储能机组的荷电状态信息确定储能子代理单元优先级顺序；根据优先级顺序接收储能子代理通讯请求；

储能子代理单元监控管辖一个或多个储能子站，并计算其最优输出功率，用所述最优输出功率控制储能电站，并将最优输出功率保存到所述储能总代理单元。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述储能子代理单元优先级顺序的确定包括：按所述储能子代理单元对应储能机组的SOC状态与电池荷电状态的理想状态SOCref间差值的划分所述优先级别的高低。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述储能子代理单元的监控包括如下步骤：

步骤I、储能子代理单元向储能总代理单元发送通信请求，获取对应储能电站的数据信息，包括储能电站的荷电状态、最大允许充放电功率、最大充放电容量、最大充放电容量，确定优先级顺序和发电任务信息；

步骤II、根据所述优先级顺序和发电任务信息，确定该储能子代理单元的功率命令值，优先级别最低的储能子代理单元按照发电任务信息控制对应的储能变流器，进而控制对应储能单元输出功率；

步骤III、重新更新发电任务信息，并将该命令值返回给所述储能总代理单元。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤I确定所述优先级顺序和发电任务信息包括如下步骤：

1)计算参考输出功率；

2)根据所述参考输出功率寻优计算出功率可调比例区间内的最优输出功率，确定该储能子代理最优输出功率对应的功率命令值；

3)根据该功率命令值控制对应储能变流器的储能单元功率输出。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述计算参考输出功率P_refbess如下述公式所示：

充电模式：

放电模式：

式中，C_i为第i顺序位储能子代理单元对应储能系统机组装机容量；C_s为第s顺序位储能子代理单元对应储能系统机组装机容量，SOC_s为储能子代理单元s的SOC值，SOC_{order_i}表示第i顺序位的储能子代理单元对应储能系统机组SOC值；m为储能子代理单元个数；P_bess按功率确定优先级顺序更新的发电任功率值。

6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述寻优计算功率可调比例区间内最优输出功率包括如下步骤：

步骤a、建立下式所示寻优目标函数、SOC权重因子和放电深度权重因子：

目标函数：minG_i＝ω_i1F_i2+ω_i1F_i2

SOC权重因子：F₁＝abs(S_soci(t)-S_{soc_refi})*2

放电深度权重因子：F₂＝abs(P_bessi(t)/P_bi)

式中，ω_i1、ω_i2分别为第i顺序位储能子代理单元SOC权重因子、放电深度权重因子的权重系数；F_i1、F_i2分别为第i顺序位储能子代理单元SOC权重因子、放电深度权重因子；S_soci(t)为t时刻对应储能子代理SOC；S_soc-refi为对应储能子代理SOC参考值；P_bessi为寻优区间内的储能功率值；P_bi为对应储能机组所允许的最大充放电功率；

步骤b、建立下式所示功率寻优区间：

区间边界A：P_refbess(1+δ)

区间边界B：P_refbess(1-δ)

放电模式下，功率值为正，区间上下限分别为区间边界A和B；

充电模式下，功率值为负，区间上下限分别为区间边界B和A；

步骤c、通过优化算法计算所述储能子代理单元最优输出功率。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述储能子代理单元寻优计算的约束条件为：

S_{soc_lowi}≤S_soci(t)≤S_{soc_hii}

0≤P_bessi(t)≤P_bi

S_soci(t)＝S_soci(t-Δt)-P_bessi(t)Δt/E_bess

式中，S_{soc_hii}、S_{soc_lowi}分别为对应第i顺序位对应储能机组能量存储SOC限制最大值与最小值；Δt为时间精度；E_bess为对应储能机组容量。

8.一种大规模电池储能电站监控系统，其特征在于，所述系统包括储能总代理单元和储能子代理单元，所述储能总代理单元和所述储能子代理单元间用高速通信网络进行数据传输以监测控制管理储能电站状态。

9.根据权利要求8所述系统，其特征在于，所述储能总代理单元和所述储能子代理单元间的连接方式包括集中式、分布式或集中式与分布式结合的混合式。

10.根据权利要求8所述系统，其特征在于，所述储能总代理单元包括总代理采集模块、总代理数据存储模块和总代理通信模块；

所述总代理采集模块通过高速通信网络与各储能机组的数据传感器连接，用于把采集的数据通过所述总代理通信模块发送给所述总代理数据存储模块；

所述总代理数据存储模块，与总代理通信模块连接，用于接收并存储所述总代理通信模块发送的数据；

所述总代理通信模块，与上层调度中心、所述储能总代理单元内各模块、各储能子代理单元的代理通信模块相连接，用于数据的传输。

11.根据权利要求8所述系统，其特征在于，所述储能子代理单元接收所述储能总代理单元传输的数据、监控储能子站，计算最优输出功率。

12.根据权利要求11所述系统，其特征在于，所述传输的数据包括上层调度储能总输出功率值、储能系统总功率值、储能机组的荷电状态、储能机组的充放电功率值、储能机组可用充电容量、储能机组可用放电容量、储能机组最大允许充电功率、储能机组最大允许放电功率、储能机组健康状态值、储能机组的状态信息和储能机组对应的储能子代理单元的功率命令值。

13.根据权利要求12所述系统，其特征在于，所述储能机组的储能机组的状态信息包括运行状态、故障状态、调试状态、检修状态和标定状态。