CN107332262A - 一种多类型混合储能的能量优化管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多类型混合储能的能量优化管理方法，所述方法包括：建立所述混合储能的能量管理模型；对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间；对所述混合储能进行超短期优化处理，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理，本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，能对多类型储能充放电深度和实时充放功率进行优化控制，可应用于能量管理、响应计划及实时运行控制中，保障储能系统的经济可靠运行。

Description

一种多类型混合储能的能量优化管理方法

技术领域

本发明涉及电力系统储能应用技术领域，具体涉及一种多类型混合储能的能量优化管理方法。

背景技术

近年来储能技术得到了快速发展，正在逐步改变传统电力系统不可大量存储电能、发用电必须实时平衡的局面。大规模储能技术在提高间歇式电源的可控性方面具有广阔的前景，它的成功应用将突破间歇式电源与电网协调运行的技术瓶颈，显著提高间歇式电源的接入能力。

电力系统中应用的储能有多种类型，功率密度、能量密度、充放电特性等各不相同，随着电力系统应用场景的多元化，单一类型的储能特性已不能满足多种应用需求，多类型混合储能在电力系统中的应用越来越常见。电池储能的能量优化管理是储能经济可靠运行的保障，在具有多种类型储能应用的场合，如何根据不同类型储能的特点，对不同类型储能的能量和充放电功率进行优化管理，以确定不同时间尺度下不同类型储能的充放电管理策略，充分利用各储能的优点，优势互补，有效延长储能寿命，是多类型混合储能应用中的一个关键问题。

发明内容

本发明提供一种多类型混合储能的能量优化管理方法，其目的是能对多类型储能充放电深度和实时充放功率进行优化控制，可应用于能量管理、响应计划及实时运行控制中，保障储能系统的经济可靠运行。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种多类型混合储能的能量优化管理方法，其改进之处在于，包括：

建立所述混合储能的能量管理模型；

对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间；

对所述混合储能进行超短期优化处理，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理。

优选的，所述建立所述混合储能的能量管理模型，包括：

确定所述混合储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用放电深度；

根据所述混合储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用放电深度构建所述混合储能的能量管理模型。

进一步的，按下式确定所述混合储能的响应时间尺度：

式(1)中，T_ires为第i个混合储能的响应时间尺度，T_slow、T_mid和T_fast分别为等级为慢、中和快的响应时间尺度；

按下式确定所述混合储能的响应功率范围：

P_ires＝min{P_ipcs,k_i·C_iAh·U_iN} (2)

式(2)中，P_ires为第i个混合储能的响应功率范围，P_ipcs为第i个混合储能的变流器额定功率，k_i为第i个混合储能的额定充放电倍率，C_iAh为第i个混合储能的额定安时容量，U_iN为第i个混合储能的额定电压，其中，所述第i个混合储能的额定充放电倍率k_i包括额定充电倍率和额定放电倍率；

按下式确定所述混合储能的可用放电深度：

式(3)中，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度，Cyc_i(t)为第i个混合储能的当前循环次数，a₁、a₂和a₃分别为第i个混合储能的可用放电深度与当前循环次数实验数据拟合的参数值。

进一步的，按下式确定所述混合储能的能量管理模型：

E_i(t)＝f(T_ires,P_ires,DOD_i(t)) (4)

式(4)中，E_i(t)为第i个混合储能的能量管理模型，T_ires为第i个混合储能的响应时间尺度，P_ires为第i个混合储能的响应功率范围，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度。

优选的，所述中短期优化处理的时间周期为1天至3个月，所述超短期优化处理的时间周期为1s至1h。

优选的，所述对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间中，根据所述混合储能的优先级规则确定所述混合储能的响应优先级，其中，所述混合储能的优先级规则包括：所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_fast的优先级＞所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_mid的优先级＞所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_slow的优先级，T_slow、T_mid和T_fast分别为等级为慢、中和快的响应时间尺度，若所述混合储能的响应时间尺度相等，则所述混合储能的响应功率范围大的优先级高。

优选的，所述对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间中，根据所述混合储能的可用放电深度及充放电下限值确定所述混合储能的充放电上限值，公式为：

SOC_imax＝SOC_imin+DOD_i(t) (5)

式(5)中，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度，SOC_imin为第i个混合储能的充放电下限值，SOC_imax为第i个混合储能的充放电上限值；

所述第i个混合储能的充放电区间为[SOC_imin,SOC_imax]。

优选的，所述对所述混合储能进行超短期优化处理，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理中，确定所述混合储能的工作区间的公式为：

0≤SOC_imin＜SOC_ilow＜SOC_ihigh＜SOC_imax≤100％ (6)

式中，SOC_imin为第i个混合储能的充放电下限值，SOC_imax为第i个混合储能的充放电上限值，SOC_ilow为第i个混合储能的预警SOC低限值，SOC_ihigh为第i个混合储能的预警SOC高限值。

进一步的，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理包括：

若SOC_i＜SOC_imin，则限制所述混合储能放电，只允许充电且充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，其中，SOC_i为第i个混合储能的SOC测量值，P_{ires_c}为第i个混合储能的充电响应功率；

若SOC_imin≤SOC_i＜SOC_ilow，则所述混合储能以充电量大于放电量的原则减缓SOC的下降率，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]，其中，P_{ires_dis}为第i个混合储能的放电响应功率；

若SOC_ilow≤SOC_i＜SOC_ihigh，则所述混合储能正常充放电，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]；

若SOC_ihigh≤SOC_i＜SOC_imax，则所述混合储能以放电量大于充电量的原则减缓SOC的增加率，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]；

若SOC_i≥SOC_imax，则限制所述混合储能充电，只允许放电且放电功率限值范围为[0,P_{ires_dis}]。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，考虑了混合储能中不同类型储能的特性差异，根据特性差异制定不同的能量管理策略，优化了各类储能的充放电，有利于各储能优势互补，满足电力系统多种应用需求。

(2)本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，在中短期优化策略中，考虑了各储能的响应时间尺度、响应功率范围和当前可用容量，能够体现各类储能在不同时间尺度上的响应效果以及可响应的功率和能量范围，区分各储能的特性，充分发挥各储能的特长。

(3)本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，在响应功率范围计算中，考虑了各储能本体的额定安时容量、额定充放电倍率和所配置变流器的额定功率，能够兼顾储能本体和变流器的功率特性，获得最佳运行功率范围，提高储能全寿命周期的转换效率、转换容量等。

(4)本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，在当前最大可用容量计算中，考虑了循环次数对可用容量的影响，采用储能BMS数据对当前可用容量进行实时更新，有利于对储能充放电区间进行调节，使其运行在较优范围内，提高储能循环寿命。

(5)本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，在超短时优化策略中，依据上述充放电区间，划分若干工作区间，根据各储能的实时运行状态，给出各工作区间储能充放电策略及充放电功率范围，避免过充过放，提高多类型混合储能运行的经济性及高效性，进而保证了多类型混合储能运行的稳定性及可靠性。

(6)本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，适应范围广，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明一种多类型混合储能的能量优化管理方法的流程图；

图2是本发明一种多类型混合储能的能量优化管理方法的响应优先级划分示意图；

图3是本发明一种多类型混合储能的能量优化管理方法的工作区间划分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，本发明提供的一种多类型混合储能的能量优化管理方法，根据不同类型储能特性，建立各储能的能量管理模型，计及不同类型储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用容量；根据能量管理模型，制定多类型混合储能能量优化管理方法，在中短期运行中，依据不同类型储能的能量管理模型和运行状态参数，确定响应优先级和各储能充放电区间；在超短时优化策略中，依据不同类型储能响应特性和实时运行状态，划分各储能的工作区间，优化各储能的实时充放电功率；能够合理规划混合储能的能量，提高能量利用率，并优化储能充放电功率，使其运行在优化充放电深度范围内，保护储能，避免其过充过放，提高混合储能运行的经济性及高效性，如图1所示，包括：

101、建立所述混合储能的能量管理模型；

102、对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间；

103、对所述混合储能进行超短期优化处理，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理。

其中，所述中短期优化处理的时间周期为1天至3个月，所述超短期优化处理的时间周期为1s至1h。

具体的，101包括：

1011确定所述混合储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用放电深度；

1012根据所述混合储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用放电深度构建所述混合储能的能量管理模型。

进一步的，所述步骤1011中，按下式确定所述混合储能的响应时间尺度：

式(1)中，T_ires为第i个混合储能的响应时间尺度，T_slow、T_mid和T_fast分别为等级为慢、中和快的响应时间尺度；

按下式确定所述混合储能的响应功率范围：

P_ires＝min{P_ipcs,k_i·C_iAh·U_iN} (2)

式(2)中，P_ires为第i个混合储能的响应功率范围，P_ipcs为第i个混合储能的变流器额定功率，k_i为第i个混合储能的额定充放电倍率，C_iAh为第i个混合储能的额定安时容量，U_iN为第i个混合储能的额定电压，其中，所述第i个混合储能的额定充放电倍率k_i包括额定充电倍率和额定放电倍率；

按下式确定所述混合储能的可用放电深度：

式(3)中，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度，Cyc_i(t)为第i个混合储能的当前循环次数，a₁、a₂和a₃分别为第i个混合储能的可用放电深度与当前循环次数实验数据拟合的参数值。

所述步骤1012中，按下式确定所述混合储能的能量管理模型：

E_i(t)＝f(T_ires,P_ires,DOD_i(t)) (4)

式(4)中，E_i(t)为第i个混合储能的能量管理模型，T_ires为第i个混合储能的响应时间尺度，P_ires为第i个混合储能的响应功率范围，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度。

所述步骤102中，根据所述混合储能的优先级规则确定所述混合储能的响应优先级，如图2所示，其中，所述混合储能的优先级规则包括：所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_fast的优先级＞所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_mid的优先级＞所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_slow的优先级，T_slow、T_mid和T_fast分别为等级为慢、中和快的响应时间尺度，若所述混合储能的响应时间尺度相等，则所述混合储能的响应功率范围大的优先级高。

例如，如表1所示，将得到的n个混合储能的响应功率值按从小到大依次排序，以相邻两个功率值之差最大值为分界线，将响应功率划分小、大两个功率范围等级，确定不同类型混合储能响应优先级；

表1混合储能响应优先级

根据所述混合储能的可用放电深度及充放电下限值确定所述混合储能的充放电上限值，公式为：

SOC_imax＝SOC_imin+DOD_i(t) (5)

式(5)中，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度，SOC_imin为第i个混合储能的充放电下限值，SOC_imax为第i个混合储能的充放电上限值；

所述第i个混合储能的充放电区间为[SOC_imin,SOC_imax]。

所述步骤103中，如图3所示，确定所述混合储能的工作区间的公式为：

0≤SOC_imin＜SOC_ilow＜SOC_ihigh＜SOC_imax≤100％ (6)

式中，SOC_imin为第i个混合储能的充放电下限值，SOC_imax为第i个混合储能的充放电上限值，SOC_ilow为第i个混合储能的预警SOC低限值，SOC_ihigh为第i个混合储能的预警SOC高限值。

根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理包括：

若SOC_i＜SOC_imin，则限制所述混合储能放电，只允许充电且充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，其中，SOC_i为第i个混合储能的SOC测量值，P_{ires_c}为第i个混合储能的充电响应功率；

若SOC_imin≤SOC_i＜SOC_ilow，则所述混合储能以充电量大于放电量的原则减缓SOC的下降率，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]，其中，P_{ires_dis}为第i个混合储能的放电响应功率；

若SOC_ilow≤SOC_i＜SOC_ihigh，则所述混合储能正常充放电，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]；

若SOC_ihigh≤SOC_i＜SOC_imax，则所述混合储能以放电量大于充电量的原则减缓SOC的增加率，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]；

若SOC_i≥SOC_imax，则限制所述混合储能充电，只允许放电且放电功率限值范围为[0,P_{ires_dis}]。

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保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多类型混合储能的能量优化管理方法，其特征在于，所述方法包括：

建立所述混合储能的能量管理模型；

对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间；

对所述混合储能进行超短期优化处理，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述混合储能的能量管理模型，包括：

确定所述混合储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用放电深度；

根据所述混合储能的响应时间尺度、响应功率范围和可用放电深度构建所述混合储能的能量管理模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按下式确定所述混合储能的响应时间尺度：

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mi>a</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式(1)中，T_ires为第i个混合储能的响应时间尺度，T_slow、T_mid和T_fast分别为等级为慢、中和快的响应时间尺度；

按下式确定所述混合储能的响应功率范围：

P_ires＝min{P_ipcs,k_i·C_iAh·U_iN} (2)

式(2)中，P_ires为第i个混合储能的响应功率范围，P_ipcs为第i个混合储能的变流器额定功率，k_i为第i个混合储能的额定充放电倍率，C_iAh为第i个混合储能的额定安时容量，U_iN为第i个混合储能的额定电压，其中，所述第i个混合储能的额定充放电倍率k_i包括额定充电倍率和额定放电倍率；

按下式确定所述混合储能的可用放电深度：

<mrow> <msub> <mi>DOD</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>Cy</mi> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式(3)中，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度，Cyc_i(t)为第i个混合储能的当前循环次数，a₁、a₂和a₃分别为第i个混合储能的可用放电深度与当前循环次数实验数据拟合的参数值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按下式确定所述混合储能的能量管理模型：

E_i(t)＝f(T_ires,P_ires,DOD_i(t)) (4)

式(4)中，E_i(t)为第i个混合储能的能量管理模型，T_ires为第i个混合储能的响应时间尺度，P_ires为第i个混合储能的响应功率范围，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中短期优化处理的时间周期为1天至3个月，所述超短期优化处理的时间周期为1s至1h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间中，根据所述混合储能的优先级规则确定所述混合储能的响应优先级，其中，所述混合储能的优先级规则包括：所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_fast的优先级＞所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_mid的优先级＞所述混合储能的响应时间尺度T_ires＝T_slow的优先级，T_slow、T_mid和T_fast分别为等级为慢、中和快的响应时间尺度，若所述混合储能的响应时间尺度相等，则所述混合储能的响应功率范围大的优先级高。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述混合储能进行中短期优化处理，确定所述混合储能的响应优先级和充放电区间中，根据所述混合储能的可用放电深度及充放电下限值确定所述混合储能的充放电上限值，公式为：

SOC_imax＝SOC_imin+DOD_i(t) (5)

式(5)中，DOD_i(t)为第i个混合储能的可用放电深度，SOC_imin为第i个混合储能的充放电下限值，SOC_imax为第i个混合储能的充放电上限值；

所述第i个混合储能的充放电区间为[SOC_imin,SOC_imax]。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述混合储能进行超短期优化处理，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理中，确定所述混合储能的工作区间的公式为：

0≤SOC_imin＜SOC_ilow＜SOC_ihigh＜SOC_imax≤100％ (6)

式中，SOC_imin为第i个混合储能的充放电下限值，SOC_imax为第i个混合储能的充放电上限值，SOC_ilow为第i个混合储能的预警SOC低限值，SOC_ihigh为第i个混合储能的预警SOC高限值。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述混合储能的工作区间对所述混合储能进行优化管理包括：

若SOC_i＜SOC_imin，则限制所述混合储能放电，只允许充电且充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，其中，SOC_i为第i个混合储能的SOC测量值，P_{ires_c}为第i个混合储能的充电响应功率；

若SOC_imin≤SOC_i＜SOC_ilow，则所述混合储能以充电量大于放电量的原则减缓SOC的下降率，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]，其中，P_{ires_dis}为第i个混合储能的放电响应功率；

若SOC_ilow≤SOC_i＜SOC_ihigh，则所述混合储能正常充放电，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]；

若SOC_ihigh≤SOC_i＜SOC_imax，则所述混合储能以放电量大于充电量的原则减缓SOC的增加率，充电功率限值范围为[0,P_{ires_c}]，放电功率限制范围为[0,P_{ires_dis}]；

若SOC_i≥SOC_imax，则限制所述混合储能充电，只允许放电且放电功率限值范围为[0,P_{ires_dis}]。