CN107508303A - 一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，包括如下步骤：1)配置储能功率；2)计算得到储能电池容量；3)根据实际的储能电池选型原则选择储能电池；4)微网系统运行过程中，根据各分布式电源出力值以及储能电池SOC和SOH的状况确立储能系统充放电状态及充放电数值；5)需要进行并离网切换时，采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。本方案描述的是微电网中储能单元一整套解决方案，因此具有典型性、可操作性等特点。

Description

一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，属于分布式电源与微电网技术领域。

背景技术

世界上现已建成的光伏、风电等新能源发电都受气候、温度等不确定因素和条件的影响，因为其发电特征具有随机性、波动性和间歇性，所以就决定了其规模化发展必然会对电网调度和系统安全运行带来显著影响。然而电网追求的是一种平滑且稳定的能量体，并且更大一部分原因在于建站当地的输送干线是否可以完全对其光伏、风电所发出的新能源电力进行对外输送。还有就是当地的负载是否可以就地消纳，完全采取当地发当地用的情况。上述种种情况就对大型光伏、风电等新能源造成了不小的影响因素，因此会出现现在已经建设好的各种大型新能源电站出现弃光、弃风现象非常普遍，极大浪费能源的使用。储能电站是通过电能的双向流动，可以有效改善间歇式电源运行性能，提升电力系统调控能力，有助于增强电网对新能源的接纳能力，有效减少弃风弃光的发生，能够大大提高新能源资源的利用和新能源发电的经济性。

目前新能源、微电网正蓬勃发展，而储能技术则是微网关键技术之一，因此，合理配置储能功率与容量、解决微电网中储能控制策略问题尤为重要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，所要解决的技术问题是微电网中储能系统相关配置与控制问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，包括如下步骤：

1)配置储能功率：确定储能系统之前，采集所在地负荷情况，确定负荷曲线，明确负荷特性，对其进行分级处理，确定重要负荷的功率值；

2)对项目实施地年风光水等资源进行调查，绘制光伏发电、风力发电、小水电及负荷变化图，根据柴油机组支撑负荷电量的比重设置系数得到柴油机组的出力值PD，并根据这些数据计算得到储能电池容量；

3)根据实际的储能电池选型原则选择储能电池；

4)微网系统运行过程中，根据各分布式电源出力值以及储能电池SOC和SOH的状况确立储能系统充放电状态及充放电数值；

5)需要进行并离网切换时，采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。

进一步地，所述步骤1)中采用差额补充法来配置功率：

设微电网中复合储能参与供求平衡补偿的时间为[t₁,t₂]，以储能补偿后的各时间段负荷与调节后负荷均值偏差的平方和最小为目标，建立储能供求平衡的目标函数其中P_L,i为i时段的负荷功耗，P_DG,i为经复合储能补偿后的可再生能源输出功率值，P_avg为经储能平抑后的负荷均值。

进一步地，所述步骤1)中采用波动平抑分析法来配置功率：

设储能参与平滑可再生能源波动的时间为[t₁,t₂]，为了表征储能对可再生能源波动的抑制效果，以平滑后可再生能源出力变化差值的平方和最小建立优化目标函数其中，i代表第i时段，P_bat,i和P_uc,i为该时段的蓄电池和超级电容的输出功率，P_dg,i为未经储能平滑的可再生能源实际发电功率，是光伏、风力发电和辅助微电源发电量之和；P_DG,i为经复合储能补偿后的可再生能源输出功率值。

进一步地，所述步骤2)包括如下内容：

21)选取某地区3年风、光、水以及负荷平均值作为典型年的数值进行分，将风、光、水出力数据及负荷全年逐时数据均除以其年平均值，得到全年逐时数值分别为P_W(t)、P_S(t)、P_H(t)和L(t)，其均值都为1；

22)根据柴油机组支撑负荷电量的比重设置系数得到柴油机组的出力值P_D，即可得到逐时功率失配情况；

当Δ(t)＞0时，表示储能设备充电以吸收过剩电量，表示多发的电量能够被储能装置所存储，其存储的效率为η_in；

当Δ(t)＜时，表示储能设备放电以补足欠发电量，欠发电量能够通过储能装置释放出来，其释放电能的效率为η_out；其中Δ(t)＝γ[aP_S(t)+bP_H(t)+(1-a-b)P_W(t)]+P_D-L(t)，式中γ表示的是新能源发电比例，γ-1代表的是新能源相较负荷平均多发电量，a、b、1-a-b分别对应于新能源中光伏、水电与风电的份额；

将储能装置存储与释放能量的表达式记为：

其中Hstore(t)表示在没有限制条件下储能装置所储存的能量随时间的变化情况；基于以上条件，所选择的最小化储能配置容量表达式为其中max_tH_store(t)表示H_store(t)的最大值，min_tH_store(t)表示H_store(t)的最小值，β表示能源互补叠加后的最小出力与不同单一发电系统最小出力之比。

23)重新定义配置容量表达式为在没有限制的存储容量等级的表达式能够转化为有限制条件下的存储容量等级，其随时间变化的情况可以表示为其中E_H表示存储容量上限，且0＜Hc(t＝0)≤E_H。

进一步地，所述步骤3)中选择电池时依据经验值选择，并考虑如下因素：用地紧张程度、安全性要求、功率容量比值、储能功能、特殊环境要求、负荷短时波动和成本。

进一步地，所述步骤5)的具体内容为：

在离网转并网时，微网运行控制器分别给微网并网接口装置下发检同期合闸指令，给主电源下发同期调节指令；主电源收到指令后进行同期调节，微网并网接口装置检测到满足同期条件后即进行同期合闸，并网点开关闭合的同时，主电源进行模式转换；

在计划性离网时，微网运行控制器同时给微网并网接口装置下发分闸指令，给主电源下发模式转换指令，并网点开关开断信息送给主电源，以便其确定模式转换的时间；

在非计划性离网时，微网并网接口装置准确判断大电网的故障，将并网点开关快速断开，如果微电网内负荷和发电功率不匹配，由微网站域稳定控制装置进行负荷控制或发电控制，并网点开关开断信息送给主电源，主电源进行模式转换；

整个过程在两个周期内完成，IT类设备和光伏逆变器不会停机，动力型负载在掉电后可秒级时间内顺利重新启动。

本发明所达到的有益效果：

(1)根据微电网中分布式电源、负荷及其它相应信息，合理配置微电网中储能系统的充放电功率、电池容量以及电池选型等，做到最优化的配置储能系统；(2)根据微电网的控制要求，对储能系统进行合理的充放电控制，尤其是并离网转换下的无缝切换控制策略，保障重要负荷的供电；(3)合理的充放电控制策略保证了整个微网系统的稳定性以及和分布式电源的互补特性，使微网最大程度地发挥作用。

附图说明

图1是某地区典型年中风、光、水及负荷变化图；

图2是每日新能源与负荷的失配情况图；

图3是每日新能源与负荷的失配累计图；

图4是满足最大负荷缺额供应时储能变化关系图；

图5是同期并网切换流程；

图6是计划性离网切换流程；

图7是非计划性离网切换流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本附图3中，γ＝1.2，a＝0.2，b＝0.5，η_in＝1，η_out＝1。

结合附图进行具体说明，本方法包括如下步骤：

1)配置储能功率：确定储能系统之前，采集所在地负荷情况，确定负荷曲线，明确负荷特性，对其进行分级处理，确定重要负荷的功率值。

本实施例中包括两种方式：

I)采用差额补充法来配置功率，微电网任一时刻必须保证功率供求平衡，若配置储能容量不足，可再生能源发电与负荷需求不能实时匹配。差额补充法是较为传统的容量配置方法。有学者提出采用新能源的最小日发电量和新能源在雨雪天气的发电量的差额作为储能系统配置容量是典型的差额补充法，该配置方法非常简单，不需要通过复杂的建模和计算；但该方法未考虑实际运行中储能系统容量的动态变化，配置容量往往不够精确。

设微电网中复合储能参与供求平衡补偿的时间为[t₁,t₂]，以储能补偿后的各时间段负荷与调节后负荷均值偏差的平方和最小为目标，建立储能供求平衡的目标函数其中P_L,i为i时段的负荷功耗，P_DG,i为经复合储能补偿后的可再生能源输出功率值，P_avg为经储能平抑后的负荷均值。

II)采用波动平抑分析法来配置功率，波动平抑分析法主要根据储能对波动功率的平抑效果进行储能容量的优化配置，不同的优化角度具有不同的容量配置方法。具体又包括频谱分析法和时间常数法。频谱分析法对所需平抑的功率进行离散傅里叶变换，确定储能补偿频段后通过仿真法确定储能的最大充放电功率，并计算储能系统在周期内的波动状态，以最大能量差作为储能系统额定容量。时间常数法主要是由并网输出功率的平抑效果来确定最佳的一阶低通滤波器的时间常数，通过该时间常数来进行储能功率和容量的配置。波动平抑分析法主要应用于大型的并网风电场的储能容量配置，需要进行反复的计算和比较，理论性和针对性不强，计算量大。

微电网中的调度周期一般常取24小时、1个月、1个季度、1年或多年。调度周期内总时段数的选择上，应保证在任一时段，微电网功率分布基本维持不变，即各典型可再生能源发电和微电源输出、负荷需求功率变化不大。在此前提下,计算分析中认为微电网处于稳态，不计及暂态过程，本章均以微电网为稳态前提进行储能优化。

设储能参与平滑可再生能源波动的时间为[t₁,t₂]，为了表征储能对可再生能源波动的抑制效果，以平滑后可再生能源出力变化差值的平方和最小建立优化目标函数其中，i代表第i时段，P_bat,i和P_uc,i为该时段的蓄电池和超级电容的输出功率，P_dg,i为未经储能平滑的可再生能源实际发电功率，是光伏、风力发电和辅助微电源发电量之和；P_DG,i为经复合储能补偿后的可再生能源输出功率值。

2)对项目实施地年风光水等资源进行调查，绘制光伏发电、风力发电、小水电及负荷变化图，根据柴油机组支撑负荷电量的比重设置系数得到柴油机组的出力值PD，并根据这些数据计算得到储能电池容量。

一般分布式可再生能源互补发电系统主要利用的新能源是由光伏发电、风力发电与小水电三个部分所组成。而这三种新能源发电形式均与该地区或者邻近地区的天气状况等因素相关，存在较强的瞬时波动特性。因此需要配置一定的储能来平抑这些新能源所带来的波动。根据一项有关于欧洲风光互补发电系统的储能配置研究报告，每年大约有12％-15％的能量消耗在能量的存储与释放过程中。如果将新能源发电改为100％的风力发电或者100％的光伏发电，则所需配置储能的数值将会大大的增加。因此，合理配置各种新能源在孤网运行时的比例就能很好的起到减小该微网在孤网运行时储能容量。基于以上所提出的微网供电可靠性指标，考虑满足供电可靠性为100％的情况进行分析。

具体地，包括如下内容：

21)选取某地区3年风、光、水以及负荷平均值作为典型年的数值进行分，将风、光、水出力数据及负荷全年逐时数据均除以其年平均值，得到全年逐时数值分别为P_W(t)、P_S(t)、P_H(t)和L(t)，其均值都为1；

22)根据柴油机组支撑负荷电量的比重设置系数得到柴油机组的出力值P_D，即可得到逐时功率失配情况；

当Δ(t)＞0时，表示储能设备充电以吸收过剩电量，表示多发的电量能够被储能装置所存储，其存储的效率为η_in；

当Δ(t)＜时，表示储能设备放电以补足欠发电量，欠发电量能够通过储能装置释放出来，其释放电能的效率为η_out；其中Δ(t)＝γ[aP_S(t)+bP_H(t)+(1-a-b)P_W(t)]+P_D-L(t)，式中γ表示的是新能源发电比例，γ-1代表的是新能源相较负荷平均多发电量，a、b、1-a-b分别对应于新能源中光伏、水电与风电的份额。

如图2所示为一年中，当新能源相对负荷比γ＝1.2时，某地区的新能源与负荷的失配情况。图中纵坐标大于0部分所表示的是新能源发电量大于负荷时多发出的功率，纵坐标小于0部分所表示的是新能源发电后尚不能供给负荷的欠发功率。由于γ＝1.2，因此全年中新能源多发出功率的总额将表现出大于全年欠发电量的总和，在图2中表示为：纵坐标大于0部分围成区域的面积大于纵坐标小于0部分围成区域的面积。每日新能源与负荷的失配情况与季节呈现很强的相关性，当某一阶段中风、光、水等资源较为充沛时，将会有多余电量剩余。

将储能装置存储与释放能量的表达式记为：

其中H_store(t)表示在没有限制条件下储能装置所储存的能量随时间的变化情况。在风、光、水和负荷情况确定以及新能源发电比例、储能装置充放电效率因子确定的情况下，H_store(t)会相应生成。

基于以上条件，所选择的最小化储能配置容量表达式为

如图3所示，由于在所选定的典型年年初新能源资源条件不是很充沛，所以储能装置在短暂的增加后就会减少。随着时间的增加，新能源资源逐渐增加，这也会使得储能装置在这段期间中能量持续增长。所需配置储能容量的标幺值为当地年负荷值的20.14％，这一数值是相当大的。这是由于平均的发电功率减去储能的消耗仍大于负载。因此，所需配置存储的数值将会随着时间的增加而增加。

23)重新定义配置容量表达式为当配置容量以上述表达式来表示时，仅关注新能源多发电量下的储能装置对外放电时使储能降低的情况，即使得储能装置在对外放电时储能不会出现负值。

在t时刻没有限制下的存储容量等级是H_store(t)。对于t'≥t的时间段中，没有限制下的存储容量等级不会小于minH_store(t')。这两种储能容量等级的差值反映了在任意t时刻需要对外释放存储的能量。在整个时间段上的最大值即为所需配置的能量容量E_H。

在没有限制的存储容量等级的表达式能够转化为有限制条件下的存储容量等级，其随时间变化的情况可以表示为其中E_H表示存储容量上限，且0＜H_c(t＝0)≤E_H。

对于在储能装置具有较大的储能初始值0＜Hc(t＝0)≤E_H的情况下，储能将永远不会出现负值的情况。如图4所示，是在该种储能配置方式下的实例。其中，当达到限制值E_H＝0.0134后，储能装置将无法吸收多余的新能源所发出的能量。因此，将会使得新能源多发的电量被舍弃。而这一点也正是与没有限制储能容量最大值情况时的主要不同点。由此可以看出，为使得供电可靠性得到保障的同时而减小储能容量配置，势必清洁能源浪费率会相对较大，但是如果以此种配置方式并网运行，多发的电量会将对外输出，这一部分多发电量也将得以利用。

3)根据实际的储能电池选型原则选择储能电池。微网中常见储能电池有铅炭电池(含传统铅酸电池)、磷酸铁锂电池。

选择电池时依据经验值选择，并考虑如下因素：用地紧张程度、安全性要求、功率容量比值、储能功能、特殊环境要求、负荷短时波动和成本。

具体地：

I.由于铅炭占地面积较大，而锂电占地较小，因此，对于用地比较紧张的地区或是园区，宜选用锂电池；而对于海岛、西部无电区等地广人稀之地，由于用地不紧张，可以考虑采用铅炭电池(但占地并非唯一考虑因素)。

II.对于安全性能要求较高的应用场合，由于磷酸铁锂电池具有一定的着火危险，因此应当考虑使用铅炭电池。

III.当储能电站的功率和容量已经通过其他方法确定时，则应根据功率和容量的比值(即电池充放电倍率)来确定选择哪种电池，一般倍率在0.3C及以下宜选用铅炭电池，0.3-0.5C之间两种电池都能满足要求，0.5C及以上宜选用锂电池；1C及以上无特殊情况只能选择锂电池。

IV.根据储能的功能来看，当储能电站用于调频辅助服务时，宜选用锂离子电池；当储能电站用于削峰填谷功能时，可以考虑铅炭电池。

V.特殊环境下的电池选型。某些特定环境下，对电池的温度、抗压、湿度等有着特殊的要求，应根据相关厂家提供的测试数据进行合理选择。例如，铅炭电池一般推荐使用温度为15℃-25℃，最大使用范围为-40℃-50℃；而铁锂电池适用温度范围为-20℃-60℃(±10℃)，其中充电温度范围-10℃-60℃(±10℃)，放电温度范围-20℃-60℃(±10℃)。因此铅炭电池更加“耐严寒”，铁锂电池更加“抗高温”，若项目所在地温度超出上述范围则不应选用该电池；此外，海岛微网，还应考虑“三防”(即防霉菌、防潮湿、防盐雾)；高原地区需要考虑电池的抗压特性。这些特性都应以厂家提供的说明书为准。

VI.若该地区负荷短时波动性较大，则应考虑配置适当容量的超级电容。由于超级电容具有大功率短时放电、充电速度快(充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上)等特点，非常适合平抑负荷短时波动；此外，微网无缝切换过程中为保证PCC处功率满足要求，也需要超级电容器作为功率补充。具体配置容量应以负荷特性为参考。

VII除以上技术条件外，电池选型还应考虑成本问题。在资金充足的情况下，优先选取锂电池；资金一般情况下，根据其它条件确定电池选型，或是采用锂电和铅炭电池混合使用；资金不足或是严重不足情况下，只能选择铅炭电池。

4)微网系统运行过程中，根据各分布式电源出力值以及储能电池SOC和SOH的状况确立储能系统充放电状态及充放电数值；

5)需要进行并离网切换时，采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。

下面进行具体地说明：

微电网中储能电站充放电运行控制策略。微电网的运行控制功能由微网运行控制器协调各就地控制器完成。其核心在于实时稳定微电网电压、频率的同时，完成微电网综合监控主站的策略指令。功能主要有分布式发电单元监控、储能单元监控、负荷单元监控等基本监测功能和控制功能组成。

微电网并网运行时，通常情况下并不限制微电网的发电和用电，只有在需要时大电网通过交换功率控制对微电网下达指定功率的用电或发电指令。即在并网情况下，大电网根据经济运行分析，给微电网下发交换功率定值以实现微电网的经济最优运行，微电网能量管理系统按照调度下发的交换功率定值，控制分布式电源的出力、储能的充放电控制等，在保证微电网安全稳定运行的前提下按照指定交换功率运行。当微电网需要计划离网时，微电网能量管理系统根据微电网并网点处的功率情况，及时调整分布式电源的出力、储能的充放电功率以及负荷用电，保证并网转离网切换的稳定性。

I.并网运行下功率平衡控制

微电网并网运行时，大电网支撑微电网内部的电压和频率，DG和PCS都工作在P/Q模式，通常情况下，不需要对微电网进行专门的控制，在此情况下，储能的充放电控制主要集中在对储能电池的浅充浅放上，制定对储能电池浅充浅放的策略以尽量延长储能装置的寿命。而在某些情况下，微电网与大电网的交换功率由大电网给定的计划值设定，当微电网并网点功率与计划值有功率缺额时，在储能还有余电可放的情况下，控制PCS对储能电池以某一功率放电，补足功率缺额；当微电网并网点功率与计划值有功率盈余时，在储能还有余量蓄能的情况下，控制PCS对储能电池以某一功率充电，以保证微电网接受大电网的调度稳定运行。

II.并网转离网功率平衡控制

微电网从并网转入到孤岛运行瞬间，流过并网点的功率被突然切断，切断前通过并网点处的功率如果是流入微电网的，则它是微电网离网后的功率缺额；如果是流出微电网的，则它是微电网离网后的功率盈余；大电网的电能供应突然中止，微电网内部一般存在较大的有功功率的缺额。在离网运行瞬间，如果不启动紧急控制措施，微电网内部频率将急剧下降，导致一些分布式电源采取保护性的断电措施，这使得有功功率缺额继续变大，加剧了频率的下降，引起连锁反应，使其他分布式电源相继进行保护性跳闸，是使得微电网崩溃。因此，要维持微电网较长时间的孤岛运行状态，必须在微电网离网瞬间立即采取措施，使微电网重新达到新的功率平衡。在微电网离网瞬间，如果存在功率缺额，则需要立即切除部分或全部的非重要的负荷，在储能能继续放电的情况下增加储能装置的出力，甚至切除一小部分重要负荷；如果存在功率盈余，则需要迅速减小储能装置的出力，甚至切除一部分分布式电源，这样使微电网内重新达到功率平衡。

由于储能装置要用于保证离网运行状态下重要负荷能够连续运行一段时间，所以在进入离网运行瞬间的功率平衡控制原则是：先在假设各个储能装置出力为0的情况下切除非重要负荷；然后调节储能装置的出力；最后切除重要负荷。

III.离网转并网功率平衡控制

微电网从孤岛转入并网运行后，储能PCS由V/f工作模式切换至P/Q工作模式，微电网内部的分布式电源也工作在P/Q工作模式，它们的输出功率大小根据配电网工作计划决定。微电网能量管理系统将先前因维持微电网安全稳定运行而切除的负荷逐步投入运行中。

IV.离网运行功率平衡控制

微电网离网运行下，储能PCS工作在V/f模式下，为微电网提供电压和频率支撑。微电网离网后，微电网能量管理系统通过调节分布式发电出力、储能出力、负荷用电来实现离网后整个微电网的稳定运行。在某一时刻，当分布式发电以及柴发等电源的出力大于负荷的用电时，在储能有充电裕度的情况下对储能以某一功率值进行充电；当分布式发电以及柴发等电源的出力小于负荷的用电时，在储能有放电裕度的情况下对储能以某一功率值进行放电。

V.微电网并离网无缝切换解决方案

微电网从并网模式切换到离网运行模式，以及从离网运行模式切换到并网模式，可以采用无缝切换和短时有缝切换两种方案。

对于允许短时停电的有缝切换方案，当外部电网故障时，微电网内的分布式电源首先断电；然后微电网与外部电网的并网开关打开，微电网内负荷短时停电；当确认微电网与外部并网开关打开后，微电网内主电源切换控制模式，重新建立微电网的电压和频率，微电网独立运行。微电网从独立运行切换到并网的判据是检测到外部电网恢复正常，微电网内的主电源首先退出运行，微电网失压，负荷短时断电，其它分布式电源在检测到并网点失压后退出运行，然后闭合微电网并网开关，负荷恢复供电，经过一定时间间隔后，微电网内的所有分布式电源重新并网。

无缝切换，供电可靠性高，在外部电网故障时，仍可以维持微电网内负荷不断电，但对微电网控制要求较高。对于采用主从控制策略的微电网，要求主电源能够快速从并网控制模式切换到独立控制模式，且同时需要能够快速将微电网与主电网的并网开关解列。

目前随着技术的发展，离网转并网和计划性离网均已能实现无缝切换，通过主电源与并网接口装置的相互配合来实现，从而可以对主电源从PQ模式切换到V/f模式的时间以及微电网并网点开关的开断时间都没有特殊的要求。但是非计划性离网如果要实现无缝切换，必须要求微电网并网点安装快速开关，开断时间<20ms。

本方案采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。具体实现方法如下：在离网转并网时，微网运行控制器分别给微网并网接口装置下发检同期合闸指令，给主电源下发同期调节指令；主电源收到指令后进行同期调节，微网并网接口装置检测到满足同期条件后即进行同期合闸，并网点开关闭合的同时，主电源进行模式转换。在计划性离网时，微网运行控制器同时给微网并网接口装置下发分闸指令，给主电源下发模式转换指令，并网点开关开断信息送给主电源，以便其确定模式转换的时间。在非计划性离网时，微网并网接口装置准确判断大电网的故障，将并网点开关快速断开，如果微电网内负荷和发电功率不匹配，由微网站域稳定控制装置进行负荷控制或发电控制，并网点开关开断信息送给主电源，主电源进行模式转换。整个过程可在两个周期(40ms)内完成，IT类设备和光伏逆变器不会停机，动力型负载(如空调)在掉电后可秒级时间内顺利重新启动。

VI.多种类型储能的协调控制

储能在微电网稳定运行中起着至关重要的作用，常常会根据微电网系统对储能的实际需求配置多种不同类型的储能原件。微电网能量管理系统会根据各种储能类型自身的特性，制定不同的控制策略。

无论在何种情况下使用储能，在对储能进行控制时需时刻关注储能的剩余电量，当电池荷电状态过低或者过高时不允许对其下发有损坏性的功率输出命令，以防止发生过充、过放等降低储能寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，包括如下步骤：

1)配置储能功率：确定储能系统之前，采集所在地负荷情况，确定负荷曲线，明确负荷特性，对其进行分级处理，确定重要负荷的功率值；

2)对项目实施地年风光水等资源进行调查，绘制光伏发电、风力发电、小水电及负荷变化图，根据柴油机组支撑负荷电量的比重设置系数得到柴油机组的出力值PD，并根据这些数据计算得到储能电池容量；

3)根据实际的储能电池选型原则选择储能电池；

4)微网系统运行过程中，根据各分布式电源出力值以及储能电池SOC和SOH的状况确立储能系统充放电状态及充放电数值；

5)需要进行并离网切换时，采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。

2.根据权利要求1所述的一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，所述步骤1)中采用差额补充法来配置功率：

设微电网中复合储能参与供求平衡补偿的时间为[t₁,t₂]，以储能补偿后的各时间段负荷与调节后负荷均值偏差的平方和最小为目标，建立储能供求平衡的目标函数其中P_L,i为i时段的负荷功耗，P_DG,i为经复合储能补偿后的可再生能源输出功率值，P_avg为经储能平抑后的负荷均值。

3.根据权利要求1所述的一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，所述步骤1)中采用波动平抑分析法来配置功率：

设储能参与平滑可再生能源波动的时间为[t₁,t₂]，为了表征储能对可再生能源波动的抑制效果，以平滑后可再生能源出力变化差值的平方和最小建立优化目标函数P_DG,i＝P_dg,i+P_bat,i+P_uc,i，其中，i代表第i时段，P_bat,i和P_uc,i分别为该时段的蓄电池和超级电容的输出功率，P_dg,i为未经储能平滑的可再生能源实际发电功率，是光伏、风力发电和辅助微电源发电量之和；P_DG,i为经复合储能补偿后的可再生能源输出功率值。

4.根据权利要求1所述的一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，所述步骤2)包括如下内容：

21)选取某地区3年风、光、水以及负荷平均值作为典型年的数值进行分，将风、光、水出力数据及负荷全年逐时数据均除以其年平均值，得到全年逐时数值分别为P_W(t)、P_S(t)、P_H(t)和L(t)，其均值都为1；

22)根据柴油机组支撑负荷电量的比重设置系数得到柴油机组的出力值P_D，即可得到逐时功率失配情况；

当Δ(t)＞0时，表示储能设备充电以吸收过剩电量，表示多发的电量能够被储能装置所存储，其存储的效率为η_in；

当Δ(t)＜时，表示储能设备放电以补足欠发电量，欠发电量能够通过储能装置释放出来，其释放电能的效率为η_out；其中Δ(t)＝γ[aP_S(t)+bP_H(t)+(1-a-b)P_W(t)]+P_D-L(t)，式中γ表示的是新能源发电比例，γ-1代表的是新能源相较负荷平均多发电量，a、b、1-a-b分别对应于新能源中光伏、水电与风电的份额；

将储能装置存储与释放能量的表达式记为：

其中H_store(t)表示在没有限制条件下储能装置所储存的能量随时间的变化情况；基于以上条件，所选择的最小化储能配置容量表达式为其中max_tH_store(t)表示H_store(t)的最大值，min_tH_store(t)表示H_store(t)的最小值，β表示能源互补叠加后的最小出力与不同单一发电系统最小出力之比；

23)重新定义配置容量表达式为在没有限制的存储容量等级的表达式能够转化为有限制条件下的存储容量等级，其随时间变化的情况可以表示为其中E_H表示存储容量上限，且0＜H_c(t＝0)≤E_H。

5.根据权利要求1所述的一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，所述步骤3)中选择电池时依据经验值选择，并考虑如下因素：用地紧张程度、安全性要求、功率容量比值、储能功能、特殊环境要求、负荷短时波动和成本。

6.根据权利要求1所述的一种面向微电网的模块化储能装置优化配置及控制方法，其特征是，所述步骤5)的具体内容为：

在离网转并网时，微网运行控制器分别给微网并网接口装置下发检同期合闸指令，给主电源下发同期调节指令；主电源收到指令后进行同期调节，微网并网接口装置检测到满足同期条件后即进行同期合闸，并网点开关闭合的同时，主电源进行模式转换；

在计划性离网时，微网运行控制器同时给微网并网接口装置下发分闸指令，给主电源下发模式转换指令，并网点开关开断信息送给主电源，以便其确定模式转换的时间；

在非计划性离网时，微网并网接口装置准确判断大电网的故障，将并网点开关快速断开，如果微电网内负荷和发电功率不匹配，由微网站域稳定控制装置进行负荷控制或发电控制，并网点开关开断信息送给主电源，主电源进行模式转换；

整个过程在两个周期内完成，IT类设备和光伏逆变器不会停机，动力型负载在掉电后可秒级时间内顺利重新启动。