CN107994594A - 一种基于储能系统的最大需量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于储能系统的最大需量控制方法，属于需量控制技术领域，包括从用电企业的用电系统拓扑图，得到事先规定的用电进线位置与电网系统的产权分界点，采用滑差法得到当前时刻t的实时需量P(t)；根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制。本发明充分利用储能系统具有的能量转移能力，在不影响生产的前提下实现对最大需量的有效控制，较传统的利用切除负荷来实现最大需量控制的方法有较大的创新。

Description

一种基于储能系统的最大需量控制方法

技术领域

本发明涉及需量控制技术领域，特别涉及一种基于储能系统的最大需量控制方法。

背景技术

电作为一种商品有特殊性，电是流程性材料，与水煤气等流程性材料相比电的大容量储存技术目前还不成熟，尚无经济可靠的办法。作为消费(用电)方面则有不确定性，存在用电高峰和低谷，电网上这类短时冲击负荷一般是负荷不稳定，或者有短时冲击负荷的大型厂矿企业等用电大户造成的。如果能控制这些冲击负荷，就起到削峰作用，减小峰谷差，平滑用电曲线，使整个用电负荷相对均衡，系统冲击电流大大减小，能极大减少供电系统故障的可能性，提高设备的运转率。

最大需量控制系统可以有效控制最大需量，对于实施最大需量电价的公司可以节省能源费用的支出；对于电网有效控制尖峰负荷也有重大意义。最大需量控制是削峰填谷的有效技术手段之一，与其他控制负荷的技术手段相比，最大需量控制更符合市场经济发展的要求，更具有现实的意义。

传统上的最大需量控制方法包括：在短期内降低被控设备的设定功率值、短时间切除负载、延迟添加负载等等。这些方法虽然能够实现最大需量的控制，但无一例外，都需要短时降低生产设备的运行功率以实现需量控制。对于负荷量大且生产设备功率不允许降低的企业，如果采用上述方法进行需量控制，将使正常生产发生中断，严重时会影响产品质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即可实现负荷等效切除，而不对实际生产造成影响的储能系统最大需量控制方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案，包括如下步骤：

从用电企业的用电系统拓扑图，得到事先约定的用电进线位置与电网系统的产权分界点；

在该产权分界点处，采用滑差法得到当前时刻t的实时需量P(t)；

根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制。

优选地，采用滑差法得到用电企业当前时刻t的实时需量P(t)，具体包括：

设定需量周期T和定滑差区间的时间为T₀，实时需量采集时间间隔设为得到该从产权分界点处，所述用电系统在一个需量周期T内不同时刻的需量值序列；

将每个需量周期T内t时刻的脉冲数累加后乘以脉冲的电能当量，然后再除以需量周期T，得到一个平均功率作为当前时刻t的需量值P(t)。

优选地，根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制，具体包括：

在[P(t)-P_x]＜P_d,max时，储能系统按放电功率为P_f(t)进行放电控制，其中，P_f(t)＝P(t)-P_x，P_d,max为储能系统的最大放电功率；

在[P(t)-P_x]＞P_d,max时，进行负荷切除处理，实现需量的控制；

在[P_x-P(t)]＜P_c,max时，储能系统按充电功率为P_c(t)进行充电控制，其中，P_c(t)＝P_x-P(t)，P_c,max为储能系统的最大充电功率；

在[P_x-P(t)]＞P_c,max时，储能系统按照最大充电功率P_c,max进行充电控制。

优选地，该方法还包括：

根据荷电状态约束条件、电池物理约束下的最大充电功率允许值以及给定充电时间的条件下储能电量不能超过规定最大值条件，得到所述储能系统的最大充电功率P_c,max；

根据荷电状态约束条件、电池物理约束下的最大放电功率允许值以及给定放电时间的条件下储能电量不能低于规定最小值条件，得到储能系统的最大放电功率P_d,max。

优选地，该方法还包括：

根据所述产权分界点处的实时功率序列中当前时刻t的需量值P(t)和前一个采集时刻的需量值通线性外推的方法得到时刻t+T₀的需量值P(t+T₀)；

根据时刻t+T₀的需量值P(t+T₀)与协议需量P_x的数值关系，在所述用电企业的用电特性参数、储能系统的荷电量以及最大充放电功率的限制，对储能系统进行充放电控制。

优选地，根据当前时刻t的需量值P(t)和前一个采集时刻的需量值通线性外推的方法得到时刻t+T₀的需量值P(t+T₀)，具体包括：

根据需量值P(t)和需量值进行线性外推，得到拟合直线的斜率K：

根据拟合直线的斜率K，预测得到时刻t+T₀的预测需量值为P(t+T₀)，其中，P(t+T₀)＝K×[(t+T₀)-t]。

优选地，根据需量值P(t+T₀)与协议需量P_x的数值关系，在所述用电企业的用电特性参数、储能系统的荷电量以及最大充放电功率的限制，对储能系统进行充放电控制，具体包括：

在[P(t+T₀)-a×P_x]＜P_d,max时，储能系统按放电功率为P_f(t+T₀)进行放电控制，其中P_f(t+T₀)＝P(t+T₀)-a×P_x，P_d,max为储能系统的最大放电功率；

在[P(t+T₀)-a×P_x]＞P_d,max时，进行负荷切除处理，实现需量的控制；

在[b×P_x-P(t+T₀)]＜P_c,max时，储能系统按充电功率为P_c(t+T₀)进行充电控制，其中，P_c(t+T₀)＝b×P_x-P(t+T₀)，P_c,max为储能系统的最大充电功率；

在[b×P_x-P(t+T₀)]＞P_c,max时，储能系统按照最大充电功率P_c,max进行充电控制；

在b×P_x＜P(t+T₀)＜a×P_x时，储能系统进行浮充控制，其中a、b的值根据所述用电企业用电特性得到的用电特性参数。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本方案实施最大需量电价的公司以降低购电成本。最大需量控制采用单时段最优为控制目标，即以每个采集控制周期的需量不超过协议需量为目标，设置储能系统的电量约束，功率约束，在满足约束条件的前提下，结合用户的用电特性，实现储能系统对需量的控制。采用滑差法计算得到不同时刻的需量值，根据计算得到的需量值与用电单位向供电公司上报的协议需量值的对比，确定当前时刻储能系统的充放电控制策略和充放电功率值。通过储能系统的配合，降低企业各月向供电公司上报的最大需量值，在不影响实际生产的前提下，实现了电价费用的节约，降低了短时间的冲击负荷对电网的危害，起到削峰填谷的左右，实现的电力负荷的平滑。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种基于储能系统的最大需量控制方法的流程示意图；

图2是一种基于储能系统的最大需量控制方法的另一流程示意图；

图3是用电企业需量曲线对比示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

本方案思想是利用储能系统具有能量在时域上转移的能力，实现用户的需量控制。通过采集到的需量值与协议需量的对比，利用储能系统的充放电控制，实现负荷的等效切除。

实施例一

如图1所示，本实施例公开了一种基于储能系统的最大需量控制方法，具体步骤如下S1至S3：

S1、从用电企业的用电系统拓扑图，得到事先规定的用电进线位置与电网系统的产权分界点；

需要说明的是，产权分界点是事先在用电企业与供电公司所签订供电协议中所规定的。

S2、在该产权分界点处，采用滑差法得到当前时刻t的实时需量P(t)；

需要说明的是，在找出产权分界点后，通过安装在产权分界点的智能采集控制装置采用滑差式计算方法得到用电企业在周期T内不同时刻的实时需量。具体过程为：

设定需量周期T，根据标准规定，需量周期T可取15mins；设定滑差区间的时间为T₀，T₀可取1mins；智能采集控制装置采集时间间隔设为智能采集控制装置在一个需量周期内将得到个时刻的需量值，形成用电系统在一个需量周期内产权分界点的实时功率序列其中，P(t)为当前时刻t的需量值，

进一步地，P(t)的计算过程如下：

将每个需量周期T内的脉冲数累加后乘以脉冲的电能当量(指每个脉冲所代表的电能值)，再除以需量周期T，即得到一个平均功率作为当前时刻的需量值P(t)：

其中，M(t_i)为时刻t_i对应的脉冲数，t_i∈[t,t+T]，λ为单位脉冲数所对应的电能当量。

S3、根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制。

进一步地，步骤S3具体包括：

(1)若P(t)＞P_x，包括以下两种情况：

若[P(t)-P_x]＜P_d,max，则储能系统需要进行放电控制，此时的放电功率为P_f(t)，其中，P_f(t)＝P(t)-P_x，P_d,max为储能系统的最大放电功率。

若[P(t)-P_x]＞P_d,max，此时由于当前时刻需量值过大，储能系统已经无法满足用电系统的需求，需采取紧急控制的措施，在不影响安全生产的前提下，切除一定的负荷，实现需量的控制。

(2)若P(t)＜P_x，具体包括以下两种情况：

若[P_x-P(t)]＜P_c,max，则储能系统需要进行充电控制，此时的充电功率为P_c(t)，其中，P_c(t)＝P_x-P(t)，P_c,max为储能系统的最大充电功率。

若[P_x-P(t)]＞P_c,max，此时充电的功率大于储能系统的最大充电功率，则储能系统按照最大充电功率P_c,max进行充电控制。

需要说明的是，协议需量P_x为用电企业根据每月用电设备的耗电量情况向供电公司上报的需量值。

本实施例提供的最大需量控制方案适用于按最大需量电价计费的公司，充分考虑了用户的用电特性，通过对储能系统的控制，实现最大需量值的上限控制。通过储能系统的配合，可降低企业各月向供电公司上报的最大需量值，在不影响实际生产的前提下，实现了电价费用的节约，降低了短时间的冲击负荷对电网的危害，起到削峰填谷的作用，实现的电力负荷的平滑。

实施例二

如图2所示，本实施例在上述实施例公开的最大需量控制方案的基础上增加了根据当前时刻的需量值进行下一时刻需量值的预测，针对用电负荷变化平缓的用电企业，其负荷变化具有一定规律性，最大需量的预防控制在于提前估算得到下一时刻的需量值，据此前瞻性的配合储能系统，实现需量的预防控制。具体包括如下步骤S1至S4：

S1、根据用电企业的用电系统拓扑图，得到用电进线位置与电网系统的产权分界点；

S2、在该产权分界点处，采用滑差法得到当前时刻t的实时需量P(t)；

S3、根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制；

S4、在当前时刻的需量值P(t)不超过协议需量P_x的前提下，对下一时刻采取的提前预防措施。

需要说明的是，本实施例中的步骤S1至S3和上述实施例公开的方案相同，不再赘述，下面对步骤S4进行详细说明：

利用当前时刻t的需量值P(t)和前一个采集时刻的需量值通线性外推的方法得到拟合直线的斜率K：

其中，K为拟合直线的斜率。

根据拟合直线的斜率K，预测得到时刻t+T₀的预测需量值为P(t+T₀)：

P(t+T₀)＝K×[(t+T₀)-t]。

据此在用电企业的用电特性参数、储能系统的荷电量和最大充放电功率的限制条件下，对储能系统进行充放电控制过程如下：

(1)若P(t+T₀)＞a×P_x，包括以下两种情况：

若[P(t+T₀)-a×P_x]＜P_d,max，则储能系统需要进行放电控制，此时的放电功率为P_f(t+T₀)，其中P_f(t+T₀)＝P(t+T₀)-a×P_x，P_d,max为储能系统的最大放电功率。

若[P(t+T₀)-a×P_x]＞P_d,max，此时由于当前时刻需量值过大，储能系统已经无法满足用电系统的需求，需采取紧急控制的措施，在不影响安全生产的前提下，切除一定的负荷，实现需量的控制，具体控制过程为：用电企业根据其负荷的重要性，事先进行负荷分类，分为可切除负荷P_cut和不可切除负荷P_imp，紧急控制时切除可切除负荷P_cut。

(2)若P(t+T₀)＜b×P_x，具体分为两种情况：

若[b×P_x-P(t+T₀)]＜P_c,max，则储能系统需要进行充电控制，此时的充电功率为P_c(t+T₀)，其中，P_c(t+T₀)＝b×P_x-P(t+T₀)，P_c,max为储能系统的最大充电功率。

若[b×P_x-P(t+T₀)]＞P_c,max，此时充电的功率大于储能系统的最大充电功率，则储能系统按照最大充电功率P_c,max进行充电控制。

(3)若b×P_x＜P(t+T₀)＜a×P_x，则储能系统进行浮充控制，其中a、b的值根据用电企业的用电特性来确定。

需要说明的是，a、b与用电企业的用电特性密切相关，当负荷中冲击负荷所占比重过大时，典型如超过30％，a可取其下限值，b可取其上限值。当负荷冲击负荷所占比重较小时，a可取其上限值，b可取其下限值。本实施例中a、b取值范围为：a∈[0.8,1.0]，b∈[0.6,0.8)。

本实施例公开的最大需量控制方案在不影响实际生产的前提下，实现了电价费用的节约，降低了短时间的冲击负荷对电网的危害，起到削峰填谷的左右，实现的电力负荷的平滑。同时还能够根据当前时刻的需量值进行下一时刻需量值的预测，对即将所消耗的用电量做出一个提前的估计，据此前瞻性的配合储能系统，实现需量的预防控制。

需要说明的是，在上述两实施例的储能系统控制过程中，需要满足基本的电量约束和功率约束。根据不同电量水平SOC，采取不同电量和功率约束。电池储能系统的电量状态通过荷电状态进行表征，对荷电状态约束为SOC(t)∈[SOC_min,SOC_max]，SOC(t)为储能介质t时间段末的剩余荷电状态，SOC_min、SOC_max分别电池储能系统电量约束的下限和上限。

电池储能系统的充放电功率受限制于电池储能介质本身物理约束以及电量限制。对电池储能的最大充电功率而言，需要考虑电池物理约束下的最大充电功率允许值P_c′_,max限制、以及给定充电时间的条件下储能电量不能超过规定最大值，据此得到最大充电功率值为：

对电池储能的最大放电功率而言，需要考虑电池物理约束下的最大放电功率允许值P′_f,max限制、以及给定放电时间的条件下，储能电量不能低于规定最小值，据此得到最大放电功率为：

其中，E_cap为储能系统的额定容量，ρ为储能系统的自放电率，η_c和η_d为储能系统的充放电效率值，Δt为t与t-1时刻的差值。

需要说明的是，某用电企业在冲击负荷投入时的实际需量，以及采用本方案中所提控制方法后需量值的对比图如图3所示。图3中纵坐标为以用电企业与供电公司签订的协议需量作为基准值的功率标幺值，横坐标为用电企业某一用电时间区段，其中时段的间隔为1min。

由图3可以看出，由于企业内冲击负荷的影响，在时段3开始，企业用电负荷从0.86pu增长到1.14pu，用户实时功率在3-7区段维持在协议需量值之上(即用电负荷实际功率大于1pu)。由于需量值采用的滑差方法，故需量值越限滞后于实际功率值，在时段7、8出现越限(即实际需量值大于协议需量)。当采用本方案所提需量控制方法进行需量控制后，可以看出，当企业负荷突然增加时，由于储能系统参与需量控制，使得控制后的需量值始终保持在协议需量值之下(7、8时段需量值均未越限)。在时段8、9、10中，用电负由于冲击负荷退出运行，负荷下降，储能进行充电，进行能量储备，以备参与下次需量控制，因此，后续时段的需量变化率小于实际需量值。

另外，从上图可以看出，在采用本方案所提控制方法后，控制后需量值较用户实际需量下降(控制后需量曲线位于用户实际需量曲线下方)，同时避免了企业的需量越限情况(时段7、8均小于协议需量)。通过上述分析可以看出，本方案所提方法，可以降低企业冲击负荷出现时，用户需量越限的情况，同时在整体上又降低了用户的需量值，为用电企业进一步降低协议需量提供可能。

本方案充分利用储能系统具有的能量转移能力，在负荷量大且生产设备功率不允许降低企业的需量控制中有较大的优势。储能设备在企业用电功率超协议需量时进行放电，在企业用电低峰时段，进行充电，通过储能的能量转移能力，降低了用户的协议需量值。进一步利用储能的能量转移能力，根据企业用电在不同时段用电特性，分别采用紧急控制和预防控制两种控制方式，以确保用电企业的需量值低于协议需量值，避免了采用降低生产设备功率，被动应对用电企业需量越限的问题，减少了因需量越限而造成的经济损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，包括：

从用电企业的用电系统拓扑图，得到事先约定的用电进线位置与电网系统的产权分界点；

在该产权分界点处，采用滑差法得到当前时刻t的实时需量P(t)；

根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制。

2.如权利要求1所述的基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，所述采用滑差法得到用电企业当前时刻t的实时需量P(t)，具体包括：

设定需量周期T和定滑差区间的时间为T₀，实时需量采集时间间隔设为得到该从产权分界点处，所述用电系统在一个需量周期T内不同时刻的需量值序列；

将每个需量周期T内t时刻的脉冲数累加后乘以脉冲的电能当量，然后再除以需量周期T，得到一个平均功率作为当前时刻t的需量值P(t)。

3.如权利要求1所述的基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，所述根据当前时刻t的实时需量P(t)与协议需量P_x的数值关系，在充放电功率值限制下对储能系统进行充放电控制，具体包括：

在[P(t)-P_x]＜P_d,max时，储能系统按放电功率为P_f(t)进行放电控制，其中，P_f(t)＝P(t)-P_x，P_d,max为储能系统的最大放电功率；

在[P(t)-P_x]＞P_d,max时，进行负荷切除处理，实现需量的控制；

在[P_x-P(t)]＜P_c,max时，储能系统按充电功率为P_c(t)进行充电控制，其中，P_c(t)＝P_x-P(t)，P_c,max为储能系统的最大充电功率；

在[P_x-P(t)]＞P_c,max时，储能系统按照最大充电功率P_c,max进行充电控制。

4.如权利要求3所述的基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，还包括：

根据荷电状态约束条件、电池物理约束下的最大充电功率允许值以及给定充电时间的条件下储能电量不能超过规定最大值条件，得到所述储能系统的最大充电功率P_c,max；

根据荷电状态约束条件、电池物理约束下的最大放电功率允许值以及给定放电时间的条件下储能电量不能低于规定最小值条件，得到储能系统的最大放电功率P_d,max。

5.如权利要求1所述的基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述产权分界点处的实时功率序列中当前时刻t的需量值P(t)和前一个采集时刻的需量值通线性外推的方法得到时刻t+T₀的需量值P(t+T₀)；

根据时刻t+T₀的需量值P(t+T₀)与协议需量P_x的数值关系，在所述用电企业的用电特性参数、储能系统的荷电量以及最大充放电功率的限制，对储能系统进行充放电控制。

6.如权利要求5所述的基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，所述根据当前时刻t的需量值P(t)和前一个采集时刻的需量值通线性外推的方法得到时刻t+T₀的需量值P(t+T₀)，具体包括：

根据需量值P(t)和需量值进行线性外推，得到拟合直线的斜率K：

根据拟合直线的斜率K，预测得到时刻t+T₀的预测需量值为P(t+T₀)，其中，P(t+T₀)＝K×[(t+T₀)-t]。

7.如权利要求5所述的基于储能系统的最大需量控制方法，其特征在于，所述根据需量值P(t+T₀)与协议需量P_x的数值关系，在所述用电企业的用电特性参数、储能系统的荷电量以及最大充放电功率的限制，对储能系统进行充放电控制，具体包括：

在[P(t+T₀)-a×P_x]＜P_d,max时，储能系统按放电功率为P_f(t+T₀)进行放电控制，其中P_f(t+T₀)＝P(t+T₀)-a×P_x，P_d,max为储能系统的最大放电功率；

在[P(t+T₀)-a×P_x]＞P_d,max时，进行负荷切除处理，实现需量的控制；

在[b×P_x-P(t+T₀)]＜P_c,max时，储能系统按充电功率为P_c(t+T₀)进行充电控制，其中，P_c(t+T₀)＝b×P_x-P(t+T₀)，P_c,max为储能系统的最大充电功率；

在[b×P_x-P(t+T₀)]＞P_c,max时，储能系统按照最大充电功率P_c,max进行充电控制；

在b×P_x＜P(t+T₀)＜a×P_x时，储能系统进行浮充控制。