CN108039713B - 一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行的方法，属于弃风消纳领域。通过将采集来的电锅炉环境温度、电锅炉电热转换效率，电池环境温度、电池荷电状态数据进行筛选，判别电锅炉和电池的储热和电储能状态，通过考虑历史弃风量的最值，结合预测弃风量、电锅炉以及电池储能设备的效率，建立弃风与大规模电储热、弃风与大规模电池储能协调运行体系，以计算出电储热和电池储能的比例系数，结合预测的弃风量计算电储热和电池储能的功率；该方法能够根据弃风量合理的分配电储热和电池储能的功率，实现弃风和大规模电储热和电池储能的协调运行，实现了能源的合理利用，有效提高弃风消纳的能力及经济效益，实现清洁能源利用。

Description

一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法

技术领域

本发明属于弃风消纳领域，特别涉及一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展，科学技术的不断发展进步，对能源的需求量逐年增加，一种加大了对天然能源的消耗，这使得煤、石油和天然气等不可再生资源的储量迅速减少，在消耗天然能源的同时产生了大量的污染气体排放，如果要实现可持续发展，就必须找出我国资源丰富的清洁能源加以替代，我国的发电行业主要采用的是火力为主，但随着科学技术的发展，结合我国的实际情况，我国电力行业将风力发电作为发力点，我国风电资源充足，主要分布于风电资源丰富的“三北”地区，虽然资源丰富，但是弃风问题严重，影响其原因有很多，风力发电依赖于变化的气象条件，存在随机性和间歇性，而且我国早期的接收负荷能力较差，不能及时将风能转化成电能，造成大量风能被浪费，由于风电出力特性及电力系统运行约束等限制，电网接入大量风电时将会导致大量弃风。储能装置作为电能在时间上的转移手段，可弥补风电出力的波动性和反调峰特性，有助于大规模风电的消纳，减少电网弃风。

有鉴于此，建立弃风与电储能和电池储能协调运行方法，以满足实际应用需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法，通过对储热状态与电池存储状态及计算出电储热和电池储能的大小的判别，以协调运行，来最大程度实现将弃风消纳。

本发明一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行的方法，实现该方法的具体步骤如下：

步骤1：数据采集

选取参数：选取时间段的最大弃风量P_fmax，最小弃风量P_fmin，电锅炉储热效率η₁，电锅炉电热转换效率β，电储热系统所在环境的温度T₁，电锅炉数量n，各电锅炉之间间隔平均距离d，P_cmin为储热装置的最小储热功率、P_cmax为储热装置的最大储热功率。电池的充电效率τ₁，电池的放电效率τ₂、电池储能系统所在环境的温度T₂、电池个数N，各电池之间间隔平均距离D，电池的荷电状态soc(soc是指其剰余容量与其完全充电状态的容量比值,其取值范围为[0,1],当soc＝1时表示电池完全充满,当soc＝0时表示电池放电完全。)数据采集可以通过传感器进行数据采集，并传回计算机处理。

步骤2：电锅炉环境温度、电锅炉电热转换效率数据筛选：

步骤2.1：电锅炉环境温度标准函数、电锅炉电热转换效率建立和计算

建立电锅炉环境温度标准函数f(x)，电锅炉电热转换效率标准函数g(x)为：

其中,x为电网内所有电锅炉的编号，x＝1,2,3，……，k，k为自然数。

步骤2.2：电锅炉环境温度数组构建：

从测量所得的温度中随机抽取若干数据T₁₁,T₁₂,...,T_1i构成一个数组φ[i]，T_1i表示第i个测量数据；

步骤2.3：电锅炉环境温度数组确定：

当函数φ[i]与f(x)的相似系数α≥59.34％时抽取数组φ[i]，此数组作为处理后的数据。

步骤2.4：电锅炉电热转换效率数组确定：

从φ[i]对应的i个数据中随机抽取若干数据β₁,β₂,....,β_j构成一个数组

表示第j个测量数据。

当函数

与g(x)的相似系数α≥68.45％时抽取数组

此数组作为处理后的数据。

步骤3：电池环境温度、电池荷电状态数据筛选：

步骤3.1：电池环境温度标准函数、电池荷电状态标准函数建立和计算

建立电池环境温度标准函数C(x)，电池荷电状态标准函数D(x)为：

其中,x为电网内所有电池的编号，x＝1,2,3，……，k，k为自然数。

步骤3.2电池环境温度数组构建：

从测量所得的温度中随机抽取若干数据T₂₁,T₂₂,...,T_2i构成一个数组φ[i]，T_2i表示第i个测量数据。

步骤3.3：电池环境温度数组确定：

计算φ[i]与C(x)的相似系数：

当φ[i]与C(x)的相似系数β≥63.12％时抽取数组φ[i]，则此数组用于协调运行计算。

步骤3.4：电池荷电状态数组确定：

从φ[i]对应的i个soc数据中随机抽取若干数据soc₁,soc₂,...,soc_j构成一个数组

soc_j表示第j个测量数据。

计算当函数

与D(x)的相似系数β≥71.30％时抽取数组

此数组用于协调运行计算。

步骤4：电储热与电池储能协调运行影响参数计算

步骤4.1：弃风与大规模电储热协调运行参数计算

根据下式计算弃风与大规模电储热协调运行参数：

其中，δ(t)为弃风与大规模电储热协调运行的外部参数，i＝1,2,...,n，T_1i为步骤2.3处理后的数据，n为电锅炉个数，T_1max为电储热系统所在环境的最高温度，T_2min为电储热系统所在环境的最低温度，d为各电锅炉之间间隔平均距离。

步骤4.2：弃风与大规模电池储能协调运行参数计算

γ(t)为弃风与大规模电池储能协调运行参数，P_i表示第i个电池储能装置的输出功率，i＝0,1,2.....n。

步骤5：电储热及电池储能状态判别

步骤5.1：电储热状态判别

ρ(t)为电储热状态判别函数，P_f(t)为弃风量，d为各电锅炉之间间隔平均距离，T_max为电储热系统所在环境的最高温度，δ为弃风与大规模电储能的协调运行外部参数，γ为弃风与大规模电储能的协调运行内部参数。

若求得状态判定因子α<0，则可判定电储热处于储能状态；α>0，则可判定电储热未处于储热状态。

步骤5.2：电池储能状态判别

α(t)为电池充放电状态判别函数，P_f(t)为弃风量，D为各电池之间间隔平均距离，τ₁为电池的充电效率，τ₂为电池的放电效率，N为电池个数，T_max为电池储能系统所在环境的最高温度，γ为弃风与大规模电池储能的协调运行参数。

当α＜0时，电池进行充电，当α≥0时，电池进行放电。

步骤6：弃风与大规模电储热与电池储能协调运行充放电电量计算

将所求得的大规模电储热协调运行参数δ(t)，电储热状态判别函数ρ，大规模电池储能协调运行参数γ(t)，弃风与大规模电池储能协调运行状态判别函数α，带入弃风与大规模电储能和电池储能协调运行数学模型，解得P_st即电锅炉储热量，P_dt即为电池储能功率。

有益效果：本发明与现有技术相比，通过弃风用电负荷的消纳,以及对风能转化为大规模电储热和电池储能的方法，协调运行来实现，最有效的弃风消纳方法。

附图说明

图1弃风与大规模电储热和电池储能协调运行流程图

具体实施方式

以弃风严重的某地区弃风数据为例，计算其大规模储能和电池储能系统一天内的运行状态：验证本发明提出的弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法的正确性。

步骤1：数据采集

日弃风量为1539.9Mw.h，电锅炉蓄热效率为98.14％，电锅炉为50x21MW,每台电锅炉最大储热功率为20.79MW,最小储热功率为18.9MW,电锅炉之间的距离环境平均温度-1.6℃，电锅炉之间的距离为d＝8m。

电池的充电效率τ₁＝82.51％，电池的放电效率τ₁＝88.27％，电池个数N＝290，各电池之间间隔平均距离D＝3.5m。

电储热系统中各电锅炉所在环境的温度T1、电热转换效率β

电池储能系统所在环境的温度T2、电池的荷电状态soc

步骤2：电锅炉环境温度、电锅炉电热转换效率数据筛选：

步骤2.1电锅炉环境温度标准函数、电锅炉电热转换效率建立和计算

建立电锅炉环境温度标准函数f(x)，电锅炉电热转换效率标准函数g(x)为：

其中,x为电网内所有电池的编号，x＝1,2,3，……，50。

步骤2.2电锅炉环境温度数组构建：

从测量所得的温度中随机抽取若干数据T₁,T₂,...,T_i构成一个数组φ[i]，T_i表示第i个测量数据

步骤2.3：电锅炉环境温度数组确定：

计算φ[i]与f(x)的相似系数：

经过选取计算得到的φ(40)＝-1.4℃,-1.6℃,...,-1.5℃与函数f(x)的相似系数α＝63.65％满足α≥59.34％，则此数组用于协调运行计算。

步骤2.4：电锅炉电热转换效率数组确定：

从φ(40)对应的50个数据中随机抽取若干数据β₁,β₂,....,β_j构成一个数组

表示第j个测量数据，

经过选取计算得到的

与函数g(x)的相似系数α≥73.34％满足α≥68.45％，此数组用于协调运行计算。

步骤3：电池环境温度、电池荷电状态数据筛选：

步骤3.1电池环境温度标准函数、电池荷电状态标准函数建立和计算

建立电池环境温度标准函数C(x)，电池荷电状态标准函数D(x)为：

其中,x为电网内所有电池的编号，x＝1,2,3，……，280。

步骤3.2电池环境温度数组构建：

从测量所得的温度中随机抽取若干数据T₁₁,T₁₂,...,T_1i构成一个数组φ[i]，T_1i表示第i个测量数据

步骤3.3：电池环境温度数组确定：

计算φ[i]与f(x)的相似系数：

经过选取计算得到的φ[289]＝16.76℃,15.41℃,....,18.74℃与函数f(x)的相似系数β≈65.74％满足β≥63.12％，则此数组用于协调运行计算。

步骤3.4：电池荷电状态数组确定：

从φ[289]对应的289个soc数据中随机抽取j个数据soc₁,soc₂,...,soc_j构成一个数组

经过选取计算得到的

与函数g(x)的相似系数β≈73.42％满足β≥71.30％，此数组用于协调运行计算。

步骤3：电储热与电池储能协调运行影响参数计算

步骤3.1：弃风与大规模电储热的协调运行参数计算

根据下式计算弃风与大规模电池储能的协调运行参数：

T_i＝-1.4℃,-1.6℃,...,-1.5℃为步骤2.3处理后的数据，n＝4为电锅炉个数，选取过去一个月中某一天的弃风最大值P_fmax＝2812MW·h，P_fmin＝1290MW·h下文计算电池储能数值相同。

T_max＝-1.0℃为电储热系统所在环境的最高温度，T_min＝-2.1℃为电池储能系统所在环境的最低温度，d＝8m为各电池之间间隔平均距离，将各数据代入上式，计算得δ＝2.2675。

步骤3.2：弃风与大规模电池储能协调运行参数计算

根据下式计算弃风与大规模电池储能的协调运行参数：

δ为弃风与大规模电池储能的协调运行外部参数，

T_i＝16.76℃,15.41℃,....,18.74℃为步骤2.3处理后的数据，n＝290为电池个数，T_max＝26.89℃为电池储能系统所在环境的最高温度，T_min＝13.21℃为电池储能系统所在环境的最低温度，D＝3.5cm d＝3.5m为各电池之间间隔平均距离，将各数据代入上式，计算得δ≈3.12

步骤4：电储热及电池储能状态判别

步骤4.1：电储热状态判别

计算得α(t)＝-5.34542＜0，表明电储热正处于储热状态。

步骤4.2：电池储能状态判别

根据下式对电池充放电状态进行判别

将当日对应的弃风量P(t)带入电池充放电状态判别函数，计算得

t∈[9,16],α＞0

t∈[0,4]∪[21,24],α＜0 (11)

由此可以得出该风场一天内的充电时间大概在0至4时和21至24时之间，放电时间集中在上午9时到下午4时之间。

步骤5建立弃风与大规模电储能和电池储能协调运行数学模型

把以上计算数据代入上式，求得电储热功率P_st＝20.50MW，P_dt(t)＝34，31MW。

Claims (4)

1.一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：数据采集选取参数：选取时间段的最大弃风量P_fmax，最小弃风量P_fmin，电锅炉储热效率η₁，电锅炉电热转换效率β，电储热系统所在环境的温度T₁，电锅炉数量n，各电锅炉之间间隔平均距离d，P_cmin为储热装置的最小储热功率、P_cmax为储热装置的最大储热功率；电池的充电效率τ₁，电池的放电效率τ₂、电池储能系统所在环境的温度T₂、电池个数N，各电池之间间隔平均距离D，电池的荷电状态soc；步骤2：电锅炉环境温度、电锅炉电热转换效率数据筛选；步骤3：电池环境温度、电池荷电状态数据筛选；步骤4：电储热与电池储能协调运行影响参数计算；步骤5：电储热及电池储能状态判别；步骤6：弃风与大规模电储热与电池储能协调运行充放电电量计算；

步骤4：电储热与电池储能协调运行影响参数计算；

步骤4.1：弃风与大规模电储热协调运行参数计算

步骤4.2：弃风与大规模电池储能协调运行参数计算

γ(t)为弃风与大规模电池储能协调运行参数，P_i表示第i个电池储能装置的输出功率，i＝0,1,2.....n；T_1i为电锅炉环境温度数组确定后的数据，T_1max为电储热系统所在环境的最高温度，T_1min为电储热系统所在环境的最低温度。

2.根据权利要求1所述的一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法，其特征在于，步骤2：电锅炉环境温度、电锅炉电热转换效率数据筛选,建立电锅炉环境温度标准函数f(x)，电锅炉电热转换效率标准函数g(x)为：

步骤2.2：电锅炉环境温度数组构建：

从测量所得的温度中随机抽取若干数据T₁₁,T₁₂,...,T_1i构成一个数组φ[i]，T_1i表示第i个测量数据；

步骤2.3：电锅炉环境温度数组确定：

当函数φ[i]与f(x)的相似系数α≥59.34％时抽取数组φ[i]，此数组作为处理后的数据；

步骤2.4：电锅炉电热转换效率数组确定：

从φ[i]对应的i个数据中随机抽取若干数据β₁,β₂,....,β_j构成一个数组

β_j表示第j个测量数据；x为电网内所有电池的编号。

3.根据权利要求1所述的一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法，其特征在于，步骤3：电池环境温度、电池荷电状态数据筛选,步骤3.1：电池环境温度标准函数、电池荷电状态标准函数建立和计算,建立电池环境温度标准函数C(x)，电池荷电状态标准函数D(x)为：

步骤3.2电池环境温度数组构建：

从测量所得的温度中随机抽取若干数据T₂₁,T₂₂,...,T_2i构成一个数组φ[i]，T_2i表示第i个测量数据；

步骤3.3：电池环境温度数组确定：

计算φ[i]与C(x)的相似系数：

当φ[i]与C(x)的相似系数β≥63.12％时抽取数组φ[i]，则此数组用于协调运行计算；

步骤3.4：电池荷电状态数组确定：

从φ[i]对应的i个soc数据中随机抽取若干数据soc₁,soc₂,...,soc_j构成一个数组

soc_j表示第j个测量数据；x为电网内所有电池的编号。

4.根据权利要求1所述的一种弃风与大规模电储热和电池储能协调运行方法，其特征在于，步骤6：弃风与大规模电储热与电池储能协调运行充放电电量计算

将所求得的大规模电储热协调运行参数δ(t)，电储热状态判别函数ρ，大规模电池储能协调运行参数γ(t)，弃风与大规模电池储能协调运行状态判别函数α，带入弃风与大规模电储能和电池储能协调运行数学模型，解得P_st即电锅炉储热量，P_dt即为电池储能功率，P_f(t)为弃风量。

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