CN108376991B - 一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法及系统,包括:基于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求和平抑波动功能对应的第二功率需求;基于新能源电站当前功率计算削峰填谷功能对应的第三功率需求;基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求确定储能系统功率需求。本发明实现了可以同时应用于实现跟踪计划出力、削峰填谷和平抑波动功能,保证储能系统的SOC在一个完整调度周期内不越限,保证新能源出力一直处于可控状态。
Description
技术领域:
本发明属于储能运行控制技术领域,具体涉及一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法及系统。
背景技术:
随着可再生能源的快速发展,并网比例逐渐增加,其波动性、间歇性和不可准确预测性给现有电力系统稳定运行带来了巨大挑战。储能技术可以平抑新能源出力波动、协助新能源跟踪调度端下达的发电计划、减少弃风弃光,能够有效提高电网对新能源的接纳能力,为大规模可再生能源的并网提供支撑。在各种电力系统储能技术中,电池储能具有模块化,响应快,商业化程度高的特点,已成优先发展方向之一。
电池储能系统由于成本较贵,往往配置的容量十分有限,在一个完整调度周期内,如果直接平抑新能源出力波动或跟踪计划出力,有可能会出储能系统SOC达到上限或者下限从而停止出力的情况,不能在一个完整调度周期内都发挥作用,无储能作用的时间段内,新能源的出力不可控,其波动性、与调度计划的偏差越限的可能性会大大增加。目前对于平抑波动的功能来说,考虑储能SOC的策略较多,然而考虑SOC的跟踪计划出力和多目标综合运行策略较少,缺乏有效的方法。
发明内容:
为了克服上述缺陷,本发明提供了一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法,包括:
基于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求和平抑波动功能对应的第二功率需求;
基于新能源电站当前功率计算削峰填谷功能对应的第三功率需求;
基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求确定储能系统功率需求。
优选的,按下式计算跟踪计划出力对应的第一功率需求:
Pbess1(i)=P′sche(i)-Pnew(i)
式中,Pbess1为第一功率需求;P′sche为基于系统SOC状态的跟踪目标值;Pnew为新能源电站当前功率。
优选的,所述基于系统SOC状态的跟踪目标值,按下式计算:
式中,SOC(i-1)为i-1时刻的SOC值,dSOC(i-1)即i-1时刻SOC的变化率;λ+γ=1,为SOC(i-1)和dSOC(i-1)对跟踪目标值的影响程度;i为调度时刻;ΔP为实际功率和计划功率之间允许的最大偏差。
优选的,所述基于新能源功率计算削峰填谷功能对应的第三功率需求,按下式计算:
式中,Pbess2为第三功率需求;PH为新能源电站允许功率的上限;PL为新能源电站允许功率的下限;Pnew为新能源电站当前功率。
优选的,所述基于新能源电站当前功率和储能系统SOC状态,计算平抑波动功率需求,包括:
基于储能系统SOC的状态分别计算平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
确定同时实现平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
当SOC达到状态限值时,基于第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求和储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求。
优选的,所述当SOC达到状态限值时,基于储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求,按下式计算:
式中,Pbess3为当SOC高于55%或低于45%时储能系统应用于平抑新能源功率波动功能的最终功率值;P′bess为同时满足平抑第一时间量级和第二时间量级波动所需储能功率;Pout为新能源和储能系统的联合功率;Pnew为新能源电站功率。
优选的,所述同时满足平抑第一时间量级和第二时间量级波动所需储能功率,按下式计算:
优选的,所述平抑新能源第一时间量级功率波动所需储能功率,按下式计算:
式中,ΔP1m为新能源与储能联合功率第一时间量级波动;Fl1m为允许的第一时间量级功率波动最大值;
所述新能源与储能联合功率第一时间量级波动,按下式计算:
ΔP1m(i)=Pnew(i)-Pout(i-1)
Pout(i-1)=Pbess(i-1)+Pnew(i-1)。
优选的,所述平抑新能源第二时间量级功率波动所需储能功率,计算式如下:
优选的,所述第i时刻的第二时间量级波动最大值,按下式计算:
所述第i分钟相对于之前10分钟内的最小值向上波动的功率大小,按下式计算:
所述第i分钟相对于之前10分钟内的最大值向下波动的功率大小,按下式计算:
一种新能源电站储能系统的综合能量管理系统,其特征在于,所述系统,包括:
第一计算模块:用于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求、和平抑波动功能对应的第二功率需求;
第二计算模块:用于基于新能源功率计算削峰填谷的第三功率需求;
第三计算模块:用于基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求计算储能系统功率需求。
优选的,所述第二计算模块,包括:
基于新能源电站当前功率计算削峰填谷对应功能的第三功率需求,按下式计算:
式中,Pbess2为第三功率需求;PH为新能源电站允许功率的上限;PL为新能源电站允许功率的下限;Pnew为新能源电站当前功率。
优选的,所述第一计算模块,包括:第一计算单元和第二计算单元;
所述第一计算单元,包括:按下式计算跟踪计划出力对应的第一功率需求:
Pbess1(i)=P′sche(i)-Pnew(i)
式中,Pbess1为第一功率需求;P′sche为基于系统SOC状态的跟踪目标值;Pnew为新能源电站当前功率。
优选的,所述基于系统SOC状态的跟踪目标值,按下式计算:
式中,P′sche为基于系统SOC状态的跟踪目标值;SOC(i-1)为i-1时刻的SOC值,dSOC(i-1)即i-1时刻SOC的变化率;λ+γ=1,为SOC(i-1)和dSOC(i-1)对跟踪目标值的影响程度;i为调度时刻;ΔP为实际功率和计划功率之间允许的最大偏差。
所述第二计算单元,包括:所述基于新能源电站当前功率和储能系统SOC状态,计算平抑波动功率需求,包括:
基于储能系统SOC的状态分别计算平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
确定同时实现平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
当SOC达到状态限值时,基于第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求和储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求。
优选的,所述当SOC达到状态限值时,基于储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求,按下式计算:
式中,Pbess3为当SOC高于55%或低于45%时储能系统应用于平抑新能源功率波动功能的最终功率值;P′bess为同时满足平抑第一时间量级和第二时间量级波动所需储能功率;Pout为新能源和储能系统的联合功率;Pnew为新能源电站功率。
优选的,所述同时满足平抑第一时间量级和第二时间量级波动所需储能功率,按下式计算:
优选的,所述平抑新能源第一时间量级功率波动所需储能功率,按下式计算:
所述新能源与储能联合功率第一时间量级波动,按下式计算:
ΔP1m(i)=Pnew(i)-Pout(i-1)
Pout(i-1)=Pbess(i-1)+Pnew(i-1)。
优选的,所述平抑新能源第二时间量级功率波动所需储能功率,计算式如下:
优选的,所述第i时刻的第二时间量级波动最大值,按下式计算:
所述第i分钟相对于之前10分钟内的最小值向上波动的功率大小,按下式计算:
所述第i分钟相对于之前10分钟内的最大值向下波动的功率大小,按下式计算:
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明提供的一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法,可以同时应用于实现跟踪计划出力、削峰填谷和平抑波动功能,保证储能系统的SOC在一个完整调度周期内不越限,保证新能源出力一直处于可控状态。
2、本发明提供的一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法,新能源和储能联合出力一直被限制在规定的范围之内,满足多目标的要求,实现对储能系统应用于多个控制目标的综合能量管理,方便实际运行。
附图说明:
图1为本发明的具体实施方法流程图;
图2为本发明的储能系统SOC变化情况图;
图3为本发明的风储电站一天运行情况图;
图4为本发明的储能多目标应用流程图。
具体实施方式:
为了更好地理解本发明,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。
本发明的实施方法流程图如图1所示,具体步骤如下:
基于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求和平抑波动功能对应的第二功率需求;
基于新能源电站当前功率计算削峰填谷功能对应的第三功率需求;
基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求确定储能系统功率需求。
实施例1
某10MW风电场有3MW×1.5h的电池储能系统与之配合,实现平抑波动、跟踪计划出力和减少弃风即削峰填谷等功能,功率采样时间间隔为1min,风储外送功率限制值为8MW,1min级允许最大功率波动为0.5MW,10min级允许最大功率波动为1.5MW,储能电池的SOC上限为80%,SOC下限为20%。使用本发明的多目标应用综合能量管理策略,该风储电站一天完整的运行情况如图2所示。
由图2可以看出,使用本发明控制的储能系统,可以较好的完成平抑波动、跟踪计划出力和削峰填谷,由图3可以看出SOC一直维持在规定的范围之内,不会出现储能系统停止出力的情况。计算储能出力步骤如下:
步骤1:计算实现跟踪计划出力功能所需的储能系统功率。
首先计算考虑SOC状态之后的跟踪目标值,如下所示:
其中:
λ+γ=1
上式中,i为调度时刻,一般而言,调度时间间隔为1min,即一天分为1440个调度时段,i从1到1440;Psche为调度端下达的跟踪目标值;P′sche为考虑SOC状态之后的跟踪目标值;SOC(i-1)为i-1时刻的SOC值,dSOC(i-1)即i-1时刻SOC的变化率,具体计算数值为SOC(i-1)-SOC(i-2);ΔP为实际功率和计划功率之间允许的最大偏差,一般为新能源电站装机容量的25%;λ和γ为SOC(i-1)和dSOC(i-1)对跟踪目标值的影响程度,两者的和为1,一般可取λ=0.7~0.8,γ=0.3~0.2。
之后计算实现跟踪计划功率功能所需的储能系统功率,如下所示:
Pbess1(i)=P′sche(i)-Pnew(i) (2)
上式中,Pnew为新能源电站功率;Pbess1为实现跟踪计划功率功能所需的储能系统功率,正值为放电,负值为充电。若新能源电站没有跟踪计划功率的要求,则Pbess1=0。
步骤2:计算实现削峰填谷功能所需的储能系统功率。如下所示:
上式中,PH为新能源电站允许功率的上限;PL为新能源电站允许功率的下限;Pbess2为实现削峰填谷功能所需的储能系统功率。若新能源电站没有削峰填谷的要求,则Pbess2=0。
步骤3:计算实现平抑波动功能所需的储能系统功率。
基于储能系统SOC的状态分别计算平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
确定同时实现平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
当SOC达到状态限值时,基于第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求和储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求。
在实施例中第一时间量级波动的功率需求为1min级功率波动所需储能功率;第二时间量级波动的功率需求为10min级功率波动所需储能功率。
首先计算平抑新能源1min级功率波动所需储能功率,如下所示:
ΔP1m(i)=Pnew(i)-Pout(i-1) (4)
Pout(i-1)=Pbess(i-1)+Pnew(i-1) (5)
之后计算平抑新能源10min级功率波动所需储能功率,如下所示:
上式中,和分别为第i分钟之前的10分钟内新能源与储能联合功率的最大值与最小值;为第i分钟相对于之前10分钟内的最小值向上波动的功率大小;为第i分钟相对于之前10分钟内的最大值向下波动的功率大小;ΔP10m为该时刻的10min波动最大值;Fl10m为允许10min波动的最大值;为平抑10min波动所需储能的功率。
计算同时实现平抑1min和10min波动所需储能功率,如下所示:
上式中,P′bess为同时可以满足平抑1min和10min波动所需储能功率。
当SOC高于55%或低于45%时,需要考虑对SOC进行调整,最终可以得到用于平抑新能源功率波动的储能系统功率如下所示:
上式中,Pbess3为考虑SOC之后储能系统应用于平抑新能源功率波动功能的最终功率值。
计算实现跟踪计划出力、削峰填谷、平抑波动等多目标应用最终的储能系统功率值。具体选择规则为:储能系统最终的功率值Pbess为Pbess1,Pbess2,Pbess3中绝对值最大者,该规则的流程图如4所示。
实施例2
本发明还提供一种新能源电站储能系统的综合能量管理系统,所述系统,包括:
第一计算模块:用于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求、和平抑波动功能对应的第二功率需求;
第二计算模块:用于基于新能源功率计算削峰填谷的第三功率需求;
第三计算模块:用于基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求计算储能系统功率需求。
第一计算模块包括,第一计算单元和第二计算单元;
所述第一计算单元,包括:按下式计算跟踪计划出力对应的第一功率需求:
Pbess1(i)=P′sche(i)-Pnew(i)
式中,Pbess1为第一功率需求;P′sche为基于系统SOC状态的跟踪目标值;Pnew为新能源电站当前功率。
优选的,所述基于系统SOC状态的跟踪目标值,按下式计算:
式中,Ps′che为基于系统SOC状态的跟踪目标值;SOC(i-1)为i-1时刻的SOC值,dSOC(i-1)即i-1时刻SOC的变化率;λ+γ=1,为SOC(i-1)和dSOC(i-1)对跟踪目标值的影响程度;i为调度时刻;ΔP为实际功率和计划功率之间允许的最大偏差。
所述第二计算单元,包括:所述基于新能源电站当前功率和储能系统SOC状态,计算平抑波动功率需求,包括:
基于储能系统SOC的状态分别计算平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
确定同时实现平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
当SOC达到状态限值时,基于第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求和储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求。
优选的,所述当SOC达到状态限值时,基于储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求,按下式计算:
式中,Pbess3为当SOC高于55%或低于45%时储能系统应用于平抑新能源功率波动功能的最终功率值;P′bess为同时满足平抑第一时间量级和第二时间量级波动所需储能功率;Pout为新能源和储能系统的联合功率;Pnew为新能源电站功率。
优选的,所述同时满足平抑第一时间量级和第二时间量级波动所需储能功率,按下式计算:
优选的,所述平抑新能源第一时间量级功率波动所需储能功率,按下式计算:
所述新能源与储能联合功率第一时间量级波动,按下式计算:
ΔP1m(i)=Pnew(i)-Pout(i-1)
Pout(i-1)=Pbess(i-1)+Pnew(i-1)。
优选的,所述平抑新能源第二时间量级功率波动所需储能功率,计算式如下:
优选的,所述第i时刻的第二时间量级波动最大值,按下式计算:
所述第i分钟相对于之前10分钟内的最小值向上波动的功率大小,按下式计算:
所述第i分钟相对于之前10分钟内的最大值向下波动的功率大小,按下式计算:
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和方框图中的每一流程和方框、以及流程图和方框图中的流程和方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法,其特征在于,包括:
基于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求和平抑波动功能对应的第二功率需求;
基于新能源电站当前功率计算削峰填谷功能对应的第三功率需求;
基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求确定储能系统功率需求;
按下式计算跟踪计划出力对应的第一功率需求:
Pbess1(i)=P′sche(i)-Pnew(i)
式中,Pbess1第一功率需求;P′sche为基于系统SOC状态的跟踪目标值;Pnew为新能源电站当前功率;
所述基于系统SOC状态的跟踪目标值,按下式计算:
式中,SOC(i-1)为i-1时刻的SOC值,dSOC(i-1)即i-1时刻SOC的变化率;λ为SOC(i-1)对跟踪目标值的影响程度;γ为dSOC(i-1)对跟踪目标值的影响程度,并且λ+γ=1;i为调度时刻;ΔP为实际功率和计划功率之间允许的最大偏差。
3.如权利要求1所述的一种新能源电站储能系统的综合能量管理方法,其特征在于,所述基于新能源电站当前功率和储能系统SOC状态,计算平抑波动功率需求,包括:
基于储能系统SOC的状态分别计算平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
确定同时实现平抑新能源第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求;
当SOC达到状态限值时,基于第一时间量级和第二时间量级波动的功率需求和储能SOC状态计算实现平抑新能源波动的功率需求。
9.一种用于如权利要求1-8任一项所述新能源电站储能系统的综合能量管理方法的新能源电站储能系统的综合能量管理系统,其特征在于,所述系统,包括:
第一计算模块:用于新能源电站当前功率和储能系统SOC的变化状态,分别计算跟踪计划出力对应的第一功率需求和平抑波动功能对应的第二功率需求;
第二计算模块:用于基于新能源电站当前功率计算削峰填谷功能对应的第三功率需求;
第三计算模块:用于基于所述第一功率需求、第二功率需求和第三功率需求确定储能系统功率需求。
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