CN108599211B - 一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法 - Google Patents

一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法。该方法中，微电网决策出储能系统当前的总功率需求值时，综合考虑各储能单元自身的储能变流器视在容量、储能电池额定容量及其当前荷电状态，通过计算判定因子来判断各储能分配的功率是否都满足储能变流器视在容量的约束，从而确定合适的功率分配方法。本发明所提的方法简单实用，通过仿真验证，该方法有效适配微电网调度指令，且能在多储能功率分配时充分考虑储能系统的视在容量以及电池剩余电量，根据微电网的不同工况以及调度指令的不同需求选择合适的功率分配方法，确保功率分配的合理性，实现微电网长期稳定运行。

Description

一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法
技术领域
本发明属于微电网控制领域，特别涉及一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法策略。
背景技术
微电网将分布式电源、负荷、储能装置和电力电子装置等构成的统一可控整体，能充分发挥分布式电源接入电网的经济效能。但新能源自身发电具有随机波动性和间歇性等特点，直接并网难以满足电网安全稳定运行和电能质量的要求。因此，微电网中需配备一定数量的储能设备，在一定程度上平抑微电网中的功率波动。
微电网并网运行时，微电网与外电网之间的联络线功率需跟随调度指令值调节，需寻求快速有效的分布式电源功率分配策略来解决联络线功率调节问题。随着微网大规模接入电网，一定区域内多个邻近微网互联形成多微网系统，由于多微网系统内配置有多个储能系统，多微网并网点的功率调度显得更为复杂。
经对现有技术的文献检索发现，State-of-Charge Balance Using AdaptiveDroop Control for Distributed Energy Storage Systems in DC Micro-gridApplications(Xiaonan Lu,Kai Sun,Josep M.Guerrero,Juan C.Vasquez,LipeiHuang.Using Adaptive Droop Control for Distributed Energy Storage Systems inDC Micro-grid[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013:2804-2815.)提出了一种基于平衡各储能SoC，设置下垂系数与SoC的n次方成反比的功率分配方法；一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略(蒋玮,周赣,王晓东,杨永标.一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略[J].电力自动化设备,2015:38-43)考虑了超级电容器荷电状态和HESS总体损耗，进行实时功率分配。以上文献综合考虑到了通过获得储能电池当前荷电状态，进行实时的功率调整分配，但是微电网中储能系统元件数量的增加，会导致控制更加复杂化和难以快速实现功率分配。
因此针对以上的不足，本文提出一种多储能功率分配的复合方法，在综合考虑储能变流器额定容量、储能电池额定容量和储能电池当前荷电状态约束的前提下，根据判定因子快速准确选择出合理的分配方式，实现储能设备的优化功率分配。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法，综合考虑储能变流器额定容量、储能电池额定容量以及储能电池当前荷电状态的约束，对多储能系统进行合理的功率分配。
一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法，融合了有以下两种分配方式：
(1)Si·HiSoci(t)功率分配法：在满足额定容量的约束下，按照储能变流器的额定容量、储能电池的额定容量以及储能电池当前的荷电状态综合因素进行等比例的分配，分配公式如下式所示：
P1:P2:L:Pn＝Q1:Q2:L:Qn＝S1·H1Soc1(t):S2·H2Soc2(t):L:Sn·HnSocn(t)
Figure GDA0002993222970000021
(2)Si功率分配法：按照各储能系统变流器的额定容量进行等比例分配的策略，分配公式如下式所示：
P1:P2:L:Pn＝Q1:Q2:L:Qn＝S1:S2:L:Sn
Figure GDA0002993222970000022
基于上述两种储能功率分配方案的功率分配策略有以下步骤：
(1)微电网与外电网之间的联络线功率调度指令为S0＝P0+jQ0，符号为正表示外电网向微电网输送功率，符号为负表示微电网向外电网输送功率，利用光伏发电功率SPV＝PPV+jQPV和负荷用电功率SL＝PL+jQL,计算出微电网储能总需求有功功率值Pneed＝P0-PPV+PL，总需求无功功率值Qneed＝Q0-QPV+QL。
(2)计算储能系统总调度值
Figure GDA0002993222970000023
(3)计算所有储能设备的判定因子的分母
Figure GDA0002993222970000024
初始化i＝1。
(4)计算第i个储能系统的判定因子Ti：
Figure GDA0002993222970000025
(5)判断第i储能系统的储能分配值是否会超出储能变流器额定容量的约束，即满足如下的条件：M＞Ti，当满足该条件时检验结束，各储能按照Si法进行功率分配；若不满足这个条件，则进入步骤(6)。
(6)判断流程结束条件：i≥n。其中n为PQ型储能系统的个数。如满足，则结束检验，各储能按照Si·HiSoci(t)进行分配；若不满足，则更新i＝i+1，进入步骤(4)。
与现有技术相比，本发明有以下效果和优点：该策略考虑了储能系统的荷电状态的情况下，同时也考虑了储能变流器额定容量的约束，快速准确选择合理的功率分配方法，保证了储能工作的可靠性，实现微电网在运行过程中的长期稳定运行。
附图说明
图1是多储能功率分配的复合策略流程图。
图2是微电网仿真结构。
图3是各储能系统功率分配的仿真结果。
图4是多微网与外电网之间的联络线功率波形。
图5是光伏发电功率波形。
图6是负荷所需功率波形。
图7是各储能Soc变化的仿真结果。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步详细的说明与验证，但本发明的实施方式不限于此。
如图1，本实例一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法，融合了有以下两种分配方式：
(1)Si·HiSoci(t)功率分配法：在满足额定容量的约束下，按照储能变流器的额定容量、储能电池的额定容量以及储能电池当前的荷电状态综合因素进行等比例的分配，分配公式如下式所示：
P1:P2:L:Pn＝Q1:Q2:L:Qn＝S1·H1Soc1(t):S2·H2Soc2(t):L:Sn·HnSocn(t)
Figure GDA0002993222970000031
(2)Si功率分配法：按照各储能系统变流器的额定容量进行等比例分配的策略，分配公式如下式所示：
P1:P2:L:Pn＝Q1:Q2:L:Qn＝S1:S2:L:Sn
Figure GDA0002993222970000032
基于上述两种储能功率分配方案的功率分配策略有以下步骤：
(1)微电网与外电网之间的联络线功率调度指令为S0＝P0+jQ0，符号为正表示外电网向微电网输送功率，符号为负表示微电网向外电网输送功率，利用光伏发电功率SPV＝PPV+jQPV和负荷用电功率SL＝PL+jQL,计算出微电网储能总需求有功功率值Pneed＝P0-PPV+PL，总需求无功功率值Qneed＝Q0-QPV+QL。
(2)计算储能系统总调度值
Figure GDA0002993222970000033
(3)计算所有储能设备的判定因子的分母
Figure GDA0002993222970000041
初始化i＝1。
(4)计算第i个储能系统的判定因子Ti：
Figure GDA0002993222970000042
(5)判断第i储能系统的储能分配值是否会超出储能变流器额定容量的约束，即满足如下的条件：M＞Ti，当满足该条件时检验结束，各储能按照Si法进行功率分配；若不满足这个条件，则进入步骤(6)。
(6)判断流程结束条件：i≥n。其中n为PQ型储能系统的个数。如满足，则结束检验，各储能按照Si·HiSoci(t)进行分配；若不满足，则更新i＝i+1，进入步骤(4)。
本实例的多储能系统的具体参数和结果拓扑如表1和图2所示。
表.1多储能系统的设备参数
Figure GDA0002993222970000043
基于DIgSILENT进行仿真实验，多储能系统功率分配的仿真结果如图3所示。图7给出了各储能SoC变化的具体过程，具体步骤描述如下。
第一步：在t＝0～2h，未投入策略，各储能功率为零。当t＝2h时，开始决策，微电网调度指令为Pneed＝47kW，无功功率Qneed＝7kVar，由于当前微电网负荷总功率为44kW+5kVar，光伏发出的总功率为零，可得储能分配的总需求值为(3+j2)kVA，经过决策最终选择按照Si·HiSoci(t)分配方法进行功率分配，其中储能1的功率分配值为(1.0909+j 0.7273)kVA，储能2的功率分配值为(0.2727+j 0.1818)kVA，储能3的功率分配值为(1.6364+j1.0909)kVA。
第二步：在t＝11h时，开始决策，微电网调度指令为Pneed＝-4kW，无功功率Qneed＝11kVar。由于当前微电网负荷总功率为25kW+11kVar，光伏发出的总功率为24kW，计算可得储能分配的总需求值为(-5+j0)kVA，经过决策最终选择按照Si·HiSoci(t)分配方法进行功率分配，其中储能1的功率分配值为(-1.2657+j 0)kVA，储能2的功率分配值为(-0.4450+j0)kVA，储能3的功率分配值为(-3.2892+j0)kVA。
第三步：在t＝15h时，开始决策，微电网调度指令为Pneed＝-12kW，无功功率Qneed＝11kVar。由于当前微电网负荷总功率为28kW+11kVar，光伏发出的总功率为25kW，计算可得储能分配的总需求值为(15+j0)kVA，经过决策最终选择按照Si分配方法进行功率分配，其中储能1的功率分配值为(6.6667+j 0)kVA，储能2的功率分配值为(3.3333+j 0)kVA，储能3的功率分配值为(5+j0)kVA。
第四步：在t＝16h时，开始决策，微电网调度指令为Pneed＝0kW，无功功率Qneed＝6kVar。由于当前微电网负荷总功率为19kW+6kVar，光伏发出的总功率为14kW，计算可得储能分配的总需求值为(5+j0)kVA，经过决策最终选择按照Si·HiSoci(t)分配方法进行功率分配，其中储能1的功率分配值为(0.8574+j 0)kVA，储能2的功率分配值为(0.3637+j 0)kVA，储能3的功率分配值为(3.7788+j0)kVA。
仿真结果验证了提出的策略能够简单有效解决多储能系统功率分配的问题，同时保证了系统实现在运行过程中的长期稳定运行。
以上对本发明所提供的一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法进行了详细介绍，本文中通过基于DIgSILENT的仿真实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法，其特征在于同时融合了以下两种储能功率分配方式：
(1)Si·HiSoci(t)功率分配法：在满足额定容量的约束下，按照储能系统变流器的视在容量、储能系统电池的额定容量以及储能系统电池当前的荷电状态综合因素进行等比例的分配；其中，Si、Hi、Soci(t)分别表示第i个储能系统变流器视在容量、储能系统电池的额定容量(Ah)和当前的荷电状态；
(2)Si功率分配法：按照各储能系统变流器的视在容量进行等比例分配；
当每个储能系统均满足储能系统总调度值M≤定义判定因子Ti，则利用Si·HiSoci(t)法进行储能分配；否则，则采用Si法进行功率分配。
2.根据权利要求1所述的一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法，其特征在于：为确定各储能系统的功率分配方案，定义判定因子Ti：
Figure FDA0003005732460000011
其中，Si、Hi、Soci(t)分别表示第i个储能系统变流器视在容量、储能系统电池的额定容量(Ah)和当前的荷电状态；n为PQ型储能系统的个数；当每个储能系统均满足储能系统总调度值M≤Ti，则利用Si·HiSoci(t)法进行储能分配；否则，则采用Si法进行功率分配。
3.根据权利要求1所述一种基于微电网调度指令的多储能系统功率分配复合方法，其特征在于：确定储能系统的功率分配方法有以下步骤：
(1)微电网与外电网之间的联络线功率调度指令为S0＝P0+jQ0，符号为正表示外电网向微电网输送功率，符号为负表示微电网向外电网输送功率，利用光伏发电功率SPV＝PPV+jQPV和负荷用电功率SL＝PL+jQL,计算出微电网储能总需求有功功率值Pneed＝P0-PPV+PL，总需求无功功率值Qneed＝Q0-QPV+QL；
(2)计算储能系统总调度值
Figure FDA0003005732460000012
(3)计算所有储能设备的判定因子的分母
Figure FDA0003005732460000013
初始化i＝1；
(4)计算第i个储能系统的判定因子Ti：
Figure FDA0003005732460000021
(5)判断第i储能系统的储能分配值是否会超出储能变流器额定容量的约束，即满足如下的条件：M＞Ti，满足该条件时检验结束，各储能按照Si法进行功率分配；若不满足这个条件，则进入步骤(6)；
(6)判断流程结束条件：i≥n，其中n为PQ型储能系统的个数；如满足，则结束检验，各储能按照Si·HiSoci(t)进行分配；若不满足，则更新i＝i+1，进入步骤(4)。
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Granted publication date: 20210608

License type: Common License

Record date: 20250218

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20180928

Assignee: KECHUAN ELECTRIC (CHONGQING) Co.,Ltd.

Assignor: SOUTH CHINA University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2025990000193

Denomination of invention: A composite method for power allocation of multiple energy storage systems based on microgrid scheduling instructions

Granted publication date: 20210608

License type: Common License

Record date: 20250514