CN110854851A - 一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于能量系统设计领域，特别涉及一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，包括如下步骤：建立系统运行的能量载荷谱；获取负载低谷值以及尖峰值；预设额定功率P_e以及储能系统容量C，初步计算功率上下阔值P₁、P₂：计算P₁时间段内的需释放的能量S₁，以及P₂时间段内的可存储的能量S₂；分别迭代计算S₁、S₂与储能系统容量C相同时的时间点；得到最终功率上下阔值P₁、P₂，进而获得系统的整体能量配置方案。本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，系统的上下阔值的计算是基于储能系统的能力进行迭代设计，对系统起到移峰填谷的合理权衡，能够优化系统运行工况，降低系统重量和设计裕度，合理分配能量流动。

Description

一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法

技术领域

本申请属于能量系统设计领域，特别涉及一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法。

背景技术

系统从供能到执行功能，要求发、输、变、配能和用能在同一瞬间完成，供能和用能之间必须随时保持平衡；很多系统运行工况复杂，系统能量供给需求时变特征明显，运行全过程中能量需求的峰值和峰谷差异性较大，而传统的系统能量转换部件设计点选取按照峰值进行设计，或是通过增加储能环节增加系统的调控能力，进而降低系统设计峰值来满足的系统最大能力需求；但是，目前没有特定的方法指导如何进行系统能量配置，仅依据储能装置的能量存储与释放能力同峰值进行简单的加减运算，进而确定系统峰值点，对于工况波动较大的系统，系统设计过程中的很容易造成能量配置方案不合理，导致系统设计裕度过大，系统重量增加；并且，系统运行在设计点工况区间小，系统整体效率低。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法。

本申请公开了一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，包括如下步骤：

步骤一、通过分析复杂时变能量系统运行工况，建立所述复杂时变能量系统运行的能量载荷谱，获得功率随时间的变化规律；

步骤二、根据功率随时间的变化规律，获取负载低谷值P_min以及尖峰值P_max；

步骤三、预设一个复杂时变能量系统的额定功率P_e以及储能系统容量C，根据如下关系式(1)、(2)，初步计算复杂时变能量系统的功率上下阔值P₁、P₂：

P₁＝P_max-P_e (1)；

P₂＝P_min+P_e (2)；

步骤四、通过如下公式(3)计算在功率上阔值P₁所对应的t₃，t₄时间段内的需释放的能量S₁，以及通过如下公式(4)计算在功率下阔值P₂所对应的t₁，t₂时间段内的可存储的能量S₂：

其中，式中P_l为连续的负载功率；P_l,t为离散化的负载功率，即在t时刻的负载功率；m，n为t₁，t₂时刻对应的离散化负载编号；i，j为t₃，t₄时时刻对应的离散化负载编号；Δt为功率采样时间间隔；

步骤五、通过迭代计算需释放的能量S₁与储能系统容量C相同时的时间点，以及通过迭代计算可存储的能量S₂与储能系统容量C相同时的时间点；

步骤六、将步骤五得到的时间点所对应的功率上下阔值P₁、P₂作为最终的功率上下阔值，从而确定储能装置在系统整个工作过程启动时间及启用方式。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤五中，如果S₁＞C，则通过如下公式(5)进行迭代：

P₁＝P₁+ΔP (5)；

直至公式(3)中的S₁≤C停止迭代，确定此时对应的t₃，t₄为储能系统放电时间段；

如果S₂＞C，则通过如下公式(7)进行迭代：

P₂＝P₂-ΔP (7)；

其中，迭代步长ΔP由P_e/100得到；

直至公式(4)中的S₁≤C停止迭代，确定此时对应的t₁，t₂为储能系统能量存储时间段。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤五中，如果S₁≤C，则作功率线Y₁＝P₁+P_e，并通过如下关系式(9)进行迭代：

进一步，通过如下公式(10)计算需释放的能量S₁：

直至S₁≥C停止迭代，确定此时对应的t₃，t₄为储能系统能量释放时间段；

如果S₂≤C，采用与上述S₁≤C相同的迭代方法，确定此时对应的t₁，t₂为储能系统能量存储时间段。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤五中，当迭代计算无法使得需释放的能量S₁和可存储的能量S₂与储能系统容量C相同时，在所述步骤五与步骤六之间还包括如下步骤：

返回步骤三，调整额定功率P_e以及储能系统容量C的值，并重复三至步骤五，直到能够迭代计算出需释放的能量S₁和可存储的能量S₂分别与储能系统容量C相同。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，系统的上下阔值的计算是基于储能系统的能力进行迭代设计，对系统起到移峰填谷的合理权衡，能够优化系统运行工况，降低系统重量和设计裕度，在降低系统峰值的情况下，减少系统部件工况波动，进而提升系统运行效率，合理分配能量流动。

附图说明

图1是本申请基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法中，针对步骤一的阔值法原理示意图；

图2是本申请基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法中，针对步骤五的一种阔值法原理示意图；

图3是本申请基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法中，针对步骤五的另一种阔值法原理示意图；

图4是通过本申请基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法得到的一具体实施例中阔值法削峰填谷负荷前后对比图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

本申请基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，是基于储能装置能力和系统运行的能量需求谱，通过迭代计算，合理确定系统的峰值设计点以及储能装置的能量存储与释放时间，通过迭代计算优化系统峰值设计点，既满足峰值功率需求，又能提升整体系统效率，更好的进行系统能量配置。

下面结合附图1-图4对本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法作进一步详细说明。

本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，可以包括如下步骤：

步骤一、通过分析复杂时变能量系统运行工况，建立所述复杂时变能量系统运行的能量载荷谱，获得功率随时间的变化规律；其中，如图1所示，该变化规律呈现出波动性。

步骤二、根据功率随时间的变化规律，获取负载低谷值P_min以及尖峰值P_max。

步骤三、预设一个复杂时变能量系统的额定功率P_e以及储能系统容量C，根据如下关系式(1)、(2)，初步计算复杂时变能量系统的功率上下阔值P₁、P₂：

P₁＝P_max-P_e (1)；

P₂＝P_min+P_e (2)。

步骤四、通过如下公式(3)计算在功率上阔值P₁所对应的t₃，t₄时间段内的需释放的能量S₁，以及通过如下公式(4)计算在功率下阔值P₂所对应的t₁，t₂时间段内的可存储的能量S₂：

其中，式中P_l为连续的负载功率；P_l,t为离散化的负载功率，即在t时刻的负载功率；m，n为t₁，t₂时刻对应的离散化负载编号；i，j为t₃，t₄时对应的离散化负载编号；Δt为功率采样时间间隔，本实施例中，进一步优选该值可由时间间隔平均分成100份得到。

步骤五、通过迭代计算需释放的能量S₁与储能系统容量C相同时的时间点，以及通过迭代计算可存储的能量S₂与储能系统容量C相同时的时间点。

需要说明的是，根据S₁、S₂与储能系统容量C的大小关系，可以步骤五的迭代计算方式可以有多种。

1、第一种情况，参见图1所示，当S₁＞C，且S₂＞C时：

1)如果S₁＞C，则通过如下公式(5)进行迭代：

P₁＝P₁+ΔP (5)；

直至上述公式(3)中的S₁≤C停止迭代，确定此时对应的t₃，t₄为储能系统放电时间段；另外，还可以通过如下公式(6)计算功率差P_b,t，即储能系统能量释放功率：

P_b,t＝P_l,t-P₁ (6)。

2)如果S₂＞C，则通过如下公式(7)进行迭代：

P₂＝P₂-ΔP (7)；

其中，迭代步长ΔP由P_e/100得到；

直至公式(4)中的S₁≤C停止迭代，确定此时对应的t₁，t₂为储能系统能量存储时间段；同样，此时可以通过如下公式(8)计算功率差P_b,t，即储能系统能量存储功率：

P_b,t＝P_l,t-P₂ (6)。

2、第二种情况，参见图2所示，当S₁≤C，且S₂≤C时：

1)如果S₁≤C，则作功率线Y₁＝P₁+P_e，并通过如下关系式(9)进行迭代：

进一步，此时可以通过如下公式(10)计算需释放的能量S₁：

其中，

是功率线Y₁所对应的时间点，i'，j'为

时刻对应的离散化负载编号；

直至S₁≥C停止迭代，确定此时对应的t₃，t₄为储能系统能量释放时间段；另外，在(t₃，t₃ ^*)与(t₄ ^*，t₄)时间段内释放功率为P_b,t＝P_l,t-P₁；(t₃ ^*，t₄ ^*)时间段内保持恒定能量释放功率P_e。

2)如果S₂≤C，此时采用与上述S₁≤C相同的迭代方法，确定此时对应的t₁，t₂为储能系统能量存储时间段，此处不再具体赘述。

3、第三种情况，参见图3所示，当S₁≤C，S₂≤C时，且功率曲线P_l与负载功率曲线存在多交点情况，此时迭代过程与能量释放时间段及其功率确定方法与上同理(可以是上述第一、二种情况的结合)，此处不再具体赘述。

需要说明的是，通过上述迭代方法，能够确定最终的功率上下阔值P₁、P₂；并且，当实际负荷大于上阔值P₁时储能系统释放能量，功率为上述公式(6)所示的功率差，功率差超出储能系统额定功率时，储能系统将以额定功率P_e恒功率释放能量；当实际功率负载小于下阔值P₂时储能系统进行能量存储，功率为上述公式(8)所示的功率差，功率差超出电池储能系统额定功率时，电池储能系统将以功率-P_e恒功率存储能量，此方法对于实际负载与预测负载谷峰出现时间存在偏差具有实时控制性。

步骤六、将步骤五得到的时间点所对应的功率上下阔值P₁、P₂作为最终的功率上下阔值，例如在上述第一种情况中，当S₁与C相等时，P₁＝P₁+ΔP能够得到一个固定值，此时的P₁即为最终的功率上下阔值P₁；功率上下阔值确定后，从而能够确定储能装置在系统整个工作过程启动时间(即功率上下阔值所对应的时间点)及启用方式(即选择释放或存储能量)，进而获得系统的整体能量配置方案。

进一步地，在上述步骤五中，当迭代计算无法使得需释放的能量S₁和可存储的能量S₂与储能系统容量C相同时，在步骤五与步骤六之间还包括如下步骤：

返回步骤三，调整额定功率P_e以及储能系统容量C的值，并重复三至步骤五，直到能够迭代计算出需释放的能量S₁和可存储的能量S₂分别与储能系统容量C相同。

具体地，调整额定功率P_e以及储能系统容量C的值包括：

1)将上述结果与系统内部预置的储能装置的能量存储与释放能力进行对比；

2)将储能装置的能力与系统新的峰值点和储能点所需的能量存储和能量补偿量值进行对比判断，确定储能装置能力是否能够匹配新的峰值点；

3)针对上述两点，对储能系统的额定功率以及容量进行调整。

进一步，下面将以一具体实例对本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法作进一步说明。

如图4所示，通过本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法得到，储能系统额定功率为2.5*10³kW，储能容量为2.4*10⁴kWh，通过后版面上去储能系统充电时间段为(125min，375min)，放电时间段为(1125min，1375min)，并最终使得系统最高功率值降低为原来的83％。

综上所述，本申请的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，系统的上下阔值的计算是基于储能系统的能力进行迭代设计，对系统起到移峰填谷的合理权衡，能够优化系统运行工况，降低系统重量和设计裕度，在降低系统峰值的情况下，减少系统部件工况波动，进而提升系统运行效率，合理分配能量流动。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、通过分析复杂时变能量系统运行工况，建立所述复杂时变能量系统运行的能量载荷谱，获得功率随时间的变化规律；

步骤二、根据功率随时间的变化规律，获取负载低谷值P_min以及尖峰值P_max；

步骤三、预设一个复杂时变能量系统的额定功率P_e以及储能系统容量C，根据如下关系式(1)、(2)，初步计算复杂时变能量系统的功率上下阔值P₁、P₂：

P₁＝P_max-P_e (1)；

P₂＝P_min+P_e (2)；

步骤四、通过如下公式(3)计算在功率上阔值P₁所对应的t₃，t₄时间段内的需释放的能量S₁，以及通过如下公式(4)计算在功率下阔值P₂所对应的t₁，t₂时间段内的可存储的能量S₂：

其中，式中P_l为连续的负载功率；P_l,t为离散化的负载功率，即在t时刻的负载功率；m，n为t₁，t₂时刻对应的离散化负载编号；i，j为t₃，t₄时刻对应的离散化负载编号；Δt为功率采样时间间隔；

步骤五、通过迭代计算需释放的能量S₁与储能系统容量C相同时的时间点，以及通过迭代计算可存储的能量S₂与储能系统容量C相同时的时间点；

步骤六、将步骤五得到的时间点所对应的功率上下阔值P₁、P₂作为最终的功率上下阔值，从而确定储能装置在系统整个工作过程启动时间及启用方式。

2.根据权利要求1所述的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，其特征在于，在所述步骤五中，如果S₁＞C，则通过如下公式(5)进行迭代：

P₁＝P₁+ΔP (5)；

直至公式(3)中的S₁≤C停止迭代，确定此时对应的t₃，t₄为储能系统放电时间段；

如果S₂＞C，则通过如下公式(7)进行迭代：

P₂＝P₂-ΔP (7)；

其中，迭代步长ΔP由P_e/100得到；

直至公式(4)中的S₁≤C停止迭代，确定此时对应的t₁，t₂为储能系统能量存储时间段。

3.根据权利要求1所述的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，其特征在于，在所述步骤五中，如果S₁≤C，则作功率线Y₁＝P₁+P_e，并通过如下关系式(9)进行迭代：

进一步，通过如下公式(10)计算需释放的能量S₁：

其中，

是功率线Y₁所对应的时间点，i'，j'为

时刻对应的离散化负载编号；

直至S₁≥C停止迭代，确定此时对应的t₃，t₄为储能系统能量释放时间段；

如果S₂≤C，采用与上述S₁≤C相同的迭代方法，确定此时对应的t₁，t₂为储能系统能量存储时间段。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于阔值法的复杂时变能量系统能量配置方法，其特征在于，在所述步骤五中，当迭代计算无法使得需释放的能量S₁和可存储的能量S₂与储能系统容量C相同时，在所述步骤五与步骤六之间还包括如下步骤：

返回步骤三，调整额定功率P_e以及储能系统容量C的值，并重复三至步骤五，直到能够迭代计算出需释放的能量S₁和可存储的能量S₂分别与储能系统容量C相同。

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