CN111049170A - 考虑温度损耗的调峰储能系统、运行优化方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了考虑温度损耗的调峰储能系统、运行优化方法和装置，该方法包括：获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式；获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本；建立关于所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数；获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；获取预测时刻的用电负荷和电价，根据目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行。

Description

考虑温度损耗的调峰储能系统、运行优化方法和装置

技术领域

本发明涉及电力控制技术领域，特别涉及一种考虑温度损耗的调峰储能系统、运行优化方法和装置。

背景技术

随着电力系统的不断发展，人们对于电能的需求不断增大，风、光等波动性新能源装机容量日益攀升。由于风能、太阳能本身具有波动性和间歇性，使得目前电力系统中的供求匹配愈加困难、设备利用率下降以及能源的接入优化更加复杂。为了提高可再生能源的并网效率，减少弃风、弃光现象的发生，急需提高可再生能源发电出力的精确性和可控性。在含风、光等分布式电源的区域电网中，储能系统可有效提高配电网对分布式电源的消纳能力，提高可再生能源渗透率，减少新能源并网引起的电压波动、频率波动等不良因素。

对于大量接入电网中的储能系统中的电池，需要反复进行充放电以调节电网功率平衡，而电池在反复充放电过程中将导致其容量衰减，从而减短其使用寿命，增加了储能成本。另外，目前电池主要由锂电池组成，锂电池的工作特性易受温度影响，锂电池工作环境的温度和锂电池工作时的自身温度过高或者过低都会导致锂电池老化加速，降低锂电池容量和充放电效率。

公开号CN105680464A，专利名称：一种考虑电池损耗的削峰填谷电池储能系统调度方法，该方法基于电力负荷的历史数据，使用ARIMA模型进行当日的电力负荷预测，并在预测负荷的基础上，定义了电池储能系统的削峰填谷优化模型，并引入电池的损耗模型，通过优化算法求解该模型，得到电池在各个时段的功率变化情况。但是，其只考虑了电池剩余电量对电池寿命的影响，未考虑温度对电池寿命的影响；在研究电池剩余电量对电池寿命的影响中，采用了简单的线性关系进行描述，误差较大，无法精确地表示电池剩余电量对电池寿命的影响。

公开号CN108471130A，专利名称：计及优化损耗的电池储能系统功率分配方案，该专利在优化模型中加入了储能系统的电池运行损耗成本加储能系统运行损耗成本的适应度函数值，并通过遗传算法求解得到储能系统中各电池的出力功率值。但是，其只是简单地使用充放电容量对应其损耗成本，不够精确，未考虑温度对电池寿命的影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种考虑温度损耗的调峰储能系统、运行优化方法及装置，旨在解决现有技术中在进行储能系统调度时，未考虑温度对电池寿命的影响的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，包括以下步骤：

获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，并根据所述不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式；

获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本；

建立有关所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数；

获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；

建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；

获取预测时刻的用电负荷和电价，根据所述预测时刻的用电负荷、电价、电池运行损耗、预设约束条件以及所述目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行。

优选的，所述温度与温度损耗之间的关系式为二次函数、高于二次的高阶函数、幂函数或者分段函数。

优选的，当所述温度与温度损耗之间的关系式为二次函数时，关系式为：

C_T＝-At²+Bt-C，

其中，C_T为温度损耗，A、B、C为系数，t为温度。

优选的，所述获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本的步骤包括：

获取电池在不同电池放电深度下的可实现循环次数，并根据所述不同电池放电深度下的可实现循环次数，获得电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式；

获取电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式中的固定参数值，并建立有关所述固定参数值、储能系统购置成本、电池放电深度的充放电损耗成本函数。

优选的，所述充放电损耗成本函数为：

其中，C_DOD为充放电损耗成本，C_R为储能系统购置成本，DOD为电池放电深度，a与b为固定参数值。

优选的，所述电池运行损耗函数为所述温度损耗乘以第一权重，以及，所述充放电损耗成本乘以第二权重，二者之和。

优选的，所述目标函数为：

其中，min(B)为最小电池运行成本，e_t为t时刻的电价，

为t时刻的电池运行损耗，P_load为t时刻的用电负荷，t为预测时刻，当电池充电时，P_t>0，当电池放电时，P_t<0。

优选的，所述预设约束条件包括：

储能电池的容量约束：

0≤E_t≤E_max

E_t+1＝E_t+P_t×(1h)

其中，E_t为电池当前储存的电量，E_max为电池最大电容量，E_t+1为电池t+1时刻储存的电量，E_t为电池当前储存的电量，P_t为t时刻内充放电功率。

电池充放电功率约束：

其中，P_c为充电功率，P_c ^max为最大充电功率，P_d为放电功率，P_d ^max为最小放电功率；

电池执行单一充电操作或放电操作的约束：

其中，P_c(t)为t时刻的充电功率，P_d(t)为t时刻的放电功率，当u(t)＝1时，电池执行充电操作或保持不变，当u(t)＝0时，电池执行放电操作或保持不变。

为实现上述目的，本发明提出的一种考虑温度损耗的调峰储能系统，包括：

温度损耗关系式建立模块，用于获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，并根据所述不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式；

充放电损耗成本获取模块，用于获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本；

电池运行损耗函数建立模块，用于建立关于所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数；

电池运行损耗计算模块，用于获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；

目标函数建立模块，用于建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；

调整模块，用于获取预测时刻的用电负荷和电价，根据所述预测时刻的用电负荷、电价、电池运行损耗、预设约束条件以及所述目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行。

为实现上述目的，本发明提出的一种计算机装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述任一所述的一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法。

本发明提出的技术方案，通过建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数，其中电池运行损耗不仅考虑了温度损耗，还考虑了充放电损耗，使电池运行损耗更精确，进一步使得求解目标函数获得的电池的充放电功率最优化，从而得到电池的最低运行成本，方法简单且精确，与当前的电池发展方向匹配，有远大的发展前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法一实施例的流程示意图；

图2为电池可实现循环次数与电池放电深度的曲线关系图；

图3为本发明一种考虑温度损耗的调峰储能系统一实施例的结构框架图；

图4为本发明计算机装置一实施例的结构框架图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的考虑温度损耗的调峰储能系统、运行优化方法和装置。

请参照图1，在本发明提出的一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法的一实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤S1，获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，并根据所述不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式。

具体地，储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗可以直接在电池的出厂说明上获取。根据多组数据，在MATLAB中进行拟合，获得温度与温度损耗之间的关系式。温度与温度损耗之间的关系式可能为二次函数、高于二次的高阶函数、幂函数或者分段函数。当所述温度与温度损耗之间的关系式为二次函数时，关系式为：

C_T＝-At²+Bt-C，

其中，C_T为温度损耗，A、B、C为系数，t为温度。

步骤S2，获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本。

具体地，获取充放电损耗成本的步骤包括：

步骤S21，获取电池在不同电池放电深度下的可实现循环次数，并根据所述不同电池放电深度下的可实现循环次数，获得电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式。请参照图2，图2为电池放电深度和可实现循环次数的拟合曲线，根据该拟合曲线，可以获得相应的关系式。

步骤S22，获取电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式中的固定参数值，并建立有关所述固定参数值、储能系统购置成本、电池放电深度的充放电损耗成本函数。如果根据电池放电深度和可实现循环次数的拟合曲线，得到的电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式为y＝ax+b，其中y为可实现循环次数，x为电池放电深度，a和b即为该关系式中的固定参数。

建立的充放电损耗成本函数为：

其中，C_DOD为充放电损耗成本，C_R为储能系统购置成本，DOD为电池放电深度，a与b为固定参数值。

步骤S3，建立关于所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数。

具体地，电池运行成本函数可以为所述温度损耗乘以第一权重，以及，所述充放电损耗成本乘以第二权重，二者之和。也即电池运行成本函数为：

C_loss＝λ₁C_DOD+λ₂C_T

其中，λ₁为第一权重系数；λ₂为第二权重系数；C_loss为总损耗值。

当计算电池运行成本时，若不考虑除温度损耗和充放电损耗成本以外的因素，则λ₁+λ₂可以等于1。

步骤S4，获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；

步骤S5，建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；

步骤S6，获取预测时刻的用电负荷和电价，根据所述预测时刻的用电负荷、电价、电池运行损耗、预设约束条件以及所述目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行。

具体地，电价根据电网公司的分时电价政策，将一天划分为24个时段，以1小时为1个时段。在进行储能系统的调整时，可以以1小时为单位进行调整，也即获取某一小时的用电负荷、电价、温度和电池的放电深度。

目标函数为：

其中，min(B)为最小电池运行成本，e_t为t时刻的电价，

为t时刻的电池运行损耗，P_load为t时刻的用电负荷，t为预测时刻，当电池充电时，P_t>0，当电池放电时，P_t<0。

目标函数的约束条件如下：

电池的容量约束：

0≤E_t≤E_max

E_t+1＝E_t+P_t×(1h)

其中，E_t为电池当前储存的电量，E_max为电池最大电容量，E_t+1为电池t+1时刻储存的电量，E_t为电池当前储存的电量，P_t为t时刻内充放电功率。

电池充放电功率约束：

其中，P_c为充电功率，P_c ^max为最大充电功率，P_d为放电功率，P_d ^max为最小放电功率；

电池执行单一充电操作或放电操作的约束：

其中，P_c(t)为t时段的充电功率，P_d(t)为t时段的放电功率，当u(t)＝1时，电池执行充电操作或保持不变，当u(t)＝0时，电池执行放电操作或保持不变。

具体可以通过遗传算法、粒子群算法或者其他求解器来计算目标函数，得到P_t。计算出每小时充放电功率最优解，根据最优调整储能系统在预测时刻的运行。

上述步骤中，步骤S1与步骤S2为并列关系，步骤S1与步骤S2的顺序调换并不影响方法的正常实施，且步骤S4与步骤S5的先后调换也不影响方法的正常实施。

本发明提出的技术方案，通过建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数，其中电池运行损耗不仅考虑了温度损耗，还考虑了充放电损耗，使电池运行损耗更精确，进一步使得求解目标函数获得的电池的充放电功率最优化，从而得到电池的最低运行成本，方法简单且精确，与当前的电池发展方向匹配，有远大的发展前景。

请参照图3，图3为一种考虑温度损耗的调峰储能系统的一实施例，其包括：

温度损耗关系式建立模块11，用于获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，并根据所述不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式；

充放电损耗成本获取模块12，用于获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本；

电池运行损耗函数建立模块13，用于建立关于所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数；

电池运行损耗计算模块14，用于获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；

目标函数建立模块15，用于建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；

调整模块16，用于获取预测时刻的用电负荷和电价，根据所述预测时刻的用电负荷、电价、电池运行损耗、预设约束条件以及所述目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行

本系统可以精确、全面地考虑了储能系统运行损耗所带来的成本，对储能系统的运行进行优化，使得电池的充放电功率最优化，从而得到储能系统的最低运行成本。

请参照图4，图4为一种计算机装置的一实施例，其包括存储器21、处理器22以及存储在存储器21上的计算机程序23。工作时计算机程序23被处理器22执行时，实现上述的一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法。

本装置在其存储器21上存储的与一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，可以精确、全面地考虑了电池运行损耗所带来的成本，使得电池的充放电功率最优化，从而得到储能系统的最低运行成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第X实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料、方法步骤或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，并根据所述不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式；

获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本；

建立有关所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数；

获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；

建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；

获取预测时刻的用电负荷和电价，根据所述预测时刻的用电负荷、电价、电池运行损耗、预设约束条件以及所述目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行。

2.如权利要求1所述的考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，所述温度与温度损耗之间的关系式为二次函数、高于二次的高阶函数、幂函数或者分段函数。

3.如权利要求2所述的考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，当所述温度与温度损耗之间的关系式为二次函数时，关系式为：

C_T＝-At²+Bt-C，

其中，C_T为温度损耗，A、B、C为系数，t为温度。

4.如权利要求1所述的考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，所述获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本的步骤包括：

获取电池在不同电池放电深度下的可实现循环次数，并根据所述不同电池放电深度下的可实现循环次数，获得电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式；

获取电池放电深度与可实现循环次数之间的关系式中的固定参数值，并建立有关所述固定参数值、储能系统购置成本、电池放电深度的充放电损耗成本函数。

5.如权利要求4所述的考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，

所述充放电损耗成本函数为：

其中，C_DOD为充放电损耗成本，C_R为储能系统购置成本，DOD为电池放电深度，a与b为固定参数值。

6.如权利要求1-5任一项所述的考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，所述电池运行损耗函数为所述温度损耗乘以第一权重，以及，所述充放电损耗成本乘以第二权重，二者之和。

7.如权利要求1-5任一项所述的考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，所述目标函数为：

其中，min(B)为最小电池运行成本，e_t为t时刻的电价，

为t时刻的电池运行损耗，P_load为t时刻的用电负荷，t为预测时刻，当电池充电时，P_t>0，当电池放电时，P_t<0。

8.据权利要求7所述的一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法，其特征在于，所述预设约束条件包括：

电池的容量约束：

0≤E_t≤E_max

E_t+1＝E_t+P_t×(1h)

其中，E_t为电池当前储存的电量，E_max为电池最大电容量，E_t+1为电池t+1时刻储存的电量，E_t为电池当前储存的电量，P_t为t时刻内充放电功率。

电池充放电功率约束：

其中，P_c为充电功率，P_c ^max为最大充电功率，P_d为放电功率，P_d ^max为最小放电功率；

电池执行单一充电操作或放电操作的约束：

其中，P_c(t)为t时刻的充电功率，P_d(t)为t时刻的放电功率，当u(t)＝1时，电池执行充电操作或保持不变，当u(t)＝0时，电池执行放电操作或保持不变。

9.一种考虑温度损耗的调峰储能系统，其特征在于，包括：

温度损耗关系式建立模块，用于获取储能系统中的电池在不同温度下的运行损耗，并根据所述不同温度下的运行损耗，获得温度与温度损耗之间的关系式；

充放电损耗成本获取模块，用于获取电池在任意放电深度下进行任意功率的充放电所带来的充放电损耗成本；

电池运行损耗函数建立模块，用于建立关于所述温度损耗和所述充放电损耗成本的电池运行损耗函数；

电池运行损耗计算模块，用于获取预测时刻的温度和电池放电深度，根据所述电池运行损耗函数计算预测时刻的电池运行损耗；

目标函数建立模块，用于建立有关用电负荷、电价、充放电功率和电池运行损耗的求解最小电池运行成本的目标函数；

调整模块，用于获取预测时刻的用电负荷和电价，根据所述预测时刻的用电负荷、电价、电池运行损耗、预设约束条件以及所述目标函数计算充放电功率，并根据所述充放电功率调整储能系统在预测时刻的运行。

10.一种计算机装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一所述的一种考虑温度损耗的调峰储能系统运行优化方法。

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