CN112103979B - 一种综合储能系统的协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种综合储能系统的协调控制方法,包括如下步骤:步骤1、建立储能的等效循环寿命模型;步骤2、对储能成本进行建模分析;步骤3、将储能系统分成具有不同充放电特性的多组储能,进行综合储能系统的协调控制。本发明提出的综合储能系统的协调控制方法,可以提高综合储能系统的利用效率,减小系统的充放电切换次数,降低系统整体的运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域,尤其涉及一种综合储能系统的协调控制方法。
背景技术
近年来,储能技术在传统发电领域、输配电领域、电力需求领域、辅助服务领域和新能源接入领域等得到了广泛应用,对社会和经济的发展产生了极大的影响。目前,许多国家已经把储能产业列入国家级战略产业,并出台了相应的鼓励政策及其持续性投入,以促进储能行业不断创新。
储能系统作为智能电网中的关键环节,可以有效实现需求侧管理,消除昼夜间峰谷差,平滑功率波动,不仅可以提高电力设备运行效率,降低供电成本,还能促进可再生能源的应用,提高系统运行稳定性、调频调压、补偿负荷波动等。因此,本发明重点研究综合储能系统协调控制方法,以实现储能系统的经济性运行。
中国专利201410777984.4公开了一种储能控制系统及方法,储能控制系统包括AC/DC整流模块、隔离变压器、双向DC/DC变换模块、开关电路和第一超级电容模组,在电网故障停电时,第一超级电容模组通过导通的开关电路为直流负载供电,在电压下降到第一预设范围内且开关电路断开后,通过双向DC/DC变换模块继续为直流负载供电。
中国专利201711057969.2公开了一种储能电池串并联均衡控制方法,控制方案将多个储能电池串并联接入系统,通过对串并联储能电池进行独立控制,可解决储能电池在直接串并联使用时遇到的不均衡问题,尤其是串联,在系统运行时,串联的储能电池数量为N,根据储能电池的荷电状态SOC进行比较,采用串并联均衡控制方法,最终使得所有储能电池的荷电状态SOC都趋于一致,可提高系统效率及储能电池利用率,实现储能电池的优化管理。
上述的研究主要侧重于储能系统本身的控制,对系统内部的协调控制研究较少,使得整个系统的运行不够优化,使用寿命和技术经济性较低。
发明内容
为克服现有技术的缺点,本发明提出一种综合储能系统的协调控制方法。首先,建立储能的等效循环寿命模型;然后,对储能的成本进行建模分析;最后,将储能系统分成具有不同充放电特性的多组储能,进而分析综合储能系统的运行成本,提出综合储能协调控制方法。
本发明提出一种综合储能系统的协调控制方法,包括如下步骤:
步骤1、建立储能等效循环寿命模型;
步骤2、对储能成本进行建模分析;
步骤3、将储能系统分成具有不同充放电特性的多组储能,进行综合储能系统的协调控制。
进一步的,所述步骤1建立储能等效循环寿命模型的过程如下:
应用四阶函数来反映蓄电池储能循环寿命N和放电深度DOD的关系:
N=-3278DOD4-5DOD3+12823DOD2-14122DOD+5112 (1)
式中,DOD为蓄电池储能放电深度,取值为0-1;
储能第i次循环的等效循环寿命为:
式中,N(DOD(i))为放电深度为DOD(i)时的循环寿命,第i次的放电深度DOD(i),通过公式(1)求得相应的循环寿命N(DOD(i)),然后,通过公式(2)求得等效循环寿命;N(1)为放电深度为1时的循环寿命;
整个工作周期内的等效总循环寿命为每个周期内的等效循环寿命累计之和:
Ne,total=∑Ne(DOD(i)) (3)。
进一步的,所述步骤2对储能成本进行建模分析,储能成本包括初始成本、更换成本和运维成本;
1)初始成本为:
Ic=ep*Pr+ec*Cr (4)
式中,ep和ec分别为储能的功率单价和容量单价,Pr和Cr分别为储能的额定功率和额定容量;
2)更换成本为:
Rc=n*(ep*Pr+ec*Cr) (5)
式中,n为储能的更换次数;
3)运维成本为:
Oc=Tc*mc*Cr (6)
式中,Tc为服役时间,mc为维护单价;
故,总成本为:
Cc=Ic+Rc+Oc (7)。
进一步的,所述步骤3综合储能系统协调控制方法如下:
1)将储能T平均分成储能A1、储能A2、储能B1和储能B2,各个储能的功率、容量均相等;
2)四组储能的初始荷电状态SOC均为0.5,储能A1和A2初始均为放电状态,储能B1和B2初始均为充电状态,即储能A1和A2的充放电状态相同,储能B1和B2的充放电状态相同;
3)当储能A1放电到下限时,由储能A2继续放电;当储能B1充电到上限时,由储能B2继续充电;当储能A2放电到下限时或储能B2充电到上限时,储能A1和A2均由放电状态切换为充电状态,储能B1和B2均由充电状态切换为放电状态,以此循环直到运行条件全部满足。
进一步的,所述步骤3综合储能系统协调控制方法还包括:
当需要补偿最大放电功率时,此时储能A1和A2为放电状态,储能B1和B2为充电状态,最大放电功率需要四组储能同时放电才能够满足要求;分为两种情况:
①第一种情况
当储能A1参与功率补偿时,如果储能A2、储能B1和储能B2的荷电状态SOC均高于某阈值,即能够满足放电运行条件,则依次参与功率补偿,如果某一储能不满足运行条件,则不参与功率补偿;如果存在未补偿功率,即补偿后的总功率仍未达到需要补偿的功率值,则产生惩罚成本:
cp=ΔP*Δt*ec (8)
式中,ΔP为未补偿的功率,Δt为采样率,ec为储能的容量单价;
②第二种情况
当储能A1不参与功率补偿时,则储能A2首先参与功率补偿,如果储能B1和储能B2的荷电状态SOC均高于某阈值,具有放电能力,则依次参与功率补偿,反之,则不参与功率补偿;未补偿功率部分产生惩罚成本。
有益效果
本发明提出的综合储能系统的协调控制方法,可以提高综合储能系统的利用效率,减小系统的充放电切换次数,降低系统整体的运行成本。
附图说明
图1(a)综合储能系统一组储能示意图;
图1(b)综合储能系统四组储能示意图;
图2储能A1参与功率补偿方法;
图3储能A1不参与功率补偿方法;
图4储能功率;
图5储能能量变化;
图6储能SOC;
图7四组储能的功率;
图8四组储能的功率局部图;
图9四组储能的荷电状态SOC。
具体实施方式
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、完整的描述,显然,所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例,提出一种综合储能系统的协调控制方法,包括如下步骤:
步骤1、建立储能等效循环寿命模型;
步骤2、对储能成本进行建模分析;
步骤3、将储能系统分成具有不同充放电特性的多组储能,进行综合储能系统的协调控制。
具体的,步骤1、建立储能等效循环寿命模型如下:
放电深度、充放电次数等是表征储能循环寿命的关键因素,本发明应用四阶函数来反映蓄电池储能循环寿命N和放电深度DOD的关系:
N=-3278DOD4-5DOD3+12823DOD2-14122DOD+5112 (1)
式中,DOD为蓄电池储能放电深度,取值为0-1。
储能第i次循环的等效循环寿命为:
式中,N(DOD(i))为放电深度为DOD(i)时的循环寿命,第i次的放电深度DOD(i),通过公式(1)求得相应的循环寿命N(DOD(i)),然后,通过公式(2)求得等效循环寿命;N(1)为放电深度为1时的循环寿命;
整个工作周期内的等效总循环寿命为每个周期内的等效循环寿命累计之和。
Ne,total=∑Ne(DOD(i)) (3)
步骤2、对储能成本进行建模分析;
具体的,对储能成本进行建模分析,储能成本包括初始成本、更换成本和运维成本。
1)初始成本
Ic=ep*Pr+ec*Cr (4)
式中,ep和ec分别为储能的功率单价和容量单价,Pr和Cr分别为储能的额定功率和额定容量。
2)更换成本
Rc=n*(ep*Pr+ec*Cr) (5)
式中,n为储能的更换次数。
3)运维成本
Oc=Tc*mc*Cr (6)
式中,Tc为服役时间,mc为维护单价。
故,总成本为:
Cc=Ic+Rc+Oc (7)
步骤3、将储能系统分成具有不同充放电特性的多组储能,进行综合储能系统的协调控制。
参见图1(a),传统的储能为单储能,由于单组储能使用时,储能充放电状态切换频繁,对储能循环寿命有较大影响。为了降低储能运行的成本,本发明建立综合储能协调控制方法,参见图1(b),将储能系统分为四组储能进行控制,具体如下:
1)参见图2,将储能T平均分成储能A1、储能A2、储能B1和储能B2,包括功率和容量;
2)四组储能的初始荷电状态SOC均为0.5,假定储能A1和A2初始均为放电状态,储能B1和B2初始均为充电状态,即储能A1和A2的充放电状态相同,储能B1和B2的充放电状态相同;
3)当储能A1放电到下限时,由储能A2继续放电;当储能B1充电到上限时,由储能B2继续充电;当储能A2放电到下限时或储能B2充电到上限时,储能A1和A2均由放电状态切换为充电状态,储能B1和B2均由充电状态切换为放电状态,以此循环直到运行条件全部满足;
4)以需要补偿的最大放电功率为例进行控制方法的说明,此时储能A1和A2为放电状态,储能B1和B2为充电状态,最大放电功率需要四组储能同时补偿才能够满足要求。控制方法分为两种情况:
①第一种情况
当储能A1参与功率补偿时,如果储能A2、储能B1和储能B2的荷电状态SOC均高于某阈值,即能够满足放电运行条件,则依次参与功率补偿,如果某一储能不满足运行条件,则不参与功率补偿;如果存在未补偿功率,即补偿后的总功率仍未达到需要补偿的功率值,则产生惩罚成本:
cp=ΔP*Δt*ec (8)
式中,ΔP为未补偿的功率,Δt为采样率,ec为储能的容量单价;
②第二种情况
参见图3,当储能A1不参与功率补偿时,则储能A2首先参与功率补偿,如果储能B1和储能B2的荷电状态SOC均高于某阈值,具有放电能力,则依次参与功率补偿,反之,则不参与功率补偿;未补偿功率部分产生惩罚成本。
算例分析
本发明基于蓄电池储能进行控制方法的分析,其成本见表1。
表1储能成本
图4为储能功率,采样率为1s,最大充放电功率为11.7644MW。
对储能功率进行时间的积分,即可得到储能的能量变化,如图5所示。其中最大能量为0.2884MWh,最小能量为-0.1062MWh。
因此,为综合储能系统配置的最大充放电功率为12MW,配置的容量为0.6MWh。
图6为储能的SOC。当该储能功率被单组储能系统补偿时,求得其运行成本为28.42万元。
采用综合储能协调控制方法进行仿真分析时,将储能系统平均分为四组储能,每组储能的最大充放电功率为3MW,容量为0.15MWh。
四组储能功率的仿真结果如图7所示。3338s-3357s时间段的仿真结果如图8所示。此时,储能B1和B2充电,储能A1和A2本该放电,且该时间段,四组储能均未达到运行限制。当储能T充电功率大于3*3MW时,储能B1、储能B2和储能A1均充电,且功率均为最大值3MW,剩余的功率由储能A2充电补偿。当储能T充电功率大于2*3MW时,储能B1和储能B2均为最大功率值3MW充电,剩余的功率由储能A1充电补偿。当储能T充电功率大于3MW时,储能B1以最大功率值3MW充电,剩余的功率由储能B2充电补偿。当储能T充电功率不大于3MW时,储能B1补偿全部充电功率。
四组储能的SOC如图9所示。当储能A2或储能B2的SOC达到上限或者下限时,储能A1和A2、储能B1和B2两类储能的充放电状态相互切换。
表1给出了单组储能和四组储能的充放电切换次数,可以看出,四组储能的充放电切换次数大幅度降低,这能够有效的提高储能的使用寿命。
再者,通过协调控制方法得到的储能系统运行成本为15.24万元,较单组储能的28.42万元成本较低,因此,本发明的综合储能系统控制方法有效。
表1储能充放电切换次数
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,且应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种综合储能系统的协调控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、建立储能等效循环寿命模型;
步骤2、对储能成本进行建模分析;
步骤3、将储能系统分成具有不同充放电特性的多组储能,进行综合储能系统的协调控制;具体如下:
1)将储能T平均分成储能A1、储能A2、储能B1和储能B2,各个储能的功率、容量均相等;
2)四组储能的初始荷电状态SOC均为0.5,储能A1和A2初始均为放电状态,储能B1和B2初始均为充电状态,即储能A1和A2的充放电状态相同,储能B1和B2的充放电状态相同;
3)当储能A1放电到下限时,由储能A2继续放电;当储能B1充电到上限时,由储能B2继续充电;当储能A2放电到下限时或储能B2充电到上限时,储能A1和A2均由放电状态切换为充电状态,储能B1和B2均由充电状态切换为放电状态,以此循环直到运行条件全部满足;
所述步骤3综合储能系统协调控制包括:
当需要补偿最大放电功率时,此时储能A1和A2为放电状态,储能B1和B2为充电状态,最大放电功率需要四组储能同时放电才能够满足要求;分为两种情况:
①第一种情况
当储能A1参与功率补偿时,如果储能A2、储能B1和储能B2的荷电状态SOC均高于某阈值,即能够满足放电运行条件,则依次参与功率补偿,如果某一储能不满足运行条件,则不参与功率补偿;如果存在未补偿功率,即补偿后的总功率仍未达到需要补偿的功率值,则产生惩罚成本:
cp=△P*△t*ec (8)
式中,△P为未补偿的功率,△t为采样率,ec为储能的容量单价;
②第二种情况
当储能A1不参与功率补偿时,则储能A2首先参与功率补偿,如果储能B1和储能B2的荷电状态SOC均高于某阈值,具有放电能力,则依次参与功率补偿,反之,则不参与功率补偿;未补偿功率部分产生惩罚成本。
2.根据权利要求1所述的一种综合储能系统的协调控制方法,其特征在于:
所述步骤1建立储能等效循环寿命模型的过程如下:
应用四阶函数来反映蓄电池储能循环寿命N和放电深度DOD的关系:
N=-3278DOD4-5DOD3+12823DOD2-14122DOD+5112 (1)
式中,DOD为蓄电池储能放电深度,取值为0-1;
储能第i次循环的等效循环寿命为:
式中,N(DOD(i))为放电深度为DOD(i)时的循环寿命,第i次的放电深度DOD(i),通过公式(1)求得相应的循环寿命N(DOD(i)),然后,通过公式(2)求得等效循环寿命;N(1)为放电深度为1时的循环寿命;
整个工作周期内的等效总循环寿命为每个周期内的等效循环寿命累计之和:
Ne,total=∑Ne(DOD(i)) (3)。
3.根据权利要求1所述的一种综合储能系统的协调控制方法,其特征在于:
所述步骤2对储能成本进行建模分析,储能成本包括初始成本、更换成本和运维成本;
1)初始成本为:
Ic=ep*Pr+ec*Cr (4)
式中,ep和ec分别为储能的功率单价和容量单价,Pr和Cr分别为储能的额定功率和额定容量;
2)更换成本为:
Rc=n*(ep*Pr+ec*Cr) (5)
式中,n为储能的更换次数;
3)运维成本为:
Oc=Tc*mc*Cr (6)
式中,Tc为服役时间,mc为维护单价;
故,总成本为:
Cc=Ic+Rc+Oc (7)。
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