CN112383072B - 一种基于5g通信的混合储能调控方法 - Google Patents

一种基于5g通信的混合储能调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于5G通信的混合储能调控方法。基于5G通信技术建立统一信息储存和处理平台和5G传输路径，在平台实现对间歇式能源输出功率的快速预测，并对达到处理阈值的预测点功率进行分解，确定混合储能的功率分配策略，当预测点输出功率波动达到反应阈值时，通过5G传输路径快速下达指令。本发明所提的方法有效实用，有效减少了混合储能平抑功率波动过程中的时延，使混合储能更快响应指令，完成功率波动平抑。

Description

一种基于5G通信的混合储能调控方法
技术领域
本发明属于混合储能控制领域，特别涉及一种基于5G通信的混合储能调控方法。
背景技术
为减少间歇式能源的输出功率波动，混合储能系统参与间歇式能源输出功率波动平抑的过程中，存在着网络时延或阻塞、信息多次中转等问题，导致混合储能系统在实际应用中往往无法实时响应主网的调控指令，能量型储能的输出功率剧烈变化，造成其循环寿命减少。
经过对现有技术的文献检索发现，含混合储能的光伏微电网系统协调控制策略（卢锦玲,张伟,张祥国,何同祥,闻若彤.含混合储能的光伏微电网系统协调控制策略[J/OL].电力系统及其自动化学报:1-7[2020-11-08].）设计了功率分配型二阶低通滤波控制策略对系统功率波动进行波动，结合储能元件荷电状态切换储能元件的工作状态，并采用改进的变步长扰动观察法实现最大功率点跟踪，增强了系统运行稳定性；风光储出力波动抑制策略（王飞林,崔双喜,杜玉婵,刘星.风光储出力波动抑制策略[J].电气传动,2020,50(09):66-71.）提出了基于CEEMDAN分解的混合储能平抑风光出力波动的控制方法，利用CEEMDAN分解风光输出功率，通过模糊控制实现对平抑功率的再分配和协调控制，有效降低频繁充放电对蓄电池使用寿命的不利影响；公开发明专利CN105162153A提出了一种混合储能控制方法，基于储能单元的荷电状态限制，通过傅里叶变换和二阶低通滤波简单确定混合储能中各储能单元需平抑功率；公开发明专利CN108599276A提出了一种考虑二次分配的混合储能功率分配方法，利用混合储能二次分配算法分配功率，与传统高通滤波混合储能方法相比，提高了指令的完成率和能量型储能的寿命周期。以上文献通过不同算法增强了混合储能平抑间歇式能源功率波动的稳定性，细化了对混合储能的控制策略，但都没有对平抑过程存在的时延进行有效改进，且控制时间较长。
5G通信技术具有高可靠、低时延和连续广域覆盖的特性，相比其他无线通信方式，可有效提高信息传输速度和安全性。同时，利用5G的网络虚拟化技术，建立完全切割的不同专有网络，可以实现按需定制、动态编排。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种基于5G通信的混合储能调控方法，利用5G通信技术建立的统一信息储存和处理平台和传输路径，完成间歇式能源功率的快速预测和分解、并制订相应的功率分配策略，当实时发生功率波动时，快速向混合储能系统下达指令，完成功率补偿。
具体提供了一种基于5G通信的混合储能调控方法，包含步骤如下：
步骤一：通过5G信息传输路径，时刻在统一信息储存和处理平台完成对间歇式能源的运行状态、环境因素以及各混合储能单元的荷电状态的实时数据进行采集、监测和储存；
步骤二：对统一信息储存和处理平台储存的间歇式能源相关历史数据进行训练，建立功率快速预测模型；当模型预测间歇式能源在t时刻的预测输出功率 P forecast (t)达到处理阈值P 1时，利用BAW滤波器和自适应变分模态分解法对P forecast (t)快速进行二次分解，得到所述混合储能在t时刻的总充放电功率P hess (t)的高频分量P H (t)和低频分量P L (t)；
步骤三：根据所述5G信息传输路径实时反馈的储能单元特性、荷电状态等信息，统一信息储存和处理平台提前制订合适的功率分配策略；
步骤四：达到预测时间点时，若检测到t时刻的实时输出功率P(t)达到反应阈值P 2，由统一信息储存和处理平台直接向策略匹配的储能单元下达充放电指令，分别补偿对应高频分量P H (t)和低频分量P L (t)，其余储能单元状态不变；同时，所述统一信息储存和处理平台根据t时刻的实时输出功率P(t)和所述匹配的储能单元充放电过程中荷电状态变化，实时调整匹配对象，由所述5G信息传输路径直接向需调控的储能单元下达出力状态改变指令。
所述的P(t)是指t时刻的实时输出功率。
进一步地，利用5G通信技术建立所述统一信息储存和处理平台，所述统一信息储存和处理平台设置数据报文的优先级为功率性储能单元的数据流优先于能量型储能单元的数据流；所述统一信息储存和处理平台包括统一信息储存和处理模块、指令控制模块、通信模块；所述统一信息储存和处理模块通过网络虚拟化切割为不同虚拟子网络，对数据进行储存和同时刻不同处理；所述指令控制模块通过网络虚拟化切割为不同虚拟子网络，对不同指令进行同时控制；所述通信模块通过所述路径连接多区域、多数量的混合储能单元。
进一步地，所述环境因素包括气象因素、经济因素、地理因素；选取统一信息储存和处理平台的存储数据中间歇式能源运行状态、环境因素的历年某日数据作为训练集训练模型，建立功率快速预测模型。
进一步地，所述反应阈值P 2为间歇式能源并入主网所要求的最大波动功率值；处理阈值P 1与反应阈值P 2应满足关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
位于区间域（0.9,1）。
进一步地，所述5G信息传输路径利用5G通信技术，通过毫米波通信频段完成所述平台和所述混合储能单元之间控制指令、状态数据的双向实时通信。
有益效果：本发明将5G通信技术应用于混合储能系统调控中，相比现有的混合储能控制方法，依靠的5G通信技术高可靠、低时延、连续广域覆盖的特性，对混合储能的控制精度和安全性更高，使可控制的混合储能范围更大、数量更多、响应速度更快。本发明可有效解决调控过程中由于计算速度慢、信息中转次数过多、调控指令下达过慢，而造成的混合储能响应速度过慢、平抑效果差问题，使混合储能系统更好地实现平移波动的作用。通过利用5G通信技术建立的统一信息储存和处理平台和传输路径，完成间歇式能源功率的快速预测和分解、并制订相应的功率分配策略，当实时发生功率波动时，快速向混合储能系统下达指令，完成功率补偿。
附图说明
图1是基于5G通信的混合储能调控平台和传输路径结构图。
图2是基于5G通信的混合储能调控的流程图。
图3是基于5G通信的混合储能调控的简略流程图。
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介绍，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，对利用5G通信技术建立的统一信息储存和处理平台和5G传输路径做出以下设置：
（1）设置平台中数据报文的优先级为功率性储能单元的数据流优先于能量型储能单元的数据流。
（2）统一信息储存和处理平台划分为统一信息储存和处理模块、指令控制模块、通信模块。统一信息储存和处理模块通过网络虚拟化切割为不同虚拟子网络，对数据进行储存和同时刻不同处理；指令控制模块通过网络虚拟化切割为不同虚拟子网络，对不同指令进行同时控制；通信模块通过5G传输路径连接多区域、多数量的混合储能单元。
（3）5G传输路径通过毫米波通信频段，完成平台和混合储能单元之间控制指令、状态数据的双向实时通信。
（4）通过5G信息传输路径，统一信息储存和处理平台完成对实时数据的采集、监测和处理；所述实时数据包括间歇式能源的运行状态、气象因素、经济因素，以及各混合储能单元的荷电状态。
通过利用5G通信技术设置的统一信息储存和处理平台，增加信息计算速度和控制精度；同时通过利用5G通信技术设置的5G传输路径，扩大控制范围，增加混合储能调控过程的安全性，降低混合储能调控过程中的信息中转次数，使统一信息储存和处理平台与混合储能之间可以直接双向实时通信，加快混合储能的响应速度，提高平抑效果。
如图2和3所示，基于5G通信的混合储能调控方法具体步骤如下：
步骤一：在统一信息储存和处理平台模块的某一虚拟子网络，利用XGboost算法以秒为采集点单位，对平台储存的间歇式能源相关历史数据进行训练，作为训练集训练模型，建立负荷快速预测模型；模型中各因素样本权重
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的训练公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中：x i 为模型参数，y i 为样本权重，I为第i个样本数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
为第i个样本的权重，G m 为第i个分类器，err m 为错误率，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为目标函数。
利用负荷快速预测模型和当日样本的预测数据对当日负荷进行预测，得到间歇式能源的在t时刻的预测输出功率P forecast (t)。
步骤二：判断预测的间歇式能源输出功率P forecast (t)是否达到处理阈值P 1，若达到，先利用BAW滤波器对P forecast (t)进行第一次快速分解，得到t时刻符合规定的并网功率P grid (t)和混合储能总充放电功率P hess (t)；再利用自适应变分模态分解法对所述混合储能总充放电功率P hess (t)进行第二次快速分解，得到高频分量P H (t)和低频分量P L (t)。所述各功率关系式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
步骤三：根据混合储能中各储能单元的类型、实时荷电状态和分组确定功率分配策略。
策略具体内容如下：
当能量型储能的输出功率剧烈变化，会造成其循环寿命减少。因此，当各储能单元的荷电状态均在正常范围内时，由功率型储能补偿高频分量P H (t)，由能量型储能补偿低频分量P L (t)；当正在补偿分量的功率型储能单元（能量型储能单元）荷电状态不满足要求时，停止工作，由荷电状态正常的功率型储能单元（能量型储能单元）继续补偿；当所有功率型储能单元的荷电状态因超出正常范围停止工作时，由荷电状态正常的能量型储能单元承担剩余高频分量的平抑任务；当所有能量型储能单元的荷电状态因超出正常范围停止工作时，由荷电状态正常的功率型储能单元承担剩余低频分量的平抑任务；当所有功率型和能量型储能单元的荷电状态均超出正常范围停止工作时，由外网进行功率吸收。所以本发明可以依照策略利用模糊控制器实现功率分配。
步骤四：达到预测时间点t时，若检测到t时刻的实时输出功率P(t)达到反应阈值P 2，由统一信息储存和处理平台直接向策略匹配的储能单元下达充放电指令；
其中，要求反应阈值P 2为间歇式能源并入主网所要求的最大波动功率值，处理阈值P 1与反应阈值P 2满足关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
位于区间域（0.9,1）。
至此，t时刻对混合储能平抑间歇式能源输出功率波动的调控结束。根据并网过程中间歇式能源的实时输出功率P(t)和所述匹配的储能单元充放电过程中荷电状态变化，依照步骤三中的功率分配策略，实时调整匹配对象，由5G信息传输路径直接向需调控的储能单元下达出力状态改变指令。
利用上述调控方法，能有效加快混合储能的指令响应速度，使能量型储能的循环使用周期增长的同时，实现对间歇式能源输出功率波动的平抑。
以上通过说明实例，对本发明所提供的一种基于5G通信的混合储能调控方法进行了详细介绍，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 (5)

1.一种基于5G通信的混合储能调控方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：通过5G信息传输路径，时刻在统一信息储存和处理平台完成对间歇式能源的运行状态、环境因素以及各混合储能单元的荷电状态的实时数据进行采集、监测和储存；
步骤二：对统一信息储存和处理平台储存的间歇式能源相关历史数据进行训练，建立功率快速预测模型；当模型预测间歇式能源在t时刻的输出功率P forecast (t)达到处理阈值P 1时，利用BAW滤波器和自适应变分模态分解法对P forecast (t)快速进行二次分解，先利用BAW滤波器对P forecast (t)进行第一次快速分解，得到t时刻符合规定的并网功率P grid (t)和混合储能总充放电功率P hess (t)；再利用自适应变分模态分解法对所述混合储能总充放电功率P hess (t)进行第二次快速分解，得到所述混合储能在t时刻的总充放电功率P hess (t)的高频分量P H (t)和低频分量P L (t)；
步骤三：根据所述5G信息传输路径实时反馈的储能单元特性、荷电状态的信息，统一信息储存和处理平台提前制订合适的功率分配策略；
步骤四：达到预测时间点时，若检测到t时刻的实时输出功率P(t)达到反应阈值P 2，由统一信息储存和处理平台直接向策略匹配的储能单元下达充放电指令，分别补偿对应高频分量P H (t)和低频分量P L (t)，其余储能单元状态不变；同时，所述统一信息储存和处理平台根据t时刻的实时输出功率P(t)和所述匹配的储能单元充放电过程中荷电状态变化，实时调整匹配对象，由所述5G信息传输路径直接向需调控的储能单元下达出力状态改变指令；
其中，所述反应阈值P 2为间歇式能源并入主网所要求的最大波动功率值；处理阈值P 1与反应阈值P 2应满足关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 533886DEST_PATH_IMAGE002
位于区间域（0.9,1）。
2.根据权利要求1所述的基于5G通信的混合储能调控方法，其特征在于，利用5G通信技术建立所述统一信息储存和处理平台，所述统一信息储存和处理平台设置数据报文的优先级为功率性储能单元的数据流优先于能量型储能单元的数据流。
3.根据权利要求1所述的基于5G通信的混合储能调控方法，其特征在于，所述统一信息储存和处理平台包括统一信息储存和处理模块、指令控制模块、通信模块；所述统一信息储存和处理模块通过网络虚拟化切割为不同虚拟子网络，对数据进行储存和同时刻不同处理；所述指令控制模块通过网络虚拟化切割为不同虚拟子网络，对不同指令进行同时控制；所述通信模块通过所述5G信息传输路径连接多区域、多数量的混合储能单元。
4.根据权利要求1所述的基于5G通信的混合储能调控方法，其特征在于，所述环境因素包括气象因素、经济因素、地理因素；选取统一信息储存和处理平台的存储数据中间歇式能源运行状态、环境因素的历年某日数据作为训练集训练模型，建立功率快速预测模型。
5.根据权利要求1所述的基于5G通信的混合储能调控方法，其特征在于，所述5G信息传输路径利用5G通信技术，通过毫米波通信频段完成所述平台和所述混合储能单元之间控制指令、状态数据的双向实时通信。
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