CN113131502B - 一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法、装置、设备及介质，该方法包括对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表。本发明能够减少电池单元整体的动作次数，进而减少寿命损耗，提高了集中式储能电站参与二次调频的运行性能。

Description

一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法及装置
技术领域
本发明属于储能电站的储能技术领域，具体涉及一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法及装置。
背景技术
风电、光伏等可再生能源大规模并网，其间歇性与不确定性的出力特性给电力系统的频率调节带来了极大的压力。传统火电机组参与调频时深受响应时间长、调节速率慢、调节精度差等限制，使得当前电网快速调频资源十分缺乏。而电池储能系统(batteryenergy storage system，BESS)由于具备快速充放电的特性，因而可以作为理想的电网快速调频资源。采用集中式储能电站参与电网二次调频的模式得到了广泛的关注，目前出现了不少的应用项目案例。
为平抑快速波动的电网不平衡功率，电网下发的自动发电控制(automaticgeneration control，AGC)指令的变化日趋频繁，如果集中式储能电站(centralizedenergy storage station，CESS)不采用合理的调频控制策略，会导致电池单元无规则动作，浪费电池单元的动作次数，出现部分电池单元过充、过放的现象，进而影响电池的寿命，同时也会降低下一时段的可持续调控能力，导致系统的运行性能变差。因此，需要设计合理的集中式储能电站的调频控制策略，以减少电池动作次数，进而减少电池寿命的损耗，提高集中式储能电站下一时段的可持续调控能力和参与二次调频的运行性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，以解决现有技术中集中式储能电站采用不合理的调频控制策略时，存在的电池单元无规则动作，影响电池的寿命，降低集中式储能电站下一时段的可持续调控能力，导致系统的运行性能变差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，包括以下步骤：
对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；其中，所述放电组的最小荷电状态大于所述备用组的最大荷电状态，所述备用组的最小荷电状态大于所述充电组的最大荷电状态；
从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表。
进一步地，所述对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组，包括：
实时监测所述集中式储能电站内部的所有电池单元的荷电状态；
根据预设周期对所有电池单元的按照荷电状态的大小进行降序排列。
进一步地，当所述充电组或所述备用组的至少一个电池单元的荷电状态大于或等于第一预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述放电组的电池单元；
当所述放电组或所述备用组的至少一个电池单元的荷电状态小于第二预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述充电组的电池单元；
当所述放电组或所述充电组的至少一个电池单元的荷电状态大于或等于第二预设荷电状态且小于第一预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述备用组的电池单元。
进一步地，所述集中式储能电站的电池单元总数量为n，所述充电组的电池单元数量为b，所述放电组的电池单元数量为c，且满足如下关系式：
b<1/2n；
c<1/2n。
进一步地，所述从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案，包括：
当0<Ps<Pgccmax时，所述充电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作；
当Pgccmax<Ps<Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组以最大充电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额；
当Ps>Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组和所述备用组均以最大充电功率工作，所述放电组承担剩余的功率差额；
当Pgddmax<Ps<0时，所述放电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作；
当Pgddmax+Pgbdmax<Ps<Pgddmax时，所述放电组以最大放电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额；
当Ps<Pgddmax+Pgbdmax时，所述放电组和所述备用组均以最大放电功率工作，所述充电组承担剩余的功率差额；
其中，Ps为调频功率；Pgccmax、Pgbcmax和Pgdcmax分别为所述充电组、所述备用组和所述放电组的最大充电功率；Pgcdmax、Pgbdmax和Pgddmax分别为所述充电组、所述备用组和所述放电组的最大放电功率。
进一步地，所述当0<Ps<Pgccmax时，所述充电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作，包括：
采用经济分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配；
所述经济分配原则包括以集中式储能电站在每个周期内的总运行成本F最低为优化目标，对电池组内每个电池单元的充/放电功率进行分配；总运行成本F的计算公式为：
Figure BDA0003036274510000041
其中：N为电池组内的电池单元个数；σ和η为正的常系数，分别取0.002和0.4；ΔPi为电池组内第i个电池单元的功率变化量；ΔSOCi为电池组内第i个电池单元的SOC变化量；Pi,t为电池组内第i个电池单元在t时刻应分配的充/放电功率；Pi,t-1为电池组内第i个电池单元在t-1时刻的充/放电功率；T为调度周期；Ci为电池组内第i个电池单元的最大容量。
进一步地，所述当Pgccmax<Ps<Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组以最大充电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额，包括：
采用最大充电功率分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配和所述经济分配原则实现所述备用组内部电池单元的功率分配；
所述最大充电功率分配原则为所述电池单元以最大的充电功率参与自动发电控制指令响应。
进一步地，所述当Ps>Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组和所述备用组均以最大充电功率工作，所述放电组承担剩余的功率差额，包括：
采用所述最大充电功率分配原则实现所述充电组与所述备用组内部电池单元的功率分配和SOC均衡分配原则实现所述放电组内部电池单元的功率分配；
其中，所述SOC均衡分配原则包括：采用充/放电函数描述电池单元的充/放电过程，以表征电池单元的充/放电能力；
电池单元的充电函数fc为：
Figure BDA0003036274510000042
电池单元的放电函数fd为：
Figure BDA0003036274510000051
其中：SOCk,t-1为电池组内第k个电池单元在t-1时刻的荷电状态；
电池组充电时：
Figure BDA0003036274510000052
电池组放电时：
Figure BDA0003036274510000053
式中：Pk,t为电池组内第k个电池单元在t时刻按照SOC均衡分配原则所分配的充/放电功率；Pj,t为电池组内第j个电池单元在t时刻按照SOC均衡分配原则所分配的充/放电功率；SOCk,t-1为电池组内第k个电池单元在t-1时刻的荷电状态；SOCj,t-1为电池组内第j个电池单元在t-1时刻的荷电状态。
进一步地，所述当Pgddmax<Ps<0时，所述放电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作，包括：
采用所述经济分配原则实现所述放电组内部电池单元的功率分配。
进一步地，所述当Pgddmax+Pgbdmax<Ps<Pgddmax时，所述放电组以最大放电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额，包括：
采用最大放电功率分配原则实现所述放电组内部电池单元的功率分配和所述经济分配原则实现所述备用组内部电池单元的功率分配；
所述最大放电功率分配原则为所述电池单元以最大的放电功率参与自动发电控制指令响应。
进一步地，所述当Ps<Pgddmax+Pgbdmax时，所述放电组和所述备用组均以最大放电功率工作，所述充电组承担剩余的功率差额，包括：
采用所述最大放电功率分配原则实现所述放电组与所述备用组内部电池单元的功率分配和所述SOC均衡分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配。
本发明还提供了一种集中式储能电站的双层功率协调分配装置，包括：
电池单元分组模块：用于对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；其中，所述放电组的最小荷电状态大于所述备用组的最大荷电状态，所述备用组的最小荷电状态大于所述充电组的最大荷电状态；
功率分配模块：用于从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表。
本发明还提供了一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过对集中式储能电站内部电池单元进行动态分组，可以令集中式储能电站内部各电池单元之间协调配合，减少整体的动作次数，进而减少寿命损耗；对电池单元的分组情况进行动态更新，能够有效地避免部分电池单元因出现过充、过放而影响电池寿命的现象；在此基础上，采用双层功率协调分配策略，考虑了各个电池单元的状态差异，同时充分保证了集中式储能电站下一时段的可持续调控能力，提高了集中式储能电站参与二次调频的运行性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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获得其他的附图。
图1为本发明某一实施例提供的集中式储能电站的双层功率协调分配方法的流程示意图；
图2为本发明某一实施例提供的集中式储能电站的调频控制架构示意图；
图3为本发明某一实施例提供的电池组上层功率分配结果示意图；
图4为本发明某一实施例提供的电池单元下层功率分配结果示意图；
图5为本发明某一实施例提供的电池单元对下层功率指令的响应结果示意图；
图6为本发明某一实施例提供的调频运行过程中各个电池单元的SOC变化示意图；
图7为本发明某一实施例提供的CESS跟踪AGC指令的整体结果示意图；
图8为本发明某一实施例提供的CESS运行时整体的SOC变化示意图；
图9为本发明某一实施例提供的集中式储能电站的双层功率协调分配装置的结构示意图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
第一方面：
请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，包括：
S10、对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；其中，所述放电组的最小荷电状态大于所述备用组的最大荷电状态，所述备用组的最小荷电状态大于所述充电组的最大荷电状态。
需要说明的是，在执行步骤S10之前，需要先对集中式储能电站的调频控制架构进行设计，如图2所示，首先，电力系统调度中心将AGC指令下发给集中式储能电站的电池管理系统BMS；然后，BMS根据电池单元的荷电状态的大小降序排列，将电池单元分为放电组、备用组和充电组；根据上层功率分配原则和电池组的最大充/放电功率对电池组进行上层功率分配，并确定每个电池组的下层功率分配原则；最后，根据每个电池组的调频功率及其下层功率分配原则完成电池单元的下层功率分配，电池单元响应各自的调频功率指令，完成调控。
进一步地，在步骤S10中，实时监测所述集中式储能电站内部的所有电池单元的荷电状态；根据预设周期对所有电池单元的按照荷电状态的大小进行降序排列；
当所述充电组或所述备用组的至少一个电池单元的荷电状态大于或等于第一预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述放电组的电池单元；
当所述放电组或所述备用组的至少一个电池单元的荷电状态小于第二预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述充电组的电池单元；
当所述放电组或所述充电组的至少一个电池单元的荷电状态大于或等于第二预设荷电状态且小于第一预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述备用组的电池单元。
进一步地，所述对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组，包括：
对集中式储能电站内部的n个电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，选取排名为1～m1的电池单元作为放电组，排名为m1+1～m2-1的电池单元作为备用组，排名为m2～n的电池单元作为充电组，其中，m1和m2为预设的可变整数；所述m1的范围为[0.2n，0.4n]；所述m2的范围为[0.6n，0.8n]，且满足m1-1＝n-m2。
S20、从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表。
在本步骤中，根据电力调度中心下发的携带有调频功率Ps的指令和所述分组结果确定电池组的动作顺序；
当Ps>0时，即集中式储能电站需要工作于充电状态，此时电池组动作顺序为：充电组→备用组→放电组；
当Ps<0时，即集中式储能电站需要工作于放电状态，此时电池组动作顺序为：放电组→备用组→充电组。
进一步地，充电组、备用组和放电组的最大充电功率分别为Pgccmax、Pgbcmax和Pgdcmax，充电组、备用组和放电组的最大放电功率分别为Pgcdmax、Pgbdmax和Pgddmax；
(1)充电过程的功率分配：
当0<Ps<Pgccmax时，充电组承担全部调频功率，并采用经济分配原则实现充电组内部电池单元的功率分配，另外两个电池组不动作；
当Pgccmax<Ps<Pgccmax+Pgbcmax时，充电组以最大充电功率工作，备用组承担剩余的功率差额，并采用最大充电功率分配原则实现充电组内部电池单元的功率分配和经济分配原则实现备用组内部电池单元的功率分配；
当Ps>Pgccmax+Pgbcmax时，充电组和备用组均以最大充电功率工作，放电组承担剩余的功率差额，并采用最大充电功率分配原则实现充电组与备用组内部电池单元的功率分配和SOC均衡分配原则实现放电组内部电池单元的功率分配；
(2)放电过程的功率分配：
当Pgddmax<Ps<0时，放电组承担全部调频功率，并采用经济分配原则实现放电组内部电池单元的功率分配，另外两个电池组不动作；
当Pgddmax+Pgbdmax<Ps<Pgddmax时，放电组以最大放电功率工作，备用组承担剩余的功率差额，并采用最大放电功率分配原则实现放电组内部电池单元的功率分配和经济分配原则实现备用组内部电池单元的功率分配；
当Ps<Pgddmax+Pgbdmax时，放电组和备用组均以最大放电功率工作，充电组承担剩余的功率差额，并采用最大放电功率分配原则实现放电组与备用组内部电池单元的功率分配和SOC均衡分配原则实现充电组内部电池单元的功率分配；
充/放电过程中电池组的上层功率分配及电池组的下层功率分配原则如表1所示：
表1 电池组的上层功率分配及电池组的下层功率分配原则
Figure BDA0003036274510000111
注：——表示电池组不动作
进一步地，电池组的下层功率分配原则包括：经济分配、最大充/放电功率分配和SOC均衡分配，电池组的下层功率分配原则描述如下：
(1)经济分配：以集中式储能电站在每个周期内的总运行成本F最低为优化目标，对电池组内每个电池单元的充/放电功率进行分配；总运行成本F的计算公式为：
Figure BDA0003036274510000112
其中：N为电池组内的电池单元个数；σ和η为正的常系数，分别取0.002和0.4；ΔPi为组内第i个电池单元的功率变化量；ΔSOCi为组内第i个电池单元的SOC变化量；Pi,t为组内第i个电池单元在t时刻应分配的充/放电功率；Pi,t-1为组内第i个电池单元在t-1时刻的充/放电功率；T为调度周期；Ci为组内第i个电池单元的最大容量；
(2)最大充/放电功率分配：电池单元在满足合理的约束条件下，以最大的充电/放电功率参与AGC响应；
(3)SOC均衡分配：由于电池组内电池单元的SOC差异可能较大，所以在参与调频时，希望SOC较低的电池单元多充少放，而SOC较高的电池单元多放少充，进而实现组内每个电池单元的SOC相对均衡；可以采用充/放电函数描述电池单元的充/放电过程，以表征电池单元的充/放电能力；
电池单元的充电函数为：
Figure BDA0003036274510000121
电池单元的放电函数为：
Figure BDA0003036274510000122
其中：SOCk,t-1为电池组内第k个电池单元在t-1时刻的荷电状态；
SOC均衡分配的功率分配方案如下：
电池组充电时：
Figure BDA0003036274510000123
电池组放电时：
Figure BDA0003036274510000124
式中：Pk,t为电池组内第k个电池单元在t时刻按照SOC均衡分配原则所分配的充/放电功率；Pj,t为电池组内第j个电池单元在t时刻按照SOC均衡分配原则所分配的充/放电功率；SOCk,t-1为电池组内第k个电池单元在t-1时刻的荷电状态；SOCj,t-1为电池组内第j个电池单元在t-1时刻的荷电状态；
进一步地，电池单元响应各自的调频功率指令时，应满足以下条件：
采用安时积分法对储能系统的SOC进行估计：
Figure BDA0003036274510000131
其中：SOCn,t为第n个电池单元在t时刻的SOC；SOCn,t-1为第n个电池单元在t-1时刻的SOC；Pbn,t为第n个电池单元在t时刻的充/放电功率，充电时取正值，放电时取负值；Cn为第n个电池单元的最大储能容量；
进一步地，电池单元在参与调频运行时，一般不采用高倍率的充/放电方式，故电池单元n在t时刻的出力Pbn,t可表示为：
Figure BDA0003036274510000132
式中：Pn,t为第n个电池单元在t时刻的下层分配的调频功率；Pbmaxn为第n个电池单元的最大充电功率；Pbminn为第n个电池单元的最大放电功率；
电池单元运行中还应尽量避免过充、过放而导致的电池寿命受损，以SOC表征储能系统运行的容量限制，相应的约束条件为：
Figure BDA0003036274510000133
其中：SOCmaxn和SOCminn分别表示第n个电池单元SOC的上限和下限；SOCn,t-1为第n个电池单元在t-1时刻的SOC。
为了进一步理解本发明，并验证功率分配策略的有效性，利用某集中式储能电站的AGC指令对功率分配策略进行仿真。以某集中式储能电站中锂离子电池储能单元作为研究对象，其规模为100MW/50MWh，由10个10MW/5MWh的电池单元组成，10个电池单元的初始荷电状态分别为0.6、0.81、0.88、0.52、0.36、0.28、0.45、0.1、0.9、0.7。选取CESS去跟踪冬季某天7:00—8:00时段波动较大的AGC指令。
根据10个电池单元SOC的高低排序，m1和m2分别取为3和8，将它们分为放电组、备用组和充电组，分组结果如表2所示。
表2电池单元的分组结果
Figure BDA0003036274510000141
依据AGC指令和表2所示的分组结果，确定3个电池组的动作顺序。在此基础上，根据双层功率协调分配策略以及电池组的最大充/放电功率完成电池组的上层功率分配，结果如图3所示。在288s时，AGC指令为-108MW，此时放电组和备用组以最大充电功率运行，不过它们的充电功率总和仅为70MW，不足的-38MW只能由充电组承担。
根据每个电池组分配的调频功率及组内下层功率分配方法完成电池单元的下层功率指令分配，结果如图4所示。在电池组分得上层功率指令较大的时刻，分配给电池单元的下层功率指令也相应较大，如288s时电池单元5、6、8的充电功率约为-13MW。
电池单元对各自下层功率指令的响应结果如图5所示。可知，虽然288s时电池单元5、6、8分得了约-13MW的调频功率，但受最大充电功率和SOC限制，电池单元5、6的实际响应功率仅为-10MW，电池单元8由于其荷电状态为0.1，为避免寿命受到影响，因此电池单元8不进行响应。
各个电池单元的SOC变化如图6所示。可知，在运行过程各电池单元均未出现过充、过放，并且每个电池单元SOC随着调控进程均趋向于0.5，由此充分保证了下一个时段储能系统的可持续调控能力。
CESS跟踪其调频功率指令的整体结果如图7所示，CESS整体的SOC变化如图8所示。图7表明，CESS基本实现了对于功率指令的准确跟踪，但部分时刻由于CESS的调频功率指令过大，超出了CESS在该时刻下的最大充放电功率，导致CESS无法实现完全跟踪。
将本研究集中式储能电站的双层功率协调分配方法与传统无电池组分组技术的控制方法下的电池单元动作次数进行对比，结果如表3所示。由于传统控制策略未考虑电池单元的分组，且仅能按照电池单元的剩余电量之比实现内部功率分配，故CESS的动作次数高达8912次。而本研究方案下CESS动作次数仅为5825次，可见本文策略有效地减少了电池单元的动作次数，减缓了储能资源的寿命损失。
表3两种方案下CESS的动作次数对比
Figure BDA0003036274510000151
第二方面：
请参阅图9，本发明某一实施例还提供了一种集中式储能电站的双层功率协调分配装置，包括：
电池单元分组模块01：用于对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；其中，所述放电组的最小荷电状态大于所述备用组的最大荷电状态，所述备用组的最小荷电状态大于所述充电组的最大荷电状态；
功率分配模块02：用于从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表。
可以理解的是，该集中式储能电站的双层功率协调分配装置的功能模块01-05分别用于执行步骤S10-S50，且在执行步骤时通过对集中式储能电站内部电池单元进行动态分组，可以令集中式储能电站内部各电池单元之间协调配合，减少整体的动作次数，进而减少寿命损耗；对电池单元的分组情况进行动态更新，能够有效地避免部分电池单元因出现过充、过放而影响电池寿命的现象；在此基础上，采用双层功率协调分配策略，考虑了各个电池单元的状态差异，同时充分保证了集中式储能电站下一时段的可持续调控能力，提高了集中式储能电站参与二次调频的运行性能。
第三方面：
本发明某一实施例还提供了一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明某一实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的集中式储能电站的双层功率协调分配方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，包括：
对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；其中，所述放电组的最小荷电状态大于所述备用组的最大荷电状态，所述备用组的最小荷电状态大于所述充电组的最大荷电状态；
从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表；
所述从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案，包括：
当0<Ps<Pgccmax时，所述充电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作；
当Pgccmax<Ps<Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组以最大充电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额；
当Ps>Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组和所述备用组均以最大充电功率工作，所述放电组承担剩余的功率差额；
当Pgddmax<Ps<0时，所述放电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作；
当Pgddmax+Pgbdmax<Ps<Pgddmax时，所述放电组以最大放电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额；
当Ps<Pgddmax+Pgbdmax时，所述放电组和所述备用组均以最大放电功率工作，所述充电组承担剩余的功率差额；
其中，Ps为调频功率；Pgccmax、Pgbcmax和Pgdcmax分别为所述充电组、所述备用组和所述放电组的最大充电功率；Pgcdmax、Pgbdmax和Pgddmax分别为所述充电组、所述备用组和所述放电组的最大放电功率；
所述当0<Ps<Pgccmax时，所述充电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作，包括：
采用经济分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配；
所述经济分配原则包括以集中式储能电站在每个周期内的总运行成本F最低为优化目标，对电池组内每个电池单元的充/放电功率进行分配；总运行成本F的计算公式为：
Figure FDA0003646984690000021
其中：N为电池组内的电池单元个数；σ和η为正的常数系数，分别取0.002和0.4；ΔPi为电池组内第i个电池单元的功率变化量；ΔSOCi为电池组内第i个电池单元的SOC变化量；Pi,t为电池组内第i个电池单元在t时刻应分配的充/放电功率；Pi,t-1为电池组内第i个电池单元在t-1时刻的充/放电功率；T为调度周期；Ci为电池组内第i个电池单元的最大容量。
2.根据权利要求1所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组，包括：
实时监测所述集中式储能电站内部的所有电池单元的荷电状态；
根据预设周期对所有电池单元的按照荷电状态的大小进行降序排列。
3.根据权利要求1或2所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，
当所述充电组或所述备用组的至少一个电池单元的荷电状态大于或等于第一预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述放电组的电池单元；
当所述放电组或所述备用组的至少一个电池单元的荷电状态小于第二预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述充电组的电池单元；
当所述放电组或所述充电组的至少一个电池单元的荷电状态大于或等于第二预设荷电状态且小于第一预设荷电状态时，将该电池单元更新为所述备用组的电池单元。
4.根据权利要求1所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述集中式储能电站的电池单元总数量为n，所述充电组的电池单元数量为b，所述放电组的电池单元数量为c，且满足如下关系式：
b<1/2n；
c<1/2n。
5.根据权利要求1所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述当Pgccmax<Ps<Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组以最大充电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额，包括：
采用最大充电功率分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配和所述经济分配原则实现所述备用组内部电池单元的功率分配；
所述最大充电功率分配原则为所述电池单元以最大的充电功率参与自动发电控制指令响应。
6.根据权利要求5所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述当Ps>Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组和所述备用组均以最大充电功率工作，所述放电组承担剩余的功率差额，包括：
采用所述最大充电功率分配原则实现所述充电组与所述备用组内部电池单元的功率分配和SOC均衡分配原则实现所述放电组内部电池单元的功率分配；
其中，所述SOC均衡分配原则包括：采用充/放电函数描述电池单元的充/放电过程，以表征电池单元的充/放电能力；
电池单元的充电函数fc为：
Figure FDA0003646984690000041
电池单元的放电函数fd为：
Figure FDA0003646984690000042
其中：SOCk,t-1为电池组内第k个电池单元在t-1时刻的荷电状态；
电池组充电时：
Figure FDA0003646984690000043
电池组放电时：
Figure FDA0003646984690000044
式中：Pk,t为电池组内第k个电池单元在t时刻按照SOC均衡分配原则所分配的充/放电功率；Pj,t为电池组内第j个电池单元在t时刻按照SOC均衡分配原则所分配的充/放电功率；SOCk,t-1为电池组内第k个电池单元在t-1时刻的荷电状态；SOCj,t-1为电池组内第j个电池单元在t-1时刻的荷电状态。
7.根据权利要求6所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述当Pgddmax<Ps<0时，所述放电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作，包括：
采用所述经济分配原则实现所述放电组内部电池单元的功率分配。
8.根据权利要求7所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述当Pgddmax+Pgbdmax<Ps<Pgddmax时，所述放电组以最大放电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额，包括：
采用最大放电功率分配原则实现所述放电组内部电池单元的功率分配和所述经济分配原则实现所述备用组内部电池单元的功率分配；
所述最大放电功率分配原则为所述电池单元以最大的放电功率参与自动发电控制指令响应。
9.根据权利要求8所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法，其特征在于，所述当Ps<Pgddmax+Pgbdmax时，所述放电组和所述备用组均以最大放电功率工作，所述充电组承担剩余的功率差额，包括：
采用所述最大放电功率分配原则实现所述放电组与所述备用组内部电池单元的功率分配和所述SOC均衡分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配。
10.一种集中式储能电站的双层功率协调分配装置，其特征在于，包括：
电池单元分组模块：用于对集中式储能电站内部的所有电池单元按照当前荷电状态的大小进行降序排列后，确定放电组、备用组和充电组；其中，所述放电组的最小荷电状态大于所述备用组的最大荷电状态，所述备用组的最小荷电状态大于所述充电组的最大荷电状态；
功率分配模块：用于从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案；其中，所述功率分配映射表为所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的实际功率，与所述充电组、所述备用组和所述放电组各自的最大充/放电功率，以及所述调频功率的对照表；所述从预设的功率分配映射表中，获取与当前的调频功率对应的功率分配方案，并执行所述功率分配方案，包括：当0<Ps<Pgccmax时，所述充电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作；当Pgccmax<Ps<Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组以最大充电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额；当Ps>Pgccmax+Pgbcmax时，所述充电组和所述备用组均以最大充电功率工作，所述放电组承担剩余的功率差额；当Pgddmax<Ps<0时，所述放电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作；当Pgddmax+Pgbdmax<Ps<Pgddmax时，所述放电组以最大放电功率工作，所述备用组承担剩余的功率差额；当Ps<Pgddmax+Pgbdmax时，所述放电组和所述备用组均以最大放电功率工作，所述充电组承担剩余的功率差额；其中，Ps为调频功率；Pgccmax、Pgbcmax和Pgdcmax分别为所述充电组、所述备用组和所述放电组的最大充电功率；Pgcdmax、Pgbdmax和Pgddmax分别为所述充电组、所述备用组和所述放电组的最大放电功率；
所述当0<Ps<Pgccmax时，所述充电组承担全部调频功率，另外两个电池组不动作，包括：
采用经济分配原则实现所述充电组内部电池单元的功率分配；
所述经济分配原则包括以集中式储能电站在每个周期内的总运行成本F最低为优化目标，对电池组内每个电池单元的充/放电功率进行分配；总运行成本F的计算公式为：
Figure FDA0003646984690000061
其中：N为电池组内的电池单元个数；σ和η为正的常数系数，分别取0.002和0.4；ΔPi为电池组内第i个电池单元的功率变化量；ΔSOCi为电池组内第i个电池单元的SOC变化量；Pi,t为电池组内第i个电池单元在t时刻应分配的充/放电功率；Pi,t-1为电池组内第i个电池单元在t-1时刻的充/放电功率；T为调度周期；Ci为电池组内第i个电池单元的最大容量。
11.一种终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至9任一项所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至9任一项所述的一种集中式储能电站的双层功率协调分配方法。
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