CN114123280B - 一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能电网以及能量存储与转换技术领域，具体涉及一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法。包括，首先，获取电网的功率指令后；然后，计算PCS动作个数并进行充放电优先级的排序；最后，使用贪心算法模型，以荷电状态一致性为目标，进行寻优。本发明是一种具有良好的SOC均衡效果以及系统效率较高的考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法。

Description

一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法

技术领域

本发明属于智能电网以及能量存储与转换技术领域，具体涉及一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法。

背景技术

化石能源枯竭和环境恶化的问题越来越严重，人类对清洁和可再生能源的需求越来越大。近年来，随着光伏电池(PV)制造成本的不断降低和国家对分布式新能源并网发电的支持力度不断加大，光伏发电发展迅速。目前，大规模分布式光伏并网和用电仍存在弃光问题。在光伏微电网中配置合理容量的储能是促进分布式光伏本地消费、提高光伏系统效率的有效途径。在众多的储能方式中，电池储能是一种灵活、快速的储能方式，在解决间歇性可再生能源发电、负荷波动、改善电能质量等方面发挥着非常重要的作用。它已成为新一代智能电网的关键技术，并日趋成熟。储能系统电池状态受到制作工艺和随着电池组电池充放电循环次数的增加的影响，难以保证一致性，而由于“短板效应”电池储能系统的可用容量会下降，以至发生故障，所以针对单体电池的不一致性，对BESS的均衡控制策略至关重要。

目前关于SOC均衡一致性准则的选取大多以端电压为主，以电池端电压作为平衡目标，将电池组中的电池端电压差异降低到一定标准，也有利用SOC的比例分配储能变流器(Power Conversion System，PCS)功率的策略。且目前主要是利用SOC的比例分配储能变流器功率，这种方式的电池状态由SOC(充电状态)和SOH(健康状态)表示。SOC表示电池的剩余容量。目前，SOC估计的主要方法有安培-小时积分法、开路电压法、神经网络法和扩展卡尔曼滤波(EKF)法等。SOH是电池可充电的最大能量与额定容量的比率。现有的电池SOH估算方法主要包括直接放电、测量内阻和化学分析等。利用SOC的比例分配储能变流器功率的策略的PCS单元动作个数多，这样就会导致单个PCS单元功率低，从而导致效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法，建立以SOC一致性为目标的贪心算法求解模型，每次求解一时段数据为基准进行贪心寻优；避免了PCS单元动作个数多，单个PCS单元功率低导致效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法，首先，获取电网的功率指令后；然后，计算PCS动作个数并进行充放电优先级的排序；最后，使用贪心算法模型，以荷电状态一致性为目标，进行寻优。

进一步地，所述使用贪心算法模型，以荷电状态一致性为目标，进行寻优的步骤包括：

S1：读取电网指令功率

然后确定其是充电或放电；当/>

时，BESS是放电模式；当/>

时，BESS是充电模式；

S2：读取各个电池组和储能变流器PCS各参数，包括电池组初始SOC、容量和PCS额定功率；

S3：计算每时段PCS动作个数，并进行充放电优先级排序；

S4：计算每一时段的PCS功率；

S5：当所有时段SOC和PCS功率计算完成后，根据PCS效率与功率的关系，计算PCS效率。

进一步地，所述步骤S4中，以电池初始SOC为T＝1时段基准，调用规划模型，计算得到T＝2时段的SOC，再以此SOC为基准，计算下一时段数据，以此类推重复该步骤，并在每一时段计算PCS功率。

进一步地，所述步骤3中，对BESS调度功率指令进行处理的步骤包括：

S3.1、定义功率调度功率，首先，将功率调度功率指令定义为两类，一类为功率小于单个PCS额定功率，另一类为功率大于单个PCS额定功率且小于BESS总额定功率；

S3.2、BESS调度指令功率划分，当BESS调度指令为功率小于单个PCS额定功率时，只要1个PCS动作即可，故在控制策略中电池组充/放电个数为1；

S3.3、当BESS调度指令为功率大于单个PCS额定功率时，为了保证PCS工作效率尽量大，按照式(1)确定PCS动作个数N0；

其中α＝0.9，P_pcs为PCS额定功率，

为电网指令功率，α＝0.9保证了动作的PCS尽量工作在0.9P_pcs附近，减少了小功率和额定功率充放的情况，同时也保证了PCS运行效率；

S3.4、选择PCS动作，设定各个电池组初始SOC，设定第i个电池组充放电参考值

，计算时段t内，第i个电池组充放电判定值/>

其中

绝对值越大的越先充放电。

进一步地，所述步骤S3.3中，PCS总个数确定方法为：如果计算值N0大于等于PCS总个数N，则本时段PCS动作个数为N，即所有PCS全部动作，否则动作个数为N0；

进一步地，所述步骤S4中，每一时段PCS功率的求解算法：

其中，目标函数为效率最大函数：

式(2)中，η_i，t＝a+b·P_i，t+c·P_i，t ²+d·P_i，t ³，η_i，t代表t时刻PCS单元的效率，N_t为t时刻PCS单元动作个数；

其中参数a＝0.91；b＝0.41；c＝-0.69；d＝0.36；可决系数R2＝0.9；

可决系数，亦称测定系数、决定系数、可决指数，与复相关系数类似的，表示一个随机变量与多个随机变量关系的数字特征用来反映回归模式说明因变量变化可靠程度的一个统计指标，用符号R表示，可定义为已被模式中全部自变量说明变量的变差对自变量总变差的比值；

R²的值越接近1，说明回归线对观测值的拟合程度越好；

S4.1、电池组SOC约束：计算：

式3中，

分别为电池组i的最大、最小容许SOC；

S4.2、充放电功率约束计算：

其中，

是电池组i在t时段的放电功率，/>

分别为电池组i的最大、最小放电功率，/>

是电池组i在t时段的充电功率；

其中，式(6)、式(7)规定了最小充放电功率，是为了尽量避免功率分配到其中某一个电池功率过小，而导致系统效率变低；

S4.3、SOC变化约束

其中

是电池组i在时段t充/放电功率，Ci是电池组i额定容量，/>

是电网指令功率，当其大于0是放电，小于0是充电；

S4.4、充放电功率守恒约束

其中，每个时段内电池组充放电量和电网指令功率保持一致。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法，根据功率指令计算PCS单元动作个数；随后再根据SOC确定PCS单元充放电优先级；根据SOC一致目标使用贪心算法，极大简化了计算过程。避免了PCS单元动作个数多，单个PCS单元功率低导致的效率低问题。本发明提出的算法没有陷入局部最优，有良好的SOC均衡效果，并且系统效率较其他传统方法更高。

附图说明

图1，为一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法的逻辑框图。

图2，PCS工作功率和效率的关系。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法，首先，获取电网的功率指令后；然后，计算PCS动作个数并进行充放电优先级的排序；最后，使用贪心算法模型，以荷电状态一致性为目标，进行寻优。

所述使用贪心算法模型，以荷电状态一致性为目标，进行寻优的步骤包括：

S1：读取电网指令功率

然后确定其是充电或放电；当/>

时，BESS是放电模式；当/>

时，BESS是充电模式；

S2：读取各个电池组和储能变流器PCS各参数，包括电池组初始SOC、容量和PCS额定功率；

S3：计算每时段PCS动作个数，并进行充放电优先级排序；

S4：计算每一时段的PCS功率；

S5：当所有时段SOC和PCS功率计算完成后，根据PCS效率与功率的关系，计算PCS效率；

所述步骤S4中，以电池初始SOC为T＝1时段基准，调用规划模型，计算得到T＝2时段的SOC，再以此SOC为基准，计算下一时段数据，以此类推重复该步骤，并在每一时段计算PCS功率。

所述步骤3中，对BESS调度功率指令进行处理的步骤包括：

S3.1、定义功率调度功率，首先，将功率调度功率指令定义为两类，一类为功率小于单个PCS额定功率，另一类为功率大于单个PCS额定功率且小于BESS总额定功率；

S3.2、BESS调度指令功率划分，当BESS调度指令为功率小于单个PCS额定功率时，只要1个PCS动作即可，故在控制策略中电池组充/放电个数为1；

S3.3、当BESS调度指令为功率大于单个PCS额定功率时，为了保证PCS工作效率尽量大，按照式(1)确定PCS动作个数NO；

其中α＝0.9，P_pcs为PCS额定功率，

为电网指令功率，α＝0.9保证了动作的PCS尽量工作在0.9P_pcs附近，减少了小功率和额定功率充放的情况，同时也保证了PCS运行效率；

S3.4、选择PCS动作，设定各个电池组初始SOC，设定第i个电池组充放电参考值

，计算时段t内，第i个电池组充放电判定值/>

其中

绝对值越大的越先充放电；

所述步骤S3.3中，PCS总个数确定方法为：如果计算值N0大于等于PCS总个数N，则本时段PCS动作个数为N，即所有PCS全部动作，否则动作个数为N0。

所述步骤S4中，每一时段PCS功率的求解算法：

其中，目标函数为效率最大函数：

式(2)中，η_i，t＝a+b·P_i，t+c·P_i，t ²+d·P_i，t ³，η_i，t代表t时刻PCS单元的效率，N_t为t时刻PCS单元动作个数；

其中参数a＝0.91；b＝0.41；c＝-0.69；d＝0.36；可决系数R²＝0.9；

可决系数，亦称测定系数、决定系数、可决指数，与复相关系数类似的，表示一个随机变量与多个随机变量关系的数字特征用来反映回归模式说明因变量变化可靠程度的一个统计指标，用符号R表示，可定义为已被模式中全部自变量说明变量的变差对自变量总变差的比值；

R²的值越接近1，说明回归线对观测值的拟合程度越好；

S4.1、电池组SOC约束：计算：

式3中，

分别为电池组i的最大、最小容许SOC；

S4.2、充放电功率约束计算：

其中，

是电池组i在t时段的放电功率，/>

分别为电池组i的最大、最小放电功率，/>

是电池组i在t时段的充电功率；

其中，式(6)、式(7)规定了最小充放电功率，是为了尽量避免功率分配到其中某一个电池功率过小，而导致系统效率变低；

S4.3、SOC变化约束

其中

是电池组i在时段t充/放电功率，Ci是电池组i额定容量，

是电网指令功率，当其大于0是放电，小于0是充电；

S4.4、充放电功率守恒约束

其中，每个时段内电池组充放电量和电网指令功率保持一致。

如图二所示，某PCS厂家提供的不同工作功率下的PCS拟合工作效率拟合工作效率由下式计算PCS单元的效率：η＝a+b·P+c·P²+d·P³，其中参数a＝0.91；b＝0.41；c＝-0.69；d＝0.36；由图2可知当PCS工作功率较小时，工作效率较低，工作效率大于标幺值0.2，效率即可达到97％以上，因此具体应用时应当避免功率低于0.2标幺值的情况。

以上所述为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种考虑系统效率的电池储能电站能量管理方法，其特征在于：首先，获取电网的功率指令；然后，计算储能变流器PCS动作个数并进行充放电优先级的排序；最后，使用贪心算法模型，以荷电状态一致性为目标，进行寻优；

具体步骤包括：

S1：读取电网指令功率

然后确定其是充电或放电；当/>

时，BESS是放电模式；当P_t ^disp＜0时，BESS是充电模式；

S2：读取各个电池组和PCS各参数，包括电池组初始SOC、容量和PCS额定功率；

S3：计算每时段PCS动作个数，并进行充放电优先级排序；

S4：计算每一时段的PCS功率；

S5：当所有时段SOC和PCS功率计算完成后，根据PCS效率与功率的关系，计算PCS效率；

所述步骤3包括：

S3.1、定义调度功率，首先，将调度功率指令定义为两类，一类为功率小于单个PCS额定功率，另一类为功率大于单个PCS额定功率且小于BESS总额定功率；

S3.2、BESS调度指令功率划分，当BESS调度指令为功率小于单个PCS额定功率时，只要1个PCS动作即可，故在控制策略中电池组充/放电个数为1；

S3.3、当BESS调度指令为功率大于单个PCS额定功率时，为了保证PCS工作效率尽量大，按照式(1)确定PCS动作个数N0；

其中α＝0.9，P_pcs为PCS额定功率，

为电网指令功率，α＝0.9保证了动作的PCS工作在0.9P_pcs附近，减少了小功率和额定功率充放的情况，同时也保证了PCS运行效率；

S3.4、选择PCS动作，设定各个电池组初始SOC，设定第i个电池组充放电参考值

计算时段t内，第i个电池组充放电判定值/>

其中/>

绝对值越大的越先充放电；

所述步骤S3.3中，PCS总个数确定方法为：如果计算值N0大于等于PCS总个数N，则本时段PCS动作个数为N，即所有PCS全部动作，否则动作个数为N0；

所述步骤S4中，以电池初始SOC为T＝1时段基准，调用规划模型，计算得到T＝2时段的SOC，再以此SOC为基准，计算下一时段数据，以此类推重复该步骤，并在每一时段计算PCS功率。

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