CN117254505B - 基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法及系统，通过数据信息决定充放电时间，所述储能电站优化运行模式决策系统包括服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统、用户接口系统以及通信网络，上述各系统与通信网络电性连接，通过对各种数据进行分析和处理，确定最佳的储能电站优化模式这包括根据电网负荷、储能设备状态、天气预测等数据信息，结合算法和模型来决定何时充电和放电，以最大程度地提高储能系统的效率和经济性。

Description

基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法及系统
技术领域
本发明属于电力信息领域，具体是涉及一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法及系统。
背景技术
随着能源结构的调整和可再生能源的发展，储能技术在电力系统中得到广泛应用，清洁能源大规模接入电网，以及跨区高压输电通道的建设，储能电站作为平衡电网负荷、应对峰谷差和提升电网稳定性的重要手段，其运行模式的优化对于提升电力系统的运行效率和降低运营成本具有重要意义。然而，由于储能电站的运行工况复杂多变，传统常规单一能源电网的运行模式已不能适应新的能源消纳与安全经济性要求，因此，现提出一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法及系统。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法及系统，利用各种数据信息，如电网负荷、储能电站状态和天气预测等，通过算法和模型来决定何时充电和放电，以最大程度地提高储能系统的效率和经济性。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法，具体步骤如下：
A.数据采集：数据采集系统采集实时电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据；储能电站状态监测系统监测储能电站的状态数据；
B.负荷预测：对采集到的数据通过深度神经网络实现负荷预测；
C.数学模型建立：结合负荷预测结果，优化充电与放电，实现总成本最小化；
其中，负荷预测的具体方法如下：
(1)收集历史电网负荷数据，包括时间戳和相应电网负荷值；对数据进行清洗、去噪并填补缺失值；通过归一化对数据进行预处理；
(2)创建输入序列与输出序列，建立时序负荷数据集，并将其分为测试集和验证集；
(3)构建LSTM深度神经网络模型，LSTM深度神经网络模型激活函数采用双曲正切函数，通过历史测试集负荷数据训练LSTM深度神经网络模型，在训练过程中，使用均方误差衡量预测与实际值之间的误差；
(4)使用验证集负荷数据评估模型性能，调整LSTM深度神经网络模型的层数、隐藏单元数、学习率以及超参数提高模型预测性能；
其中，所述数学模型建立的过程方法如下：
(1)定义决策变量
a.充电速率和放电速率的时间序列：即在每个时间步的充电和放电量；
b.储能电站的状态：电池的充电状态；
c.天气状态变量：温度、风速、日照；
d.市场电价的时间序列：即每个时间步的电价；
(2)制定目标函数
目标函数考虑多个因素，分别为：
a.最小化储能成本：包括电力购买成本、充电损失成本、电池寿命成本；
b.最大化利润：考虑市场电价和电能销售收益；
c.最大化储能系统效率：优化电池的充电和放电，以最大化电能的输入和输出效率；
(3)设置约束条件
a.充电速率和放电速率的上下限；
b.电池状态的上下限；
c.电网连接容量的限制；
d.实时电网负荷需求的满足；
e.天气状态的限制；
(4)建立数学模型
a.决策变量：充电速率：C(t)，表示在时间t充电的速率；
b.放电速率：D(t)，表示在时间t放电的速率；
c.储能电站状态：S(t)，表示在时间t的储能电站状态，如电池的充电状态；
d.约束条件：
1)充电和放电速率约束
充电速率C(t)和放电速率D(t)通常受到储能电站的技术限制，表示为：
2)电池状态约束
电池状态需要在一定范围内：
充电和放电需要平衡：
3)市场电价和电网负荷约束：根据市场电价和电网负荷进行调整；
在上述约束条件下，该模型为一个数学规划问题，使得总成本最小化；总成本计算公式：
总成本＝∑t(电力购买成本(t)+充电损失成本(t)+电池寿命成本(t))。
进一步地，一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法的系统，通过数据信息决定充放电时间，其特征在于，所述储能电站优化运行模式决策系统包括服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统、用户接口系统以及通信网络，上述各系统与通信网络电性连接；
其中，所述数据采集系统用于数据的采集，包括数据收集传感器和监控器，所述传感器和所述监控器分别与服务器连接，通过传感器以及监控器收集实时数据；
所述负荷预测系统与数据采集系统和服务器连接，所述负荷预测系统采用深度神经网络实现负荷预测；
所述储能电站状态监测系统与服务器、数据采集系统以及数据传感器连接，所述储能电站状态监测系统用于实时监测储能电站的状态，包括电池电量、电池温度以及充/放电速率；
所述优化调度系统与服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统连接，所述优化调度系统用来通过优化算法指定最佳的充电和放电策略。
进一步地，所述实时数据包含电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据。
进一步地，所述用户接口系统提供用户界面，以允许操作员监控系统运行并进行手动干预；用户可以设置优化目标和策略，以满足其需求。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明利用数据处理技术来进行储能电站优化模式的决策，即通过对各种数据进行分析和处理，确定最佳的储能电站优化模式这包括根据电网负荷、储能设备状态、天气预测等数据信息，结合算法和模型来决定何时充电和放电，以最大程度地提高储能系统的效率和经济性。
附图说明
图1为本发明储能电站优化运行模式决策方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策系统，通过数据信息决定充放电时间，储能电站优化运行模式决策系统包括服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统、用户接口系统以及通信网络，上述各系统与通信网络电性连接。
数据采集系统包括数据收集传感器和监控器，所述传感器和所述监控器分别与服务器连接，通过传感器以及监控器收集实时电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据。
负荷预测系统与数据采集系统和服务器连接，采用深度神经网络实现负荷预测。
储能电站状态监测系统与服务器、数据采集系统以及数据传感器连接，用于实时监测储能电站的状态，包括电池电量、电池温度以及充/放电速率。
优化调度系统与服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统连接，优化调度系统用来通过优化算法指定最佳的充电和放电策略。
用户接口系统提供用户界面，以允许操作员监控系统运行并进行手动干预；用户可以设置优化目标和策略，以满足其需求。
实现一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策系统的方法，具体步骤如下：
A.数据采集：数据采集系统采集实时电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据；储能电站状态监测系统监测储能电站的状态数据。
B.负荷预测：对采集到的数据通过深度神经网络实现负荷预测；
C.数学模型建立：结合负荷预测结果，优化充电与放电，实现总成本最小化。
负荷预测的具体方法如下：
(1)收集历史电网负荷数据，包括时间戳和相应电网负荷值；对数据进行清洗、去噪并填补缺失值；通过归一化对数据进行预处理；
(2)创建输入序列与输出序列，建立时序负荷数据集，并将其分为测试集和验证集；
(3)构建LSTM深度神经网络模型，LSTM深度神经网络模型激活函数采用双曲正切函数，通过历史测试集负荷数据训练LSTM深度神经网络模型，在训练过程中，使用均方误差衡量预测与实际值之间的误差；
(4)使用验证集负荷数据评估模型性能，调整LSTM深度神经网络模型的层数、隐藏单元数、学习率以及超参数提高模型预测性能；
(5)使用训练好的LSTM深度神经网络模型进行实时负荷预测。
所述数学模型建立的过程方法如下：
(1)定义决策变量
a.充电速率和放电速率的时间序列：即在每个时间步的充电和放电量；
b.储能电站的状态：电池的充电状态；
c.天气状态变量：温度、风速、日照；
d.市场电价的时间序列：即每个时间步的电价。
(2)制定目标函数
目标函数考虑多个因素，分别为：
c.最小化储能成本：包括电力购买成本、充电损失成本、电池寿命成本；
d.最大化利润：考虑市场电价和电能销售收益；
c.最大化储能系统效率：优化电池的充电和放电，以最大化电能的输入和输出效率。
(3)设置约束条件
a.充电速率和放电速率的上下限；
b.电池状态的上下限。
c.电网连接容量的限制；
d.实时电网负荷需求的满足；
e.天气状态的限制。
(4)建立数学模型
a.决策变量：充电速率：C(t)，表示在时间t充电的速率；
b.放电速率：D(t)，表示在时间t放电的速率；
c.储能电站状态：S(t)，表示在时间t的储能电站状态，如电池的充电状态；
d.约束条件：
1)充电和放电速率约束
充电速率C(t)和放电速率D(t)通常受到储能电站的技术限制，表示为：
2)电池状态约束
电池状态需要在一定范围内：
充放电平衡：
充电和放电需要平衡：
3)市场电价和电网负荷约束：根据市场电价和电网负荷进行调整。
在上述约束条件下，该模型为一个数学规划问题，使得总成本最小化。
总成本计算公式：
总成本＝∑t(电力购买成本(t)+充电损失成本(t)+电池寿命成本(t))。
具体工作过程：数据采集系统利用传感器和监控器采集实时电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据以及储能电站状态监测系统监测储能电站的状态数据；利用深度神经网络实现负荷预测；根据负荷预测结果，通过定义决策变量、制定目标函数、设置约束条件，建立数学模型，根据总成本计算公示优化充电与放电，从而最大程度地提高储能系统的效率和经济性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法，其特征在于，具体步骤如下：
A.数据采集：数据采集系统采集实时电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据；储能电站状态监测系统监测储能电站的状态数据；
B.负荷预测：对采集到的数据通过深度神经网络实现负荷预测；
C.数学模型建立：结合负荷预测结果，优化充电与放电，实现总成本最小化；
其中，负荷预测的具体方法如下：
(1)收集历史电网负荷数据，包括时间戳和相应电网负荷值；对数据进行清洗、去噪并填补缺失值；通过归一化对数据进行预处理；
(2)创建输入序列与输出序列，建立时序负荷数据集，并将其分为测试集和验证集；
(3)构建LSTM深度神经网络模型，LSTM深度神经网络模型激活函数采用双曲正切函数，通过历史测试集负荷数据训练LSTM深度神经网络模型，在训练过程中，使用均方误差衡量预测与实际值之间的误差；
(4)使用验证集负荷数据评估模型性能，调整LSTM深度神经网络模型的层数、隐藏单元数、学习率以及超参数提高模型预测性能；
其中，所述数学模型建立的过程方法如下：
(1)定义决策变量
a.充电速率和放电速率的时间序列：即在每个时间步的充电和放电量；
b.储能电站的状态：电池的充电状态；
c.天气状态变量：温度、风速、日照；
d.市场电价的时间序列：即每个时间步的电价；
(2)制定目标函数
目标函数考虑多个因素，分别为：
a.最小化储能成本：包括电力购买成本、充电损失成本、电池寿命成本；
b.最大化利润：考虑市场电价和电能销售收益；
c.最大化储能系统效率：优化电池的充电和放电，以最大化电能的输入和输出效率；
(3)设置约束条件
a.充电速率和放电速率的上下限；
b.电池状态的上下限；
c.电网连接容量的限制；
d.实时电网负荷需求的满足；
e.天气状态的限制；
(4)建立数学模型
a.决策变量：充电速率：C(t)，表示在时间t充电的速率；
b.放电速率：D(t)，表示在时间t放电的速率；
c.储能电站状态：S(t)，表示在时间t的储能电站状态，如电池的充电状态；
d.约束条件：
1)充电和放电速率约束
充电速率C(t)和放电速率D(t)通常受到储能电站的技术限制，表示为：
2)电池状态约束
电池状态需要在一定范围内：
充电和放电需要平衡：
3)市场电价和电网负荷约束：根据市场电价和电网负荷进行调整；
在上述约束条件下，该模型为一个数学规划问题，使得总成本最小化；
总成本计算公式：
总成本＝∑t(电力购买成本(t)+充电损失成本(t)+电池寿命成本(t))。
2.实现权利要求1所述一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法的系统，通过数据信息决定充放电时间，其特征在于，所述储能电站优化运行模式决策系统包括服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统、用户接口系统以及通信网络，上述各系统与通信网络电性连接；
其中，所述数据采集系统用于数据的采集，包括数据收集传感器和监控器，所述传感器和所述监控器分别与服务器连接，通过传感器以及监控器收集实时数据；
所述负荷预测系统与数据采集系统和服务器连接，所述负荷预测系统采用深度神经网络实现负荷预测；
所述储能电站状态监测系统与服务器、数据采集系统以及数据传感器连接，所述储能电站状态监测系统用于实时监测储能电站的状态，包括电池电量、电池温度以及充/放电速率；
所述优化调度系统与服务器、数据采集系统、负荷预测系统、储能电站状态监测系统、优化调度系统、控制执行系统连接，所述优化调度系统用来通过优化算法指定最佳的充电和放电策略。
3.根据权利要求2所述一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法的系统，其特征在于，所述实时数据包含电网负荷数据、储能电站状态数据、天气状态、以及实时市场电价数据。
4.根据权利要求2所述一种基于数据处理的储能电站优化运行模式决策方法的系统，其特征在于，所述用户接口系统提供用户界面，以允许操作员监控系统运行并进行手动干预；用户可以设置优化目标和策略，以满足其需求。
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