CN117833321A - 一种光储直柔系统储能控制方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光储直柔技术领域，具体涉及一种光储直柔系统储能控制方法。本发明采用如下技术方案：一种光储直柔系统储能控制方法，包括：建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数；建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；获取所需参数值，所需参数值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；根据获得的所需参数值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出功率期望值和输出电压期望值。本发明的有益效果是：在优化储能成本的同时抑制母线电压波动，维持母线电压稳定。
Description
技术领域
本发明属于光储直柔技术领域，具体涉及一种光储直柔系统储能控制方法、系统、设备及介质。
背景技术
“光储直柔”是在建筑领域应用光伏、储能、直流微网和柔性控制四项技术的简称。“光储直柔”在建筑中通过直流母线连接分布式光伏、储能和可调用电负荷，是平抑电网波动、有效消纳可再生能源、实现建筑“碳中和”的有效手段。光储直柔系统的成本控制和母线电压波动抑制是面临的诸多问题中的两个。光储直柔系统的主要成本之一是储能成本。
传统的经济优化通常采用中央控制器采集各分布式电源信息，根据算法得到最优调度方案并向各电源发出命令。然而，由于缺少主电网的支持以及微电网的低等效惯量，孤岛微电网的经济优化变得更具挑战性。
当前，对光储直柔系统的储能成本控制的研究较少，对母线电压波动抑制的研究也较少。并且，储能变化对母线电压也存在影响，迄今未有同时考虑储能成本和母线电压的方案。
发明内容
本发明提供一种光储直柔系统储能控制方法，对储能进行控制，同时实现储能成本优化和母线电压波动抑制。本发明同时提供一种光储直柔系统储能控制系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光储直柔系统储能控制方法，所述光储直柔系统储能控制方法包括：
步骤S1、建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数；
步骤S2、建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；
步骤S3、获取所需参数值，所需参数值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；
步骤S4、根据获得的所需参数值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压。
本发明的光储直柔系统储能控制方法，建立并求解储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立并求解各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压，从而在优化储能成本的同时抑制母线电压波动，维持母线电压稳定。
作为改进，步骤S1中，建立各储能单元的成本与其输出功率的函数关系，表示为：
其中，Ci是第i个储能单元的成本，ai≥0，bi≥0，ci≥0，均为第i个储能单元的成本系数，pi是第i个储能单元的输出功率。
作为改进，步骤S1中，储能单元在输出功率约束下的成本最低的目标函数表示为：
其中，Pload是总的负载需求，满足约束Pi是第i个储能单元的输出功率，Pi min和Pi max分别是第i个储能单元的最小和最大输出功率。
作为改进，步骤S1中，令和/>则成本函数的表达式变为：
因此，将第i个储能单元的成本微增率定义为：
作为改进，步骤S2中，电压优化目标函数表示为：
Yi＝1-Xi
其中，ui为第i个储能单元的输出电压期望值，uref为母线额定电压，k1、k2、k3为比例系数，aij为第i个储能单元和第j个储能单元之间的通信权重，Pi为第i个储能单元的实际输出功率，Pi max为第i个储能单元的最大输出功率，λ为成本微增率，ui(t)为第i个储能单元的实际输出电压。通信权重是多智能体系统一致性问题中的概念。通过通信得到的信息的重要性不同，即权重不同。通信权重的大小会影响信息传递。较高的通信权重表示更倾向于接受来自其他单元的信息和建议，而较低的通信权重则表示更倾向于依赖本地信息和决策。
作为改进，步骤S3中，储能单元的平均电压估计值的计算公式表示为：
其中，为第i个储能单元的平均电压估计值，ui(t)为第i个储能单元的实际输出电压，Ni为与第i个储能单元有通信链路的储能单元的集合，aij为第i个储能单元和第j个储能单元之间的通信权重。
作为改进，步骤S4中，通过双向Buck/Boost调节各储能单元的输出功率和输出电压。
一种光储直柔系统储能控制系统，所述光储直柔系统储能控制系统包括：
函数建立模块，用于建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；
参数获取模块，用于获取所需值，所需值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；
计算单元，用于根据获得的所需值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值和输出功率期望值。
一种电子设备，包括处理器、存储介质以及计算机程序，所述计算机程序存储于存储介质中，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现前述的一种光储直柔系统储能控制方法。
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时实现前述的一种光储直柔系统储能控制方法。
本发明的光储直柔系统储能控制方法的有益效果是：建立并求解储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立并求解各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压，从而在优化储能成本的同时抑制母线电压波动，维持母线电压稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的光储直柔系统储能控制方法的流程图。
图2是本发明实施例的光储直柔系统的架构图。
图3是本发明实施例的光储直柔系统的储能单元的Buck/Boost变换器控制原理图。
图4是本发明实施例的光储直柔系统的储能经济最优调控原理图。
图5是本发明实施例的光储直柔系统的仿真例的结构图(储能单元为4个)。
图6是本发明实施例的光储直柔系统的仿真例的储能单元输出电压变化图。
图7是本发明实施例的光储直柔系统的仿真例的直流母线电压变化图。
图8是本发明实施例的光储直柔系统的仿真例的储能单元输出功率变化图。
图9是本发明实施例的光储直柔系统的仿真例的储能单元成本微增率变化图。
具体实施方式
下面对本发明创造实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明创造的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明创造的保护范围。
参见图1至图9，本发明实施例的一种光储直柔系统储能控制方法，所述光储直柔系统储能控制方法包括：
步骤S1、建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数；
步骤S2、建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；
步骤S3、获取所需参数值，所需参数值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；
步骤S4、根据获得的所需参数值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压。
本发明的光储直柔系统储能控制方法，建立并求解储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立并求解各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压，从而在优化储能成本的同时抑制母线电压波动，维持母线电压稳定。
本实施例中，步骤S1中，建立各储能单元的成本与其输出功率的函数关系，表示为：
其中，Ci是第i个储能单元的成本，ai≥0，bi≥0，ci≥0，均为第i个储能单元的成本系数，pi是第i个储能单元的输出功率。
本实施例中，步骤S1中，令和/>则成本函数的表达式变为：
因此，将第i个储能单元的成本微增率定义为：
本实施例中，步骤S1中，储能单元在输出功率约束下的成本最低的目标函数表示为：
其中，Pload是总的负载需求，满足约束Pi是第i个储能单元的输出功率，Pi min和Pi max分别是第i个储能单元的最小和最大输出功率。
本实施例中，步骤S2中，电压优化目标函数表示为：
Yi＝1-Xi
其中，ui为第i个储能单元的输出电压期望值，uref为母线额定电压，k1、k2、k3为比例系数，aij为第i个储能单元和第j个储能单元之间的通信权重，Pi为第i个储能单元的实际输出功率，Pi max为第i个储能单元的最大输出功率，λ为成本微增率，ui(t)为第i个储能单元的实际输出电压。通信权重是多智能体系统一致性问题中的概念，通过通信得到的信息的重要性不同，即权重不同。通信权重的大小会影响信息传递，较高的通信权重表示更倾向于接受来自其他单元的信息和建议，而较低的通信权重则表示更倾向于依赖本地信息和决策。
本实施例中，步骤S3中，储能单元的平均电压估计值的计算公式表示为：
其中，为第i个储能单元的平均电压估计值，ui(t)为第i个储能单元的实际输出电压，Ni为与第i个储能单元有通信链路的储能单元的集合，aij为第i个储能单元和第j个储能单元之间的通信权重。
本实施例中，先通过t时刻的实际输出电压值ui(t)得到平均电压估计值再得到输出电压期望值ui，最后调整t+1时刻的实际输出电压值。
本实施例中，步骤S4中，通过双向Buck/Boost调节各储能单元的输出功率和输出电压。
本实施例中，当负载功率增大，使得某个储能单元达到最大输出功率点时，该储能单元维持最大功率不变，其余储能单元分配剩余的负载功率。
为证明本发明方法的有效性，通过软件仿真进行验证。
参见图5至图9，光储直柔系统的仿真例中，直流母线电压为375V，额定功率为6000W，有4个储能单元，每个储能单元的额定功率为1500W。设4个储能单元的成本系数分别是：
a1＝0.35，b1＝0.15；
a2＝0.72，b2＝0.18；
a3＝0.65，b3＝0.12；
a4＝0.5，b4＝0.2。
为验证系统的性能，设置了负载突增环节。某时刻2s前，负载功率为800w左右，2s时，负载突增为3200w左右。负载突变前后，电压恢复模块中储能单元的平均电压估计值会随着负载的增大而减小，导致电压参考值与估计值之间的误差增大。为了使直流母线电压恢复到参考值，需要调节储能单元的输出功率。从图6和图7中可以看出，负载突变前后，由于4个储能单元的输出电压均稳定在375V左右，母线平均电压能稳定在375V左右。说明该系统的电压恢复能力较好，能将母线平均电压维持在基准值附近，能够使母线的平均电压保持在基准值附近。其中，各个储能单元输出的电压不同，存在的一些误差主要是由线路阻抗引起的。
参见图9，可以得知光储直柔系统遵循等微增率原则，即在系统运行成本最小的情况下，储能单元2的成本最高，输出功率最小，而储能单元1的成本最低，输出功率最大。因此，仿真结果表明本实施例的方法满足了经济优化目标，即成本越低则输出功率越大。
本发明实施例的光储直柔系统储能控制方法的有益效果是：建立并求解储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立并求解各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压，从而在优化储能成本的同时抑制母线电压波动，维持母线电压稳定；各储能单元通过双向Buck/Boost电路与直流母线相连，同时考虑了线路电阻，仅需要通过通信网络，获取邻居的成本微增率、负载功率估计值和平均电压估计值，即可实现经济优化和电压恢复；引入通信权重,通信权重具有可量化性和可比较性，对不同的单元之间的通信进行量化和比较，从而更好地理解系统中不同单元之间的关系和影响。
本发明实施例同时提供一种光储直柔系统储能控制系统，所述光储直柔系统储能控制系统包括：
函数建立模块，用于建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；
参数获取模块，用于获取所需值，所需值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；
计算单元，用于根据获得的所需值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值和输出功率期望值。
本发明实施例同时提供一种电子设备，包括处理器、存储介质以及计算机程序，所述计算机程序存储于存储介质中，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现前述的一种光储直柔系统储能控制方法。
本发明实施例同时提供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时实现前述的一种光储直柔系统储能控制方法。
以上所述，仅为本发明创造的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明创造包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明创造的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：所述光储直柔系统储能控制方法包括：
步骤S1、建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数；
步骤S2、建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；
步骤S3、获取所需参数值，所需参数值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；
步骤S4、根据获得的所需参数值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值，并据此调节各储能单元的输出功率和输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：步骤S1中，建立各储能单元的成本与其输出功率的函数关系，表示为：
其中，Ci是第i个储能单元的成本，ai≥0，bi≥0，ci≥0，均为第i个储能单元的成本系数，pi是第i个储能单元的输出功率。
3.根据权利要求2所述的一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：步骤S1中，储能单元在输出功率约束下的成本最低的目标函数表示为：
其中，Pload是总的负载需求，满足约束Pi是第i个储能单元的实际输出功率，Pi min和Pi max分别是第i个储能单元的最小和最大输出功率。
4.根据权利要求2所述的一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：步骤S1中，令和/>则成本函数的表达式变为：
因此，将第i个储能单元的成本微增率定义为：
5.根据权利要求4所述的一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：步骤S2中，电压优化目标函数表示为：
Yi＝1-Xi
其中，ui为第i个储能单元的输出电压期望值，uref为母线额定电压，k1、k2、k3为比例系数，aij为第i个储能单元和第j个储能单元之间的通信权重，Pi为第i个储能单元的实际输出功率，Pi max为第i个储能单元的最大输出功率，λ为成本微增率，为第i个储能单元的平均电压估计值。
6.根据权利要求5所述的一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：步骤S3中，储能单元的平均电压估计值的计算公式表示为：
其中，为第i个储能单元的平均电压估计值，ui(t)为第i个储能单元的实际输出电压，Ni为与第i个储能单元有通信链路的储能单元的集合，aij为第i个储能单元和第j个储能单元之间的通信权重。
7.根据权利要求1所述的一种光储直柔系统储能控制方法，其特征在于：步骤S4中，通过双向Buck/Boost调节各储能单元的输出功率和输出电压。
8.一种光储直柔系统储能控制系统，其特征在于：所述光储直柔系统储能控制系统包括：
函数建立模块，用于建立储能单元在输出功率约束下的成本最低目标函数，建立各储能单元的成本微增率公式，建立各储能单元的输出电压期望值关于成本微增率的电压优化目标函数；
参数获取模块，用于获取所需值，所需值包括：各储能单元的平均电压估计值、需要所有储能单元满足的总的负载需求、母线额定电压；
计算单元，用于根据获得的所需值，求解成本最低目标函数和电压优化目标函数，得到各储能单元的输出电压期望值和输出功率期望值。
9.一种电子设备，包括处理器、存储介质以及计算机程序，所述计算机程序存储于存储介质中，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的一种光储直柔系统储能控制方法。
10.一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时实现权利要求1至7任一项所述的一种光储直柔系统储能控制方法。
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