一种微电网中储能电池管理方法与流程

本发明涉及微电网储能电池技术领域，特别是涉及一种微电网中储能电池管理方法。

背景技术：

目前，微电网技术是当前消纳分布式电源的重要途径，能够减轻大电网的负担。一般情况下，住宅微电网都要装配储能电池，主要目的是调峰、提高分布式电源的可靠性等。由于微电网中的风电、光伏具有很强的随机性和间歇性特征，微电网中的储能电池的充放电将处在不规律的状态。同时储能电池的寿命主要跟电池的放电方式有关，目前并对电池进行充放电的管理主要用于监测电池状态和运行参数，保护电池的安全，没有将微电网中电池管理与经济调度结合起来，电池寿命较低，且电池管理成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种微电网中储能电池管理方法，以实现延长储能电池寿命，并降低成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种微电网中储能电池管理方法，包括：

依据微电网系统内的分布式电源的输出功率、配电网的发出功率和储能电池的荷电状态确定功率流向；

计算储能电池的寿命；

通过储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本控制储能电池的放电。

优选的，所述依据微电网系统内的分布式电源的输出功率、配电网的发出功率和储能电池的荷电状态确定功率流向，包括：

判断分布式电源输出功率和电网功率的总和是否大于负荷；所述电网功率为配电网的发出功率；

若分布式电源输出功率和电网功率的总和大于负荷，判断储能电池的荷电状态是否小于100％，若是，由分布式电源对储能电池充电，若否，分布式电源向电网输送电能，储能电池处于不活跃状态；

若分布式电源输出功率和电网功率的总和不大于负荷，判断分布式电源输出功率和电网功率的总和是否等于负荷，若是，储能电池处于不活跃状态，若否，对储能电池的放电进行管理。

优选的，所述通过储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本控制储能电池的放电之后，还包括：

确定从电网购买的额外电能。

优选的，所述通过储能电池寿命的管理成本和购电成本控制储能电池的放电，包括：

利用储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本来实现电力系统的经济调度，当储能电池对外放电时，若储能电池寿命的管理成本低于储能电池购电成本的20％，此时对外放电满足电能需求。

优选的，所述计算储能电池的寿命，包括：

计算储能电池生命周期内总的额定安时电量；

计算储能电池的循环放电次数；

建立有效安培小时数与放电深度的关系式；

建立有效安培小时数、放电深度、额定安时容量和实际安时容量的关系式；

确定储能电池实际的使用寿命。

优选的，所述总的额定安时电量的计算公式如下：

Γ_R＝L_R·D_R·C_R

其中，Γ_R表示总的额定安时电量，L_R表示额定循环放电次数，D_R表示额定放电深度，C_R表示额定安时容量。

优选的，所述储能电池的循环放电次数的计算公式如下：

$L=u_2{\left(\frac{D_R}{D_A}\right)}^{u_0}\·e^{u_1(1-\frac{D_A}{D_R})}$

其中，L表示储能电池的循环放电次数，u₀、u₁及u₂表示拟合系数，D_A为放电深度。

优选的，所述有效安培小时数与放电深度的关系式如下：

$\frac{d_{eff}}{d_{act}}=\frac{L_R}{L}={\left(\frac{D_A}{D_R}\right)}^{u_0}\·e^{u_1(\frac{D_A}{D_R}-1)}$

其中，d_eff表示有效安培小时数，d_act表示实际放电的安培小时数。

本发明所提供的一种微电网中储能电池管理方法，依据微电网系统内的分布式电源的输出功率、配电网的发出功率和储能电池的荷电状态确定功率流向；计算储能电池的寿命；通过储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本控制储能电池的放电。可见，将微电网调度与电池管理成本以及储能电池寿命相结合，对电池的充放电过程进行控制，将微电网中电池管理与经济调度结合起来，实现储能电池延长并且降低电池管理成本，综合考虑了大电网、微电网以及储能电池，能够对混合能源系统进行实时的调度管理，保证功率平衡，所以该方法实现延长储能电池寿命，并降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种微电网中储能电池管理方法的流程图；

图2为本发明中微电网系统的结构框图；

图3为功率调度原理图；

图4为不同放电策略下的电池寿命示意图；

图5为不同放电策略下的单位千瓦时电池管理成本。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种微电网中储能电池管理方法，以实现延长储能电池寿命，并降低成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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做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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种微电网中储能电池管理方法的流程图，该方法包括：

S11：依据微电网系统内的分布式电源的输出功率、配电网的发出功率和储能电池的荷电状态确定功率流向；

S12：计算储能电池的寿命；

S13：通过储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本控制储能电池的放电。

可见，将微电网调度与电池管理成本以及储能电池寿命相结合，对电池的充放电过程进行控制，将微电网中电池管理与经济调度结合起来，实现储能电池延长并且降低成本，综合考虑了大电网、微电网以及储能电池，能够对混合能源系统进行实时的调度管理，保证功率平衡。

基于上述方法，具体的，步骤S11具体包括：

S21：判断分布式电源输出功率和电网功率的总和是否大于负荷；

其中，所述电网功率为配电网的发出功率；

S22：若分布式电源输出功率和电网功率的总和大于负荷，判断储能电池的荷电状态是否小于100％，若是，由分布式电源对储能电池充电，若否，分布式电源向电网输送电能，储能电池处于不活跃状态；

S23：若分布式电源输出功率和电网功率的总和不大于负荷，判断分布式电源输出功率和电网功率的总和是否等于负荷，若是，储能电池处于不活跃状态，若否，对储能电池的放电进行管理。

进一步的，步骤S13之后，还包括：确定从电网购买的额外电能。

步骤S13之前还包括：计算储能电池寿命的管理成本。

步骤S13的过程具体为：利用储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本来实现电力系统的经济调度，当储能电池对外放电时，若储能电池寿命的管理成本低于储能电池购电成本的20％，此时对外放电满足电能需求。

储能电池寿命的管理成本也称为电池管理成本，电池管理成本的计算公式如下：

C＝RBC×{[C_B+C_R·SFF(i,Y_R)]·CRF(i,Y_p)}+RBC·C_op·(1+f)ⁿ

其中C表示电池管理成本即储能电池寿命的管理成本，具体是年度电池管理成本，RBC表示额定电池容量，C_B表示单位kW电池容量的原始成本，C_R表示单位kW电池容量的重置成本，SFF表示债偿基金因数，CRF表示资本回收系数，i表示实际利率，Y_R表示电池估计寿命(年)，Y_P表示电池计划寿命，f表示通货膨胀率，C_op表示单位kW电池年度运行维护成本，n表示电池投入运行的年份。

SFF、CRF、i的表达式如下：

$SFF(i,Y_R)=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{{(1+i)}^{k\·Y_R}}$

$CRF(i,Y_P)=\frac{i\·{(1+i)}^{Y_P}}{{(1+i)}^{Y_P}-1}$

$i=\frac{i_{nom}-f}{1+f}$

其中，n表示储能电池重置次数，i_nom表示名义利率。

步骤S13中的储能电池寿命的管理成本具体为单位千瓦时电池管理成本，单位千瓦时电池管理成本C_AVE的计算公式如下：

$C_{AVE}=\frac{C}{8760\·RBC}$

进一步的，步骤S12具体包括以下步骤：

S1：计算储能电池生命周期内总的额定安时电量；

S2：计算储能电池的循环放电次数；

S3：建立有效安培小时数与放电深度的关系式；

S4：建立有效安培小时数、放电深度、额定安时容量和实际安时容量的关系式；

S5：确定储能电池实际的使用寿命。

步骤S1中，所述总的额定安时电量的计算公式如下：

Γ_R＝L_R·D_R·C_R

其中，Γ_R表示总的额定安时电量，L_R表示额定循环放电次数，D_R表示额定放电深度，C_R表示额定安时容量，即表示储能电池额定安时容量。Γ_R具体表示储能电池在额定放电速率、额定放电深度下的所能够释放的安时电量。

步骤S2中，所述储能电池的循环放电次数的计算公式如下：

$L=u_2{\left(\frac{D_R}{D_A}\right)}^{u_0}\·e^{u_1(1-\frac{D_A}{D_R})}$

其中，L表示储能电池的循环放电次数，u₀、u₁及u₂表示拟合系数，D_A为放电深度。L具体表示放电深度为DA时储能电池的循环放电次数，对于u₂，一般设置u₂＝L_R。

步骤S3中，所述有效安培小时数与放电深度的关系式如下：

$\frac{d_{eff}}{d_{act}}=\frac{L_R}{L}={\left(\frac{D_A}{D_R}\right)}^{u_0}\·e^{u_1(\frac{D_A}{D_R}-1)}$

其中，d_eff表示有效安培小时数，d_act表示实际放电的安培小时数。

步骤S4中，有效安培小时数、放电深度、额定安时容量和实际安时容量的关系式如下：

$\frac{d_{eff}}{d_{act}}=\frac{C_R}{C_A}$

其中，C_R表示额定安时容量，C_A表示实际安时容量。电池放电速率将直接影响电池的可用容量，有效安培小时数与放电速率关系可用有效安培小时数与实际可用容量表示。

每次放电事件后电池的有效安培小时数的计算公式如下：

$d_{eff}={\left(\frac{D_A}{D_R}\right)}^{u_0}\·e^{u_1(\frac{D_A}{D_R}-1)}\frac{C_R}{C_A}{d}_{act}$

步骤S5中，储能电池实际的使用寿命的计算公式如下：

$L_{time}=\frac{L_R\·D_R\·C_R}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{eff,i}}\·T$

其中，L_time表示储能电池估计的寿命，n表示放电次数，T表示运行周期。

以上针对电池寿命估计即电池寿命计算的方法，考虑了电池放电深度和放电率对电池寿命的影响，以放电深度和放电率作为电池寿命估计函数的变量，实现对电池寿命的估计。

详细的，本发明中的微电网系统中包括能量管理单元，分布式电源，储能单元、公网及负载，能量管理单元用于进行一次管理和二次管理。图2为本发明中微电网系统的结构框图。

一次管理是根据分布式电源输出功率、配电网发出功率以及电池荷电状态，确定功率流向，即进行功率调度。图3为功率调度原理图。

二次管理是计算电池寿命估计、单位千瓦时电池管理成本、单位千瓦时电网购电成本，以最小电池管理成本最小作为延长电池寿命的依据。二次管理主要决定储能电池放电和从电网购买额外的电能，通过考虑计及储能电池寿命的管理成本和购电成本来实现经济调度，当储能电池能对外放电时，如果单位千瓦时电池管理成本低于购电成本，此时对外放电满足电能需求。图4和附图5表示电池荷电状态大于20％时，储能电池直接放电提供所需电能和储能电池在单千瓦时电池管理成本小于电网购电成本时对外放电提供所需电能两种放电模式下电池寿命和成本示意图。

本发明将微电网调度与储能电池寿命估计以及电池管理成本相结合，对电池的充放电过程进行控制，能够延长储能电池的使用寿命，同时降低电池管理成本。综合考虑了大电网、微电网以及储能电池，能够对混合能源系统进行实时的调度管理，保证功率平衡。

综上，本发明所提供的一种微电网中储能电池管理方法，依据微电网系统内的分布式电源的输出功率、配电网的发出功率和储能电池的荷电状态确定功率流向；计算储能电池的寿命；通过储能电池寿命的管理成本和储能电池的购电成本控制储能电池的放电。可见，将微电网调度与电池管理成本以及储能电池寿命相结合，对电池的充放电过程进行控制，将微电网中电池管理与经济调度结合起来，实现储能电池延长并且降低电池管理成本，综合考虑了大电网、微电网以及储能电池，能够对混合能源系统进行实时的调度管理，保证功率平衡。

以上对本发明所提供的一种微电网中储能电池管理方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。