本发明涉及储能电池容量选配技术领域，具体涉及一种适用于光储型混合能源系统的储能电池容量选配方法。
背景技术：
现有技术中光储型混合能源系统由光伏电池系统、蓄电池储能系统和负载组成。其中，光伏电池系统由光伏阵列依次串接最大功率点跟踪控制器和功率变换器后并入交流母线，蓄电池储能系统由多个蓄电池组串接储能双向变流器构成并入交流母线，用以平抑光伏功率波动在并网时的不利影响。光伏电池系统和蓄电池储能系统通过公共母线经变换器共同给负载供电。
光储型混合能源系统中由于光伏发电易受环境影响，其发电功率具有很大的波动性、随机性和间歇性，其对系统安全稳定运行和负荷的有效工作将造成很大影响。为了平滑光伏系统出力的波动性，保障系统的供电可靠性，配以一定容量的储能系统。因此如何选取储能系统的容量，如何对储能电池容量选配优化，是当前亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种用于光储混合能源系统的储能电池容量选配方法，建立不同工况下储能电池容量模型，对光伏电池的供电功率和蓄电池的充放电实施调控。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于光储混合能源系统的储能电池容量选配方法，其特征是，设立反应不同工况特征的光伏供电及蓄电池充放电调整系数，在不同工况下依据调整系数对光伏供电功率和蓄电池的充放电进行调控，计算出不同工况下的储能电池容量配置数据，结合经济投资考虑来综合权衡以确定系统储能电池的容量。
已知蓄电池初始储能量C(t)为：
C(t)＝C(t-1)(1-δ)+Pbat2(t)ηcΔt-Pbat3(t)ηdΔt
其中，C(t)和C(t-1)分别是蓄电池t时刻和t-1时刻的初始容量(单位为kW min)，δ是自放电电流率；Pbat2(t)是蓄电池t时刻的放电功率；Pbat3(t)是蓄电池t时刻的充电功率；ηc是蓄电池充电效率；ηd是蓄电池放电效率；Δt为采样间隔。
蓄电池充电时的功率Pbat3(t)为：
Pbat3(t)＝D3(t)Ppv1(t)
其中：D3(t)为t时刻光伏电池为蓄电池充电提供有功功率的调整系数；Ppv1(t)为t时刻光伏电池可提供的最大有功功率。
光储联合供电系统实际供给负载的总的有功功率Ptotal(t)为：
其中：Ptotal(t)为t时刻光储联合供电系统的实际总的有功功率；Ppv(t)为t时刻光伏电池给负载提供的有功功率；Pbat2(t)为t时刻蓄电池给负载提供的有功功率(即为t时刻蓄电池的放电功率)；Ppv1(t)为t时刻光伏电池可提供的最大有功功率；Pbat1(t)为t时刻蓄电池可提供的最大有功功率；D1(t)为t时刻光伏电池给负载提供的有功功率的调整系数；D2(t)为t时刻蓄电池给负载提供的有功功率调整系数。
定义负载所需的有功功率缺额ΔP(t)为：
ΔP(t)＝Ppv1(t)-PL(t)
其中：ΔP(t)为t时刻负载功率缺额；Ppv1(t)为t时刻光伏电池可提供的最大有功功率；PL(t)为t时刻负载所需的有功功率。
计算t时刻调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量C(t+1)。调整系数的大小由负载功率缺额与系统可提供的功率决定，系统可提供的功率随工作模式不同而变化。
在整个能量匹配过程中，当混合供电系统的实际总有功功率Ptotal(t)等于负载所需功率PL(t)时，则表明光储混合能源系统能够满足负载所需功率要求，所选择的储能电池容量能够满足系统的供电需求。
根据负载功率缺额ΔP(t)，将光储能量匹配过程分为以下三种情况：
情况一：负载功率缺额ΔP(t)＞0，即光伏电池能够提供的功率大于负载所需功率，在根据蓄电池的储电量情况分为两种情况：
①光伏电池单独给负载供电
蓄电池储电量C(t)达到最大值Cmax，光伏电池仅为负载提供能量，蓄电池既不充电也不放电，则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算公式如下：
其中D2(t)、D3(t)值为0，表征了光伏单独给负载供电工况，D1(t)值由负载功率缺额与光伏提供的功率决定；
②光伏电池给负载和蓄电池供电
当蓄电池储电量C(t)未达到最大值Cmax时，光伏电池不仅为负载提供能量而且为蓄电池充电提供能量，直到蓄电池储电量达到最大值Cmax时，光伏电池改为仅为负载提供能量，即情况①。则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和第(t+1)min蓄电池储电量计算公式如下：
其中，Pbatmax表示充电最大限制功率，D2(t)值为0表征了光伏给负载与电池同时供电工况。
情况二：负载功率缺额ΔP(t)＝0，光伏电池能够提供的功率等于负载所需功率，即光伏电池仅给负载供电
光伏电池最大有功功率等于负载所需功率时，光伏电池发电量刚好满足负载需求，没有多余能量，因此只要将能量提供给负载即可，蓄电池即不充电也不放电，则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算公式如下：
情况三：负载功率缺额ΔP(t)＜0，光伏电池能够提供的功率小于负载所需功率，应根据蓄电池的储电量判断是否达到蓄电池放电条件，因此可分为两种情况：
①光伏电池和蓄电池联合给负载供电
当蓄电池储电量大于最小值Cmin时，光伏电池为负载提供能量同时蓄电池也为负载提供能量，直到蓄电池储电量小于最小值Cmin时，光伏电池和蓄电池都不为负载提供能量，即下一种情况②。则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算方法如下：
其中，仅D3(t)为0表明电池不充电，电池和光伏联合给负载供电；
②光伏电池仅给蓄电池供电
当蓄电池储电量小于最小值Cmin时，光伏电池和蓄电池都不为负载提供能量，光伏电池仅为蓄电充电提供电能，不为负载供电提供能量，直到满足负载用电需求或储能模块(蓄电池)充电达到饱和状态。则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算方法如下：
根据负载功率缺额将光储能量匹配系统分为不同的情况，研究不同工况下的储能电池容量配置数据，结合经济投资考虑来综合权衡以确定系统储能电池的容量。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：建立不同工况下储能电池容量模型，依据光储联合供电系统的调整系数对光伏电池的供电功率和蓄电池的充放电实施调控。计算满足各种工况储能电池容量，进而完成储能电池容量的最优配置。通过容量的合理选配，能够提高系统的供电可靠性，提升储能系统的使用寿命和减少电池的充放电次数。
附图说明
图1是本发明方法的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种用于光储混合能源系统的储能电池容量选配建模方法，以负载功率缺额ΔP(t)，电池初始储能量C(t)和光伏电池的有功功率Ppv(t)为容量选配过程中的判断条件。
步骤S1，计算负载所需的有功功率缺额ΔP(t)为：
ΔP(t)＝Ppv1(t)-PL(t)
步骤S2，计算蓄电池初始储能量C(t)为：
C(t)＝C(t-1)(1-δ)+Pbat2(t)ηcΔt-Pbat3(t)ηdΔt
蓄电池充电时的功率Pbat3(t)为：
Pbat3(t)＝D3(t)Ppv1(t)
步骤S3，计算光储联合供电系统的实际供给负载的总的有功功率Ptotal(t)为：
在整个能量匹配过程中，当混合供电系统的实际总有功功率Ptotal(t)等于t时刻负载所需功率PL(t)时，则表明光储混合能源系统能够满足负载所需功率要求，所选择的储能电池容量能够满足系统的供电需求。
计算t时刻光伏供电及蓄电池充放电调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量。调整系数的大小由负载功率缺额与系统可提供的功率决定，系统可提供的功率随工作模式不同而变化。
步骤S4，根据负载功率缺额ΔP(t)，可将光储能量匹配系统分为不同的情况，分别建立数学模型，研究不同工况下的储能电池容量配置，结合经济投资考虑来综合权衡以确定系统储能电池的容量。
情况一：负载功率缺额ΔP(t)＞0，即光伏电池能够提供的功率大于负载所需功率，在根据蓄电池的储电量情况分为两种情况：
①光伏电池单独给负载供电
蓄电池储电量C(t)达到最大值Cmax，光伏电池仅为负载提供能量，蓄电池既不充电也不放电，则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算公式如下：
其中D2(t)、D3(t)值为0，表征了光伏单独给负载供电工况，D1(t)值由负载功率缺额与光伏提供的功率决定；
②光伏电池给负载和蓄电池供电
当蓄电池储电量C(t)未达到最大值Cmax时，光伏电池不仅为负载提供能量而且为蓄电池充电提供能量，直到蓄电池储电量达到最大值Cmax时，光伏电池改为仅为负载提供能量，即情况①。则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和第(t+1)min蓄电池储电量计算公式如下：
其中，Pbatmax表示充电最大限制功率，D2(t)值为0表征了光伏给负载与电池同时供电工况。
情况二：负载功率缺额ΔP(t)＝0，光伏电池最大有功功率等于负载所需功率，即光伏电池仅给负载供电
光伏电池有功功率等于负载所需功率时，光伏电池发电量刚好满足负载需求，没有多余能量，因此只要将能量提供给负载即可，蓄电池即不充电也不放电，则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算公式如下：
情况三：负载功率缺额ΔP(t)＜0，光伏电池最大有功功率小于负载所需功率，应根据蓄电池的储电量判断是否达到蓄电池放电条件，因此可分为两种情况：
①光伏电池和蓄电池联合给负载供电
当蓄电池储电量大于最小值Cmin时，光伏电池为负载提供能量同时蓄电池也为负载提供能量，直到蓄电池储电量小于最小值Cmin时，光伏电池和蓄电池都不为负载提供能量，即下一种情况②。则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算方法如下：
其中，仅D3(t)为0表明电池不充电，电池和光伏联合给负载供电；
②光伏电池仅给蓄电池供电
当蓄电池储电量小于最小值Cmin时，光伏电池和蓄电池都不为负载提供能量，光伏电池仅为蓄电充电提供电能，不为负载供电提供能量，直到满足负载用电需求或储能模块(蓄电池)充电达到饱和状态。则t时刻光储联合供电系统的调整系数D1(t)、D2(t)、D3(t)和蓄电池储电量计算方法如下：
基于以上能量匹配调度策略(根据负载功率缺额ΔP(t)将光储能量匹配系统分为不同的情况)，研究不同工况下的储能电池容量配置数据，结合经济投资考虑来综合权衡以确定系统储能电池的容量。
为了验证本方法在储能电池容量选配中的应用，依据算法流程在Matlab/simulink仿真环境下可快速建立计算模型。在仿真过程中，假设系统中光伏电池提供最大有功功率和负载所需功率是相同的条件下，选用不同容量的蓄电池进行仿真分析。
经仿真分析得出，在长期连续工作和同一时刻光伏电池提供最大有功功率和负载所需功率是相同的情况下，给系统配备不同容量的蓄电池，当选配容量较大的蓄电池时，蓄电池的充电次数将变少，电池的寿命将会越长。
在现有技术中已知，同种类型的蓄电池，体积越大，质量越大，容量也越大，因此从供电可靠性角度，选用大容量的蓄电池。同时，在光伏电池和负载相同的情况下，容量越大，储能系统的使用寿命越长。但是，储能电池容量越大，系统所需成本越高，不满足经济性。
在条件容许的情况下尽可能地保证系统能够实时连续满足负载需求和太阳能的充分利用，降低储能系统容量与成本，同时尽量优先利用光伏供电，减小储能电池的充放电次数，提高了储能电池的使用寿命。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。