考虑运行和维护的多类型储能系统能量管理方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及储能技术，智能电网以及能源互联网领域中的能量管理方法和系统， 具体涉及一种考虑运行和维护的多类型储能系统能量管理方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着新能源大规模并网，其出力的波动问题日益严重。由于风电和光伏属于可再 生能源，其出力的大小受到气候、地形、温度、日照等因素的影响，导致其出力的不确定性， 然而风能固有的随机波动性，使得新能源在并网时会对局部电网产生明显冲击，严重时会 引发大规模恶性事故。随着风电和光伏并网在电网中的比例不断增加，多类型储能系统能 量管理方法与系统越来越受到关注。
[0003] 随着电池及其集成技术的不断发展，应用储能系统平滑新能源输出逐渐成为了一 种可行方案。通过合理控制连接在储能设备上的双向变流器，高效地实现储能系统充放电， 能在很大程度上解决风电和光伏随机性及波动性带来的输出不稳定的问题，以满足风光储 发电的平滑输出要求，并有效解决由于新能源波动给电网频率波动带来的电能质量等问 题。
[0004] 按照其不同的性质，储能介质可分为能量型和功率型两类，能量型储能介质以锂 电池、铅酸蓄电池以及全矾液流电池等为代表，其能量密度大，存储容量高，但功率密度较 小且响应时间较长。功率型储能介质以超级电容、飞轮储能以及超导磁储能为代表，其功率 密度大，存储容量低，响应时间较短，可以频繁充放电而不损害其性能，但能量密度较小。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供考虑运行和维护的多类型储能系统能 量管理方法和系统。本发明基于经验模态分解的方法，结合储能系统SOC反馈输入，达到即 能防止储能系统出现过充和过放现象，保持储能系统良好性能，又兼具较好的平滑输出的 效果。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] -种考虑运行和维护的多类型储能系统能量管理方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] (1)读取风光储发电系统和电池储能系统的相关数据；
[0009] (2)计算标准化模量累积均值得出的滤波阶数基准值，将功率信号分解成高频、中 频和低频信号；
[0010] (3)求取当前时刻储能系统有功功率和荷电状态，并判断当前时刻储能系统的荷 电状态是否超过预设值，若超过，则停止功率平滑控制，否则根据储能系统的荷电状态和实 际功率实时修正储能系统功率命令值；
[0011] ⑷根据储能系统有功功率的符号来判断储能系统的充放电状态，并基于储能系 统充放电状态计算各储能电池机组的有功功率命令值；
[0012] 优选的，所述步骤（1)中，所述相关数据包括风光储发电系统的采样功率、采样功 率的时间间隔、额定功率、额定容量以及能量型电池和功率型电池的初始化荷电状态。
[0013] 优选的，所述步骤（2)中，包括如下步骤：
[0014] 步骤2-1、根据所述风光储发电系统的采样功率，基于经验模态分解的方法，分成 若干个固有模态函数和一个余量；
[0015] 步骤2-2、根据如下公式计算其标准化模量累积均值，从而得出的滤波阶数基准值 kl 和 k2 :
[0017] 式中MeanO指平均值，std()标准差，η为最大阶次Jatn为标准化模量累积均值， Ii1 (t)为固有模态函数，当
I时，σ = 5,认为从第m阶开始经验模态分解趋势发 生变化，kl为m ;当在第η阶为最大值，k2为η ;
[0018] 步骤2-3、将kl阶之后的所有頂F之和加上余量的低频部分作为平滑功率，从第1 阶到第k2阶的頂F之和为高频部分，有功率型电池吸收；k2+l阶到kl-Ι阶的頂F之和作 为中频部分，由能量型电池吸收。
[0019] 优选的，所述步骤（3)中，所述储能系统有功功率包括能能量型电池有功功率和 功率型电池有功功率，求取当前时刻所述能量型电池有功功率公式如下：
[0021] 求取所述功率型电池有功功率公式如下：
[0023] 所述储能系统荷电状态包括能量型电池荷电状态和功率型电池荷电状态，求取所 述能量型电池荷电状态公式如下：
[0025] 求取所述功率型电池荷电状态公式如下：
[0027] 式中，Pbat(t)为当前t时刻能量型电池的有功功率，Cbat为能量型电池的容量， Prap(t)为当前t时刻的功率型电池的有功功率，(；3|5为功率型电池的容量，△ t为采样功率 时间间隔；
[0028] 当判断出储能系统处于过充电或过放电状态时，基于下列式子实时修正储能系统 功率命令值：
[0032] 式中Pbat为经验模态分解后储能目标功率值;A为目标功率值修正系数，r基于荷 电状态反馈的自适应修正系数，A PbessS储能系统功率命令修正值；SOCraf参考荷电状态 值，SOCmax荷电状态最大值，SOCmin荷电状态最小值，SOC为储能系统的荷电状态。
[0033] 优选的，所述步骤（4)中，包括如下步骤：
[0034] 步骤4-1、若储能系统的有功功率符号为负，表示储能系统处于充电运行状态；
[0035] 步骤4-2、若储能系统的有功功率符号为正，表示储能系统处于放电运行状态；
[0036] 步骤4-3、判断储能系统的状态，处于运行状态时，U1= 1 ;处于检修状态时，u 1 =2,处于停止状态时，U1= 0 ;
[0037] 步骤4-4、基于储能系统荷电状态计算各储能电池机组的有功功率命令值；
[0039] 式中P1为储能电池机组的有功功率命令值，u i为储能电池所处的状态；SOD i为放 电状态值，Pb为储能子站总功率值，L表示储能电池机组的个数，i表示第i个储能电池机 组。
[0040] 优选的，一种考虑运行和维护的多类型储能系统能量管理系统，所述系统包括：
[0041] 通讯模块，用于读取风光储发电系统和电池储能系统的相关数据，并将所述储能 系统有功功率的符号和所述储能系统的指令发送给电池管理系统，实时对储能系统进行充 放电控制；
[0042] 数据存储和管理模块，用于储存电池联合储能电站运行时的实时数据和历史数 据，并计算标准化模量累积均值得出的滤波阶数基准值，将功率信号分解成高频、中频和低 频信号；
[0043] 总功率协调控制模块，用于求取当前时刻储能系统有功功率和荷电状态，并判断 当前时刻储能系统的荷电状态是否超过预设值，若超过，则停止功率平滑控制，否则根据储 能系统的荷电状态和实际功率实时修正储能系统功率命令值；
[0044] 实时功率分配模块，根据储能系统有功功率的符号来判断储能系统的充放电状 态，并根据储能系统充放电状态设置储能系统的指令。
[0045] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0046] 本发明基于经验模态分解的方法，将功率信号分解成高频、中频、低频信号。低频 信号作为并网功率结合储能系统SOC反馈输入，调节储能系统功率，达到即能防止储能系 统出现过充和过放现象，保持储能系统良好性能，又兼具较好的平滑输出的效果。同时，多 类型储能系统能量管理方法和系统考虑电池的状态，分别为运行状态、维护状态、停止状 态。对于电池不同的状态调整不同的充放电策略，做出相应的决策。有利于储能电池长时 间的维护和使用。
【附图说明】
[0047] 图1是本发明提供的一种多类型储能系统能量管理系统的结构图
[0048] 图2是本发明提供的一种多类型储能系统能量管理方法的流程图
[0049] 图3本发明提供的风光储发电系统采样功率的数据曲线图；
[0050] 图4本发明提供的检修状态下电池功率的数据曲线图；
[0051] 图5平抑前后功率曲线图；
[0052] 图6能量型电池功率曲线图；
[0053] 图7功率型电池功率曲线图；
[0054] 图8能量型电池 SOC变化曲线图；
[0055] 图9功率型电池 SOC变化曲线图
[0056] 图10备用电池功率曲线图
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0058] 电池联合储能电站包括功率型储能子站和能量型储能子站，其中能量型子站又有 运行和检修两种状态。其中功率型和能量型子站包括双向变流器和多个电池储能机组，通 过双向变流器可以执行各电池储能机组的启停控制及充放电功率指令。
[0059] 如图1所示，本发明通过设置在远程服务器的通讯模块10,数据存储与管理模块 20,总功率协调控制模块30,实时功率分配模块40实现的。
[0060] 通讯模块10接收电池储能电站总有功功率实时需求值和储能相关运行数据；
[0061] 数据存储与管理模块20用于存储和管理电池联合储能电站运行时的实时数据和 历史数据，而且负责将各功率命令值进行汇总、并赋值给相关的接口变量，供远程服务器通 过通讯模块调用，将各能量型和功率型电池机组可控状态信号和SOC值信号以及电池储能 电站总有功功率实时需求信号值发送到总功率协调控制模块30。
[0062] 总功率协调控制模块30用于实时计算电池储能电站中有功功率命令值，并将能 量型和功率型储能子站有功功率需求发送到实时功率分配模块40。
[0063] 实时功率分配模块40用于对能量型储能子站和功率型储能子站的有功功率进行 实时分配，以确定待分配的能量型和功率型储能机组的有功功率命令值。将各能量型和功 率型电池机组功率命令值信号发送回总功率协调管理模块30。
[0064] 如图2所示，本发明提供的考虑运行和维护的多类型能量管理方法，该方法包括 下述步骤：
[0065] 步骤A :读取风光储发电系统和电池储能系统的相关数据
[0066] 该数据包括风光储系统的采样功率、采样功率时间间隔、额定功率和额定容量以 及能量型电池和功率型电池的初始荷电状态
[0067] 步骤B :计算标准化模量累积均值得出的滤波阶数基准值，将功率信号分解成高 频、中频和低频信号
[0068] 根据通讯模块读取的出力值，基于经验模态分解（EMD)的方法，分成若干个頂F和 余量，通过下式计算其标准化模量累积均值得出的滤波阶数基准值kl、k2 :
[0070] 式子⑴中为标准量累积均值，hjt)为固有模态函数，MeanO指平均值，StdO 标准差，η为最大阶次，当€明显偏离0时，即
，σ = 5,认为从第m阶开始EMD 趋势发生变化，kl为m。当Iiis在第η阶为