本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种储能系统规划的方法及系统。
背景技术：
随着经济的高速发展，用电负荷日益增加，配电网现有设备容量无法满足需求，且负荷的峰谷差也逐渐加剧，导致配电网设备的利用率降低，造成投资成本增大。而越来越多的高科技、数字化企业等对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求。
目前，各种冲击性负荷、非线性负荷以及不对称负荷可能会造成配电网的电能质量问题，导致高次谐波、电压闪变、电压跌落等问题的出现。系统的调频需求越来越紧迫，传统的调频电源响应速度慢，电压波动大，越来越不能满足用户对电能质量的要求。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供了一种储能系统规划的方法及系统，以解决现有技术中系统的调频响应速度慢，电能质量差的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种储能系统规划的方法，其中储能系统包括储能装置和储能逆变器，储能系统规划的方法应用于服务器，包括：
获取相关数据曲线，相关数据曲线包括可再生能源输出功率曲线、计划发电目标曲线和负荷曲线.
对相关数据曲线进行频谱分析，生成相关数据曲线的频谱分析结果。
根据频谱分析结果，选择储能控制策略并进行储能容量优化计算，生成优化后的储能容量及功率容量。
根据优化后的储能容量及功率容量，生成储能原始方案及相关指标。
获取多种储能逆变器，对多种储能逆变器分别进行能耗分析，生成储能逆变器能耗分析结果。
根据储能逆变器能耗分析结果，对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。
对多种备选方案进行评估，生成评估结果，并根据评估结果从多种备选方案中选择最终设计方案。
本发明实施例的第二方面提供了一种储能系统规划的系统，储能系统包括储能装置和储能逆变器，一种储能系统规划的系统包括：
相关数据曲线获取模块，用于获取相关数据曲线，相关数据曲线包括可再生能源输出功率曲线、计划发电目标曲线和负荷曲线。
频谱分析结果生成模块，用于对相关数据曲线进行频谱分析，生成相关数据曲线的频谱分析结果。
优化结果生成模块，用于根据频谱分析结果，选择储能控制策略并进行储能容量优化计算，生成优化后的储能容量及功率容量。
原始方案生成模块，用于根据优化后的储能容量及功率容量，生成储能原始方案及相关指标。
储能逆变器能耗分析结果生成模块，用于获取多种储能逆变器，对多种储能逆变器分别进行能耗分析，生成储能逆变器能耗分析结果。
备选方案生成模块，用于根据储能逆变器能耗分析结果，对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。
最终设计方案生成模块，用于对多种备选方案进行评估，生成评估结果，并根据评估结果从多种备选方案中选择最终设计方案。
本发明实施例的第三方面提供了一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述储能系统规划的方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述储能系统规划的方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明通过获取相关数据曲线，对相关数据曲线进行频谱分析，生成相关数据曲线的频谱分析结果；根据频谱分析结果选择储能控制策略并进行储能容量优化计算，生成优化后的储能容量及功率容量；根据优化后的储能容量及功率容量，生成储能原始方案及相关指标；获取多种储能逆变器，对多种储能逆变器分别进行能耗分析，生成储能逆变器能耗分析结果；根据储能逆变器能耗分析结果，对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。对多种备选方案进行评估，生成评估结果，并根据评估结果从多种备选方案中选择最终设计方案。本发明通过获取不同应用场景的不同相关数据对储能系统进行相应的规划，提高了配电网的供电可靠性，优化了配电网的资源配置，提高了电能质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例提供的配电网系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种储能系统规划的方法的实现流程示意图；
图3是图2中步骤s101的具体的实现流程示意图；
图4是图2中步骤s103的具体的实现流程示意图；
图5是图2中步骤s104的具体的实现流程示意图；
图6是图2中步骤s107的具体的实现流程示意图；
图7是本发明实施例提供的一种储能系统规划的系统的结构示意图；
图8是图7中优化结果生成模块的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的服务器的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例1：
图1示出了本发明的一个实施例提供的储能系统应用在配电网系统1中的结构框图；配电网系统1主要包括发电机组11、储能系统12和厂用电13，储能系统12包括储能装置121和储能逆变器122。
在本实施例中，厂用电13与厂用工作变压器连接，厂用工作变压器分别与发电机组11和储能馈电变压器连接，储能馈电变压器与储能逆变器122连接，储能逆变器122与储能装置121连接。
在本实施例中，储能逆变器122是一类适合智能电网建设，应用在储能环节，以双向逆变为基本特点的并网变流器。储能逆变器122是储能装置12和厂用电13的转换开关，通过储能逆变器122的状态转换改变电能流向。
在本实施例中，通过在配电网系统1中加入储能系统12能够提高配电网供电可靠性和电能质量，还能优化配电网资源配置，提高配电网的利用率。
图2示出了本发明的一个实施例提供的一种储能系统规划的方法的实现流程，本实施例的流程执行主体可以是服务器，其过程详述如下：
步骤s101：获取相关数据曲线，相关数据曲线包括可再生能源输出功率曲线、计划发电目标曲线和负荷曲线。
在本实施例中，为了设计符合配电网的储能系统，需要获取待接入储能系统的配电网的相关数据，其中可再生能源输出功率曲线包括光伏发电输出功率曲线和风速发电输出功率曲线。
在本实施例中，步骤s101中的方法的具体实施方式如图3所示，具体内容包括：
步骤s201：获取相关数据，所述相关数据包括可再生能源输出功率数据、计划发电目标数据和负荷数据。
步骤s202：对相关数据进行相关系数计算，生成相关数据曲线。
在本实施例中，通过获取相关数据，根据相关数据的月平均数据和相关系数生成全年小时级的相关数据曲线，其中，对于负荷数据，根据典型日的负荷数据，考虑季节性加入随机波动，最终扩展成全年的负荷数据。
步骤s102：对相关数据曲线进行频谱分析，生成相关数据曲线的频谱分析结果。
在本实施例中，对上述获取的相关数据进行频谱分析，具体包括：
在上述获取相关数据中，还包括获取行业应用场景信息，根据应用场景信息，将储能系统分为不同的应用模式，包括：平滑输出模式、计划发电模式、削峰填谷模式和混合应用模式。
在本实施例中，平滑输出模式配合可再生能源接入，用于平滑负荷波动。在平滑输出模式下，可再生能源的负荷波动一般分为短时功率波动和长期功率波动。当储能系统用于平滑可再生能源的短时功率波动时，平滑时间尺度一般为秒级到数十分钟级。当储能系统用于平滑可再生能源的长时功率波动时，储能系统主要用于补偿可再生能源功率输出与负荷需求间的不匹配性，其时间尺度一般是数十分钟级到小时级。
在本实施例中，计划发电模式将间歇式可再生能源转化为可调度能源，或者满足负荷的计划调度指令，在计划发电模式下，电力系统的各级电网调度机构根据电力市场的需求或者负荷预测对管理范围内的发电设备安排发电计划。在已知电力系统负荷、机组组合、联络线计划、交换计划、备用计划、机组经济特性和各种运行限制等条件或编制出指定时刻在给定负荷水平下的发电计划,使整个系统的发电费用最低。如果根据负荷情况或者可再生能源发电情况，制定了计划发电的目标曲线，但是由于可再生能源的不可控性和间歇性，需要储能系统配合来完成制定的目标曲线。
在本实施例中，削峰填谷模式与可再生能源配合独立对负荷进行削峰填谷，在削峰填谷模式下，通过发电侧或用电侧的调度，将尖峰负荷时段内的部分负荷安排到低谷负荷时段内，以便削减系统的尖峰负荷、增加系统的低谷负荷，提高负荷率。利用储能系统的能量存储和释放来完成削峰填谷。把一部分高峰负荷挪到晚上低谷期，从而利用了晚上多余的电力，也就达到了节约能源的目的。
在本实施例中，混合应用模式同时进行平滑输出和削峰填谷。在混合应用模式下，储能系统同时发挥以上不同模式的作用。比较常见的是利用储能系统进行平滑输出和削峰填谷，即利用储能系统在削峰填谷的同时对剧烈波动的净负荷进行平滑。
在本实施例中，通过获取行业应用场景信息确定储能系统的应用模式后，根据不同的应用模式对相关数据做出不同的频谱分析。
步骤s103：根据频谱分析结果，选择储能控制策略并进行储能容量优化计算，生成优化后的储能容量及功率容量。
在本实施例中，步骤s103中的方法的具体实施方式如图4所示，具体内容包括：
步骤s301：根据频谱分析结果，选择储能控制策略及储能装置的类型。
在本实施例中，根据上述选定的应用模式的频谱分析结果，选择储能装置的类型，储能装置根据其响应速度、调节能力等特点分为能量型和功率型。其中能量型储能包括蓄电池和抽水蓄能，功率型储能包括超级电容和超导储能。针对波动频率高、波动幅度大的短期波动，应采用功率型储能进行调节；针对波动周期长、调节容量大的较长时间的波动，应采用能量型储能进行调节；由于可再生能源的分布式电源具有两种波动的特点，因此，也可以应用混合储能进行协调控制，常见的混合储能形式有不同蓄电池组合、蓄电池/超级电容、蓄电池/超导储能等。
在本实施例中，根据储能系统的应用模式的不同，当应用模式为计划发电模式和削峰填谷模式时的储能控制策略较为简单。当应用模式为计划发电时，获取可再生能源输出功率曲线和计划发电目标曲线，将可再生能源输出功率曲线减去计划发电目标曲线，得到计划发电偏差。当计划发电偏差为为正值时，生成储能充电指令，当计划发电偏差为负值时，生成储能放电指令。
当应用模式为削峰填谷模式时，获取可再生能源输出功率曲线和负荷曲线，将可再生能源输出功率曲线和负荷曲线叠加，得到净负荷曲线，并对净负荷曲线制定目标曲线，将净负荷曲线减去目标曲线，得到削峰填谷模式的偏差，当削峰填谷模式的偏差为正值时，生成储能充电指令，当削峰填谷模式的偏差为负值时，生成储能放电指令。
在本实施例中，当应用模式为平滑输出模式和混合应用模式时，则需要采用基于dft(discretefouriertransformation，离散傅里叶变换)算法的储能控制策略。
当应用模式为平滑输出模式时，获取可再生能源输出功率曲线，并对可再生能源输出功率进行频谱分析；当应用模式为混合应用模式时，获取可再生能源输出功率曲线和负荷曲线，并将可再生能源输出功率曲线和负荷曲线叠加，生成净负荷曲线，对净负荷曲线进行频谱分析。
对上述两种曲线利用dft进行频谱分析，可以从频域上观察波动情况，获得频谱结果，根据频谱分析情况确定补偿频段和储能装置的类型。然后对频谱结果进行idft(inversediscretefouriertransform，离散傅里叶反变换)变换，得到时域内的储能充放电功率指令。
步骤s302：根据储能装置的类型，设置储能装置的剩余电量限制条件。
在本实施例中，在储能充放电的实时控制方面，为避免电池的过充过放，延长电池寿命，储能soc(stateofcharge，剩余电量)应限制在一个合理的范围内。对于储能的控制采用基于实时soc的反馈控制。根据实时储能soc大小对下一时间步长的储能充放电功率指令进行修正，避免储能soc迅速达到上限或下限，造成过充过放，并且无法在下一个时间步长内工作，引起电网功率波动。
在本实施例中，采用soc反馈控制可降低对储能容量的需求。将电池soc分为smax、sup、slow、smin四个阈值。当实测储能soc位于[slow,sup]区间时，储能系统功率指令不做调整；实测储能soc位于[smin,slow)区间且需要储能系统放电时，减小储能放电功率指令；实测储能soc位于(sup,smax]区间且需要向储能系统充电时，减小储能充电功率指令。
步骤s303：获取满足全年储能容量的概率。
在本实施例中，根据实际配电网电量的需求，当完全满足全年储能容量时，概率为1，当概率为0.9时，则需要将全年储能容量与概率0.9相乘，得到实际需要满足的储能容量。
步骤s304：根据满足全年储能容量的概率及储能装置的剩余电量限制条件，生成优化后的储能容量及功率容量。
在本实施例中，根据获得的储能充放电功率指令，并考虑储能装置的剩余电量限制条件和满足全年储能容量的概率，计算储能系统充放电总的能量，从而确定储能系统的储能容量。根据储能容量及储能充放电功率指令，从而可以确定储能系统的功率容量。
步骤s104：根据优化后的储能容量及功率容量，生成储能原始方案及相关指标。
在本实施例中，步骤s104中的方法具体实施方式如图5所示，具体包括：
步骤s401：在优化后的储能容量及功率容量的基础上按照预设比例调整所述储能容量及功率容量，生成储能原始方案。
在本实施例中，根据实际的需求，为了便于计算，在优化的储能容量及功率容量的基础上，按照预设的比例进行调整，预设比例为实际容量和优化计算的容量的之间的比值，从而获得储能原始方案。
步骤s402：根据储能原始方案，采用简化的储能仿真模型进行系统仿真，生成相关指标。
在本实施例中，根据上述得到的储能原始方案，将储能原始方案中的储能容量及功率容量带入到简化的储能仿真模型中，此处的简化的储能仿真模型为不考虑储能电压、电流的变化，只考虑储能出力对储能soc的影响，得到相关指标，相关指标包括技术指标和经济指标，技术指标有波动值、波动率、补偿偏差、调频能力、最大无功补偿、停电时间、储能预期寿命及储能更换次数；经济指标主要有工程寿命周期内总成本、总收益和总净现值。
步骤s105：获取多种储能逆变器，对多种储能逆变器分别进行能耗分析，生成储能逆变器能耗分析结果。
在本实施例中，在确定储能容量的基础上进行储能结构设计，储能结构的设计主要是逆变器设计、逆变器直流电压范围计算及能耗分析。
在本实施例中，选取多种不同的储能逆变器，包括单级式逆变器、单级带变压器式逆变器和双级式逆变器，然后确定储能逆变器的控制方法，储能逆变器的控制方法主要包括pq控制、vf控制和下垂控制。
pq控制可以调节储能逆变器的输出有功和无功电流，从而实现储能逆变器输出的有功功率p和无功功率q解耦控制，达到改善负荷功率因数的目的。vf控制可以对储能逆变器的输出电压和频率进行控制，并且维持输出电压和频率值在一定的范围内，进而可以根据负荷需求达到平抑负荷功率波动引起的电压和频率波动的目的。而下垂控制可以不需要各个储能环节之间的通信协调，实现各种储能系统即插即用，因此，本发明实施例优先选用下垂控制。
在本实施例中，采用下垂控制更有利于实现储能系统在不同应用模式之间的平滑切换，不需要改变应用模式间的控制策略，同时还可以改善系统内部负荷的供电质量和电压质量。
通过对储能逆变器的控制，能够得到储能逆变器电压范围。并根据需要储能系统瞬间放出的最大功率确定储能逆变器的容量，从而得到储能逆变器能耗分析结果。
步骤s106：根据储能逆变器能耗分析结果，对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。
在本实施例中，根据获得的储能逆变器的电压范围及容量，然后按照电压范围和总容量匹配的原则，对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。
步骤s107：对多种备选方案进行评估，生成评估结果，并根据评估结果从多种备选方案中选择最终设计方案。
在本实施中，步骤s107中方法的具体实施方式如图6所示，具体内容如下：
步骤s501：根据多种备选方案，分别通过准稳态储能仿真模型进行系统仿真，生成多种备选方案对应的相关指标。
在本实施例中，根据多种备选方案，分别通过准稳态储能仿真模型进行系统仿真，所述准稳态储能仿真模型就是等比例精确仿真，通过仿真得到对个备选方案对应的相关指标。
步骤s502：对多种备选方案的相关指标按照预设标准进行评估，并生成评估值，选择评估值最高的备选方案作为最终设计方案。
在本实施例中，对相关指标中的经济指标中工程寿命周期内总成本、总收益和总净现值和技术指标的波动值、波动率、补偿偏差、调频能力、最大无功补偿、停电时间、储能预期寿命及储能更换次数分别预设权重，设计评分标准，此处评分标准为相关指标打分即可为人工评分，也可设置为系统自动评分，将各项指标的评分与权重相乘，得到各项指标的最终评分，最后将各项指标的最终评分相加，得到各个备选方案的评估值，选取评估值最高的备选方案作为最终设计方案。
从上述实施例可知，本发明实施例通过获取相关数据曲线，生成频谱分析结果；根据频谱分析结果选择储能控制策略并进行储能容量优化计算，生成优化后的储能容量及功率容量；根据储能容量及功率容量，生成储能原始方案及相关指标；获取多种储能逆变器并分别进行能耗分析，生成储能逆变器能耗分析结果；对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。对多种备选方案进行评估，生成评估结果，并根据评估结果从多种备选方案中选择最终设计方案。本发明通过获取不同应用场景的不同相关数据对储能系统进行规划得到最终储能设计方案，提高了配电网的供电可靠性，优化了配电网的资源配置，提高了电能质量。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
实施例2：
如图7所示，本发明的一个实施例提供的一种储能系统规划的系统100，用于执行图2所对应的实施例中的方法步骤，其包括：
相关数据曲线获取模块110，用于获取相关数据曲线，相关数据曲线包括可再生能源输出功率曲线、计划发电目标曲线和负荷曲线。
频谱分析结果生成模块120，用于对相关数据曲线进行频谱分析，生成相关数据曲线的频谱分析结果。
优化结果生成模块130，用于根据频谱分析结果，选择储能控制策略并进行储能容量优化计算，生成优化后的储能容量及功率容量。
原始方案生成模块140，用于根据优化后的储能容量及功率容量，生成储能原始方案及相关指标。
储能逆变器能耗分析结果生成模块150，用于获取多种储能逆变器，对多种储能逆变器分别进行能耗分析，生成储能逆变器能耗分析结果。
备选方案生成模块160，用于根据储能逆变器能耗分析结果，对多种储能逆变器进行串并联设计，生成多种备选方案。
最终设计方案生成模块170，用于对多种备选方案进行评估，生成评估结果，并根据评估结果从多种备选方案中选择最终设计方案。
在本发明的一个实施例中，图8所对应的实施例中的优化结果生成模块130，还包括用于执行图4所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括：
选择单元131，用于根据频谱分析结果，选择储能控制策略及储能装置的类型；
限制条件设置单元132，用于根据储能装置的类型，设置储能装置的剩余电量限制条件；
概率获取单元133，用于获取满足全年储能容量的概率；
优化容量获取单元134，用于根据满足全年储能容量的概率及储能装置的剩余电量限制条件，生成优化后的储能容量及功率容量。
在本发明的一个实施例中，相关数据曲线获取模块还包括用于执行图3所对应的实施例中的方法步骤，其包括：
相关数据获取单元，用于获取相关数据，相关数据包括可再生能源输出功率数据、计划发电目标数据和负荷数据；
相关数据曲线获取单元，用于对相关数据进行相关系数计算，生成相关数据曲线。
从上述实施例可知，本发明通过获取不同应用场景的不同相关数据对储能系统进行相应的规划，得到最终储能设计方案，提高了配电网的供电可靠性，优化了配电网的资源配置，提高了电能质量。
实施例3：
本发明实施例还提供了一种服务器9，包括存储器91、处理器90以及存储在存储器91中并可在处理器上运行的计算机程序92，所述处理器90执行所述计算机程序92时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤，例如图2所示的步骤s101至步骤s107。或者，所述处理器90执行所述计算机程序92时实现如实施例2中所述的各装置实施例中的各模块的功能，例如图7所示的模块110至170的功能。
所述服务器9可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述服务器可包括，但不仅限于处理器90、存储器91。例如所述服务器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器90可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器91可以是所述服务器9的内部存储单元，例如服务器9的硬盘或内存。所述存储器91也可以是所述服务器9的外部存储设备，例如所述服务器9上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器91还可以既包括服务器9的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器91用于存储所述计算机程序92以及所述服务器9所需的其他程序和数据。所述存储器91还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
实施例4：
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤，例如图2所示的步骤s101至步骤s107。或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例2中所述的各装置实施例中的各模块的功能，例如图7所示的模块110至170的功能。
所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例系统中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。