应用于光储充电站的储能系统典型工作周期曲线提取方法与流程

本发明涉及一种储能系统运行技术领域，特别涉及一种应用于光储充电站的储能系统典型工作周期曲线提取方法。

背景技术：

光储充电站，全称“光伏-储能”一体化快充站，其结构如附图1所示，包括光伏系统、储能系统和充电系统，以光伏系统作为充电系统中电动汽车负荷的主要电力来源，并配置储能系统以实现功率平衡。具体过程为：当光伏出力大于充电负荷时，光伏阵列除提供负荷所需的电能外，还向储能系统充电，将多余的电能存储于储能系统中；当光伏出力小于充电负荷时，储能系统放电，与光伏阵列共同提供电能，满足负荷需求。多数情况下，光储充电站与公共电网相连，必要时可由公共电网参与供电，提高光储充电站的供电可靠性。但出于电力系统稳定性考虑，电力公司在一般情况下不允许光储充电站中的能量流向公共电网。

现有中国发明专利cn106779340a提出了一种储能系统典型工况曲线的提取方法，利用储能充放电功率的概率分布情况，结合遗传算法，得到储能系统的典型工况曲线。然而，若将该方法直接应用于光储充电站储能系统典型工作曲线的提取，可能存在峰上加峰、能量倒送的问题，给电力系统稳定性带来风险。

技术实现要素：

本发明是针对储能系统在电力系统中稳定运行的问题，提出了一种应用于光储充电站的储能系统典型工作周期曲线提取方法，解决光储充电站与电网的公共连接点处出现峰上加峰、能量倒送的问题。

本发明的技术方案为：一种应用于光储充电站的储能系统典型工作周期曲线提取方法，具体包括如下步骤：

1)基于光储充电站典型工况下各采样点的光伏出力数据和充电负荷数据，得到原始等效负荷曲线fl0–t；

2)对所述负荷曲线fl0-t进行功率平滑处理，得到功率平滑后的等效负荷曲线fl1-t；

3)结合所述负荷曲线fl1-t的特点，根据低谷电价和负荷波动情况，将全天工作周期分为i时段和ii时段，所述i时段为储能低谷电价充电时段，所述ii时段为削峰填谷时段；预设储能低谷电价充电时段负荷上限值ε，所述负荷曲线fl1-t的i时段部分均处于区间(0,ε]内；

4)考虑变压器容量设定削峰填谷时段的负荷上限fmax和下限fmin，fmin＞0；用负荷上限fmax和下限fmin对所述负荷曲线fl1-t中的ii时段部分进行削峰填谷，并保留等效负荷曲线fl1-t的i时段部分，得到ii时段整形后的等效负荷曲线fl2–t；

5)基于所述负荷曲线fl2-t在ii时段内的储能充放电情况，判断ii时段开始时刻储能系统应具备的初始电量，根据ii时段的初始电量考虑在i时段对储能进行电量储备，对负荷曲线fl2-t中的i时段进行储能充电功率叠加，并保留等效负荷曲线fl2–t的ii时段部分，得到i时段整形后的等效负荷曲线fl3-t；

6)根据采样时间点，将所述负荷曲线fl3-t和负荷曲线fl0–t作差，得到储能系统的典型工作周期曲线fes-t。

所述步骤2)功率平滑处理方法如下：

2.1)依次读取所述原始等效负荷曲线fl0-t中各采样点的功率值fl0(t1)、…、fl0(ti)、…、fl0(tn)，其中i＝1,2,…,n，表示第i个采样点序号，n表示总采样点数，ti表示第i个采样点对应的时刻；

2.2)设定平滑带宽d，d为正整数；得到功率平滑后的等效负荷曲线fl1-t，计算公式如下：

所述步骤5)初始电量计算方法如下：

5.1)计算ii时段内各采样时刻的储能充放电功率fⅱ(tii,on)、…、fⅱ(tii,off)，其中充电为正，放电为负；

fii(ti)＝fl2(ti)-fl1(ti)；

5.2)计算ii时段开始时刻储能系统应具备的初始电量w0，单位为kw·h；

式中：δt为采样时间间隔分钟数；iii,on、iii,off分别为ii时段的第一个、最后一个采样点序号

本发明的有益效果在于：本发明应用于光储充电站的储能系统典型工作周期曲线提取方法，以电力系统的角度，结合光储充电站在不同时段的运行特点，在低谷电价时段进行储能蓄能，在负荷波动时段进行削峰填谷，以此提取储能系统典型工作周期曲线，有效避免在实际应用中出现峰上加峰的问题，提高电力系统稳定性；通过i、ii时段的负荷整形，使最终得到的等效负荷曲线始终大于零，以此提取储能系统典型工作周期曲线，有效避免在实际应用中出现光储充电站能量倒送电网的问题，进一步提高电力系统稳定性；通过将储能充电时段尽可能分配于低谷电价时段，降低储能充电成本，提高光储充电站运行的经济性。

附图说明

图1为现有光储充电站结构示意图；

图2本发明的方法流程示意图；

图3为发明实施例中得到的原始等效负荷曲线fl0-t图；

图4为发明实施例中得到的功率平滑后的等效负荷曲线fl1–t图；

图5为发明实施例中得到的ii时段整形后的等效负荷曲线fl2–t图；

图6为发明实施例中得到的i时段整形后的等效负荷曲线fl3–t图；

图7为发明实施例中得到的储能系统的典型工作周期曲线fes-t图。

具体实施方式

如图2所示应用于光储充电站的储能系统典型工作周期曲线提取方法，包括以下步骤：

s1、基于光储充电站典型工况下各采样点的光伏出力数据和充电负荷数据，得到原始等效负荷曲线fl0–t；

s2、对所述负荷曲线fl0-t进行功率平滑处理，得到功率平滑后的等效负荷曲线fl1-t；

s3、结合所述负荷曲线fl1-t的特点，根据低谷电价和负荷波动情况，将全天工作周期分为i时段和ii时段，所述i时段为储能低谷电价充电时段，所述ii时段为削峰填谷时段；预设储能低谷电价充电时段负荷上限值ε，所述负荷曲线fl1-t的i时段部分均处于区间(0,ε]内；

s4、考虑变压器容量设定削峰填谷时段的负荷上限fmax和下限fmin(fmin＞0)，用负荷上限fmax和下限fmin对所述负荷曲线fl1-t中的ii时段部分进行削峰填谷，并保留负荷曲线fl1-t的i时段部分，得到ii时段整形后的等效负荷曲线fl2–t；

s5、基于所述负荷曲线fl2-t在ii时段内的储能充放电情况，判断ii时段开始时刻储能系统应具备的初始电量，根据ii时段的初始电量考虑在i时段对储能进行电量储备，对负荷曲线fl2-t中的i时段进行储能充电功率叠加，并保留等效负荷曲线fl2–t的ii时段部分，得到i时段整形后的等效负荷曲线fl3-t；

s6、根据采样时间点，将所述负荷曲线fl3-t和负荷曲线fl0–t作差，得到储能系统的典型工作周期曲线fes-t。

本实施例以上海某光储充电站为例，设定工作周期为一天，每5分钟进行一次光伏出力和充电负荷数据采样，共采样288个时间点。

1)根据该光储充电站在典型工况下各采样点的光伏出力数据fpv(t1)、fpv(t2)、…、fpv(t288)和充电负荷数据fev(t1)、fev(t2)、…、fev(t288)，结合式(1)，得到各采样时间点的等效负荷数据fl0(t1)、fl0(t2)、…、fl0(t288)，从而得到原始等效负荷曲线fl0–t如附图3所示。

fl0(ti)＝fev(ti)-fpv(ti)(1)

式中，ti(i＝1,2,…,288)表示第i个采样点对应的时刻，如t72对应时间为6:00，t73对应时间为6:05。

2)设定平滑带宽d＝3，结合式(2)，对负荷曲线fl0-t进行功率平滑处理，得到功率平滑后的等效负荷曲线fl1-t如附图4所示。

3)上海市的低谷电价时段为22:00-6:00时，参照附图4可知，若选择22:00-24:00时进行储能充电，会造成负荷“峰上加峰”现象，而0:00-8:00时负荷处于低谷时段且较为平缓，适宜进行储能充电。然而，考虑负荷曲线fl1-t从6:00开始接近于零且逐渐减小，为防止光储充电站能量倒送电网，需在6:00或6:00之前开始进行削峰填谷。

综合以上分析，设定储能低谷电价充电时段负荷上限值ε＝fl1(0:00)，选取0:00-6:00时为i时段(i＝1,2,…,72)、6:00-24:00时为ii时段(i＝73,74,…,288)，其中i时段进行储能充电，ii时段进行削峰填谷。

4)本实施例中的光储充电站设置有1台100kva的变压器，设定削峰填谷时段的负荷上限fmax和下限fmin分别为变压器容量的80％和20％，即fmax＝80kw、fmin＝20kw，结合式(3)，对负荷曲线fl1-t中的ii时段部分进行削峰填谷，得到ii时段整形后的等效负荷曲线fl2–t如附图5所示。

式中：i＝73,74,…,288。

5)结合式(4)，计算ii时段内各采样时刻的储能充放电功率fⅱ(t73)、fⅱ(t74)、…、fⅱ(t288)，其中充电为正，放电为负；

fii(ti)＝fl2(ti)-fl1(ti)(4)

结合式(5)，计算ii时段开始时刻储能系统应具备的初始电量w0，单位为kw·h；

式中：δt为采样时间间隔分钟数；iii,on、iii,off分别为ii时段的第一个、最后一个采样点序号。本实施例中：δt＝5，iii,on＝73，iii,off＝288。

考虑在i时段对储能进行初始电量储备，且由于储能长时间充放电会加速其容量衰减，设定储能静置时段为5:00-6:00，以延长储能使用寿命。采用恒功率充电的方式，结合式(6)，得到储能在0:00-5:00的储能充电功率p。

式中：tch为充电时长，即i时段时长与静置时长之差。本实施例中，tch＝5h。

结合式(7)，对负荷曲线fl2-t中的i时段进行储能充电功率叠加，得到i时段整形后的等效负荷曲线fl3-t如附图6所示。

式中：ii,on、ii,off分别为i时段的第一个、最后一个采样点序号；istay,on、istay,off分别为储能静置时段的第一个、最后一个采样点序号。本实施例中：ii,on＝1，ii,off＝72，istay,on＝61，istay,off＝72。

6)根据负荷曲线fl3-t和负荷曲线fl0-t，结合式(8)，得到储能系统的典型工作周期曲线fes-t如附图7所示。

fes(ti)＝fl3(ti)-fl0(ti)(8)

式中：i＝1，2，…，288。

本发明以电力系统的角度，结合光储充电站在不同时段的运行特点，在低谷电价时段进行储能蓄能，在负荷波动时段进行削峰填谷，以此提取储能系统典型工作周期曲线，有效避免在实际应用中出现峰上加峰的问题；另一方面，通过i、ii时段的负荷整形，使最终得到的等效负荷曲线始终大于零，以此提取储能系统典型工作周期曲线，有效避免在实际应用中出现光储充电站能量倒送电网的问题。综合以上两点可知，该方法能够更好地保证电力系统的稳定性。此外，将储能充电时段分配于低谷电价时段，还可降低储能充电成本，提高光储充电站运行的经济性。