本发明涉及输配电领域，具体涉及一种储能电池的优化管理方法。
背景技术：
可再生能源的大量开发和使用，是未来电网的必然趋势，但是大多数可再生能源因为地理分散、波动性较大、电能质量不高等因素不能大规模的及时并入电网。近些年研究发现，建立微电网是解决这些分布式能源接入电网的有效途径之一。微电网是一种由电源和负荷共同组成的系统，为用户提供电能和热量。微电网有两种工作模式，正常情况下和电网连接实现并网运行，在电网故障或电能波动过大时从电网断开，实现孤岛运行。孤岛运行下，由于可再生能源输出的波动性、随机性、微型燃气轮机和燃料电池低速响应，快速的负荷波动会给微电网带来很大的问题。
由于可再生能源具有波动性和间歇性，所以需要通过储能技术对其出力波动进行平抑，储能装置13具有能量高、安装灵活、充放电速度快的特点，成为优先发展方向之一。一般通过储能变流器14(powerconvertersystem，pcs)将能量转化为电网可以接纳的正弦交流电，进而实现储能装置13的并网运行。
大型电池储能系统通常包括多串电池模组相互串联而成的，每一串电池模组又是由一个或多个电池单体cell并联而成。在电池管理系统中，电池模组通常安装于一个或多个电池箱中。
然而，由于目前的蓄电池的使用寿命有限，因此仍需要对储能系统当中的蓄电池进行频繁的更换动作，以使维持有效的储电及供电效率。因此，如何同时有效维持储能系统的储电及供电效率，并且可降低储能系统当中的蓄电池的淘汰更换频率是目前重要的课题。
技术实现要素：
本发明提供一种储能电池的优化管理方法，该方法通过储能变流器的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数实现储能系统并网运行控制；对储能装置中多电池组功率优化分配，根据储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量按照各个电池组的功率进行功率分配，实现储能装置多个电池组之间功率的合理分配，优化智能电池储能系统运行效率和经济效益。
本发明的一种储能电池的优化管理方法，该方法包括如下步骤：
s1.检测和采集清洁能源发电设备、储能装置、配电网以及直流母线的状态信息；
s2.通信总线将所述状态信息汇集到中控模块；
s3.对所述状态信息进行处理和分析，并确定微电网并网运行策略，实现并网运行；
s4.在并网运行过程中，对储能装置中的储能电池进行功率优化分配。
优选的，在所述步骤s3中，包括如下步骤：
s31.计算储能变流器的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数；
s32.根据储能变流器的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数计算储能电池的并网电流参考值；
s33.根据储能电池的并网电流参考值确定储能电池的调制波信号，并通过spwm对调制波信号进行调制。
优选的，在所述步骤s4中，包括如下步骤：
s41.确定储能装置中进行充放电切换的电池组总数及其取值范围；
s42.根据储能装置中进行充放电切换的电池组总数计算各个电池组的功率，并根据各个电池组的功率计算所有电池组的荷电状态最小方差；
s43.根据所有电池组的荷电状态最小方差确定储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量，并根据储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量按照各个电池组的功率进行功率分配。
优选的，按下式计算储能装置中进行充放电切换的电池组总数：
其中，n表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数，n表示储能装置中电池组总数；chi表示第i个电池组的充放电切换状态，若第i个电池组进行充放电切换，chi取1，若第i个电池组未进行充放电切换，chi取0；
确定如下式的n的取值范围：
nmin≤n≤nmax
其中，nmin表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数下限，nmax表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数上限；若pref≥0，
优选的，若pref＜0，根据下式计算储能装置中参与充电的电池组的数量：
n1＝nc+n
其中，n1表示储能装置中参与充电的电池组的数量，nc表示处于充电状态的电池组数量；
按照下式确定第j个参与充电的电池组的荷电状态上限和下限：
其中，
将n1个
根据
其中，fl表示第l个参与充电的电池组的充电功率判断函数；
将fl与pref比较，若fl＜pref，使l＝l+1重新计算fl，直至fl≥pref，得到fl≥pref时的l′；
按下式计算参与充电的电池组的功率：
其中，
优选的，按下式计算分配功率后第j个参与充电的电池组的荷电状态：
其中，
根据
根据soci′按下式计算所有电池组的荷电状态最小方差：
其中，
优选的，若pref≥0，根据下式计算储能装置中参与放电的电池组的数量：
n2＝nd+n
其中，n2表示储能装置中参与放电的电池组的数量，nd表示处于放电状态的电池组数量；
按照下式确定第k个参与放电的电池组的荷电状态上限和下限：
其中，
将n1个
根据
其中，gq表示第q个参与放电的电池组的放电功率判断函数；
将gq与pref比较，若gq＜pref，使q＝q+1重新计算gq，直至gq≥pref，得到gq≥pref时的q′；
按下式计算参与放电的电池组的功率：
其中，
本发明的技术方案具有如下优点：(1)本发明通过储能变流器的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数实现储能系统并网运行控制，储能系统的并网电流中谐波含量较少，不会引起储能系统的并网电压的恶化，控制效果较好；(2)本发明对储能装置中多电池组功率优化分配，先确定储能装置中进行充放电切换的电池组总数及其取值范围，然后根据储能装置中进行充放电切换的电池组总数计算各个电池组的功率，并根据各个电池组的功率计算所有电池组的荷电状态最小方差，最后根据所有电池组的荷电状态最小方差确定储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量，并根据储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量按照各个电池组的功率进行功率分配，实现储能装置多个电池组之间功率的合理分配；(3)本发明还可以优化微电网储能系统运行效率和经济效益。
附图说明
图1示出了本发明的一种微电网储能系统的框图；
图2示出了一种本发明的微电网储能系统的储能电池优化管理方法。
具体实施方式
图1是示出了本发明的一种储能电池的优化管理方法10，该微电网储能系统10包括：清洁能源发电设备12、多个本地负载14、储能变流器14、储能装置13、监控装置11和直流母线；
所述储能变流器14用于控制所述微电网储能系统10孤岛运行或与配电网20并网运行；
所述直流母线，用于连接储能装置13、清洁能源发电设备12，用于微电网储能系统10内的功率交换；
该监控装置11包括：
清洁能源发电设备监控模块112，用于实时监控清洁能源发电设备12，并对清洁能源发电设备12的发电功率进行预测；
储能并网监控模块112，用于实时监控储能变流器14；
储能装置监控模块114，用于实时监控储能装置13的运行；
中控模块115，用于确定储能系统的运行方法，并用于协调监控装置11中的各模块工作；
母线监控模块116，用于实时监控直流母线；
通信总线111，用于该监控装置11的各个模块的通信联络。
所述储能并网监控模块包括：
第一计算单元，用于计算储能变流器14的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数；
第二计算单元，用于根据储能变流器14的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数计算储能装置13的并网电流参考值；
调制模块，用于根据储能装置13的并网电流参考值确定储能装置13的调制波信号，并通过spwm对调制波信号进行调制。
所述第一计算单元按下式计算储能变流器14的复功率参考值：
sref＝pref+jqref
其中，sref表示储能变流器14的复功率参考值，pref表示储能变流器14输出的有功功率参考值，qref表示储能变流器14输出的无功功率参考值，j表示虚数单位；
所述第一计算单元按下式计算储能变流器14的功率因数参考值：
其中，
所述第一计算单元按下式计算储能变流器14的复功率：
s＝p+jq
其中，s表示储能变流器14输出的复功率，p表示储能变流器14输出的有功功率，q表示储能变流器14输出的无功功率，p、q分别按下式计算：
p＝uaia+ubib+ucic
其中，ua和ia分别表示储能装置13的a相并网电压和并网电流，ub和ib分别表示储能装置13的b相并网电压和并网电流，uc和ic分别表示储能装置13的c相并网电压和并网电流；
所述第一计算单元按下式计算储能变流器14的功率因数：
其中，
所述第二计算单元按下式计算储能装置13的并网电流参考值：
iaref＝mag·sin(100πt+θ)
其中，iaref、ibref、icref分别表示储能装置13的a、b、c相并网电流参考值，t表示时间，mag表示储能装置13的并网电流参考值的幅值，θ表示储能装置13的并网电流参考值的相位，mag和θ分别按下式计算：
mag＝(sref-s)(kp1+ki1·ts)
其中，ts表示采样时间间隔；kp1、kp2表示比例系数，且kp1＝1×10-4～1×10-3，kp2＝1×10-4～1×10-3；ki1、ki2表示积分系数，且ki1＝1～5，ki2＝10～30。
所述调制模块包括确定单元，所述确定单元按下式确定储能装置13的调制波信号：
wa＝(iaref-ia)·k-icakc
wb＝(ibref-ib)·k-icbkc
wc＝(icref-ic)·k-icckc
其中，wa、wb、wc分别表示储能装置13的a、b、c相调制波信号；ica、icb、icc分别表示滤波电容的a、b、c相电流；k表示比例系数，且
所述调制模块还包括调制单元，所述调制单元具体用于：
取储能装置13直流侧电压幅值的二分之一作为三角波的幅值，将三角波与wa、wb、wc进行对比，即可得到用于控制储能变流器14的开关信号；
根据储能变流器14的开关信号调整储能装置13的并网电流。
优选的，所述储能装置监控模块114包括：
确定单元，用于确定储能装置中进行充放电切换的电池组总数及其取值范围；
第三计算单元，用于根据储能装置中进行充放电切换的电池组总数计算各个电池组的功率，并根据各个电池组的功率计算所有电池组的荷电状态最小方差；
分配单元，用于根据所有电池组的荷电状态最小方差确定储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量，并根据储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量按照各个电池组的功率进行功率分配。
所述确定单元具体用于：
按下式计算储能装置中进行充放电切换的电池组总数：
其中，n表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数，n表示储能装置中电池组总数；chi表示第i个电池组的充放电切换状态，若第i个电池组进行充放电切换，chi取1，若第i个电池组未进行充放电切换，chi取0；
确定如下式的n的取值范围：
nmin≤n≤nmax
其中，nmin表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数下限，nmax表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数上限；若pref≥0，
所述第三计算单元具体用于：
若pref＜0，根据下式计算储能装置中参与充电的电池组的数量：
n1＝nc+n
其中，n1表示储能装置中参与充电的电池组的数量，nc表示处于充电状态的电池组数量；
按照下式确定第j个参与充电的电池组的荷电状态上限和下限：
其中，
将n1个
根据
其中，fl表示第l个参与充电的电池组的充电功率判断函数；
将fl与pref比较，若fl＜pref，使l＝l+1重新计算fl，直至fl≥pref，得到fl≥pref时的l′；
按下式计算参与充电的电池组的功率：
其中，
所述第三计算单元具体用于：
按下式计算分配功率后第j个参与充电的电池组的荷电状态：
其中，
根据
根据soci′按下式计算所有电池组的荷电状态最小方差：
其中，
所述第三计算单元具体用于：
若pref≥0，根据下式计算储能装置中参与放电的电池组的数量：
n2＝nd+n
其中，n2表示储能装置中参与放电的电池组的数量，nd表示处于放电状态的电池组数量；
按照下式确定第k个参与放电的电池组的荷电状态上限和下限：
其中，
将n1个
根据
其中，gq表示第q个参与放电的电池组的放电功率判断函数；
将gq与pref比较，若gq＜pref，使q＝q+1重新计算gq，直至gq≥pref，得到gq≥pref时的q′；
按下式计算参与放电的电池组的功率：
其中，
所述中控模块包括信息处理单元，策略优化单元和控制指令确定单元；所述通信总线可用于采集所述清洁能源发电设备、所述储能装置、储能变流器14的运行状态。
所述控制指令确定单元根据当前清洁能源发电设备的发电功率、储能装置的转换效率和配电网的用电需求和微电网本地负荷的需求，来确定微电网储能系统的运行指令，所述运行指令包括并网运行指令。
所述储能变流器14包括：
开关电路，连接在直流母线和配电网之间，用于根据中控模块的指令控制微电网储能系统与配电网连通或断开；
并联逆变器，第一端与直流母线相连接，第二端与配电网交流母线相连接，第三端与开关电路相连接，用于在开关电路控制连通微电网储能系统与配电网时将直流电转换为交流电。
所述母线监控模块116包括：
电压获取模块，用于获取微电网储能系统的直流母线电压；电流获取模块，用于获取所述微电网储能系统的任一支路的支路电流；电压增量计算单元，用于根据所述直流母线电压得到母线电压增量；电流增量计算单元，用于根据所述支路电流得到支路电流增量；第一判断模块，用于判断所述电压增量是否大于第一动作预定值、及所述支路电流增量是否大于第二动作预定值；第二判断模块，用于在所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的情况下，判断直流母线发生故障。
附图2示出了一种本发明的储能电池的优化管理方法，该方法包括如下步骤：
s1.检测和采集清洁能源发电设备、储能装置、配电网以及直流母线的状态信息；
s2.通信总线将所述状态信息汇集到中控模块；
s3.对所述状态信息进行处理和分析，并确定微电网并网运行策略，实现并网运行；
s4.在并网运行过程中，对储能装置中的储能电池进行功率优化分配。
优选的，在所述步骤s3中，包括如下步骤：
s31.计算储能变流器的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数；
s32.根据储能变流器的复功率参考值、功率因数参考值、复功率和功率因数计算储能电池的并网电流参考值；
s33.根据储能电池的并网电流参考值确定储能电池的调制波信号，并通过spwm对调制波信号进行调制。
优选的，在所述步骤s31中，下式计算储能变流器的复功率参考值：
sref＝pref+jqref
其中，sref表示储能变流器14的复功率参考值，pref表示储能变流器14输出的有功功率参考值，qref表示储能变流器14输出的无功功率参考值，j表示虚数单位；
按下式计算储能变流器的功率因数参考值：
其中，
按下式计算储能变流器的复功率：
s＝p+jq
其中，s表示储能变流器14输出的复功率，p表示储能变流器14输出的有功功率，q表示储能变流器14输出的无功功率，p、q分别按下式计算：
p＝uaia+ubib+ucic
其中，ua和ia分别表示储能装置的a相并网电压和并网电流，ub和ib分别表示储能装置的b相并网电压和并网电流，uc和ic分别表示储能装置的c相并网电压和并网电流；
按下式计算储能变流器的功率因数：
其中，
按下式计算储能装置的并网电流参考值：
iaref＝mag·sin(100πt+θ)
其中，iaref、ibref、icref分别表示储能装置的a、b、c相并网电流参考值，t表示时间，mag表示储能装置13的并网电流参考值的幅值，θ表示储能装置13的并网电流参考值的相位，mag和θ分别按下式计算：
mag＝(sref-s)(kp1+ki1·ts)
其中，ts表示采样时间间隔；kp1、kp2表示比例系数，且kp1＝1×10-4～1×10-3，kp2＝1×10-4～1×10-3；ki1、ki2表示积分系数，且ki1＝1～5，ki2＝10～30。
所述调制模块包括确定单元，所述确定单元按下式确定储能装置13的调制波信号：
wa＝(iaref-ia)·k-icakc
wb＝(ibref-ib)·k-icbkc
wc＝(icref-ic)·k-icckc
其中，wa、wb、wc分别表示储能装置13的a、b、c相调制波信号；ica、icb、icc分别表示滤波电容的a、b、c相电流；k表示比例系数，且
储能装置直流侧电压幅值的二分之一作为三角波的幅值，将三角波与wa、wb、wc进行对比，即可得到用于控制储能变流器14的开关信号；
根据储能变流器14的开关信号调整储能装置13的并网电流。
优选的，在所述步骤s4中，包括如下步骤：
s41.确定储能装置中进行充放电切换的电池组总数及其取值范围；
s42.根据储能装置中进行充放电切换的电池组总数计算各个电池组的功率，并根据各个电池组的功率计算所有电池组的荷电状态最小方差；
s43.根据所有电池组的荷电状态最小方差确定储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量，并根据储能装置中进行充放电切换的电池组的最优数量按照各个电池组的功率进行功率分配。
优选的，按下式计算储能装置中进行充放电切换的电池组总数：
其中，n表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数，n表示储能装置中电池组总数；chi表示第i个电池组的充放电切换状态，若第i个电池组进行充放电切换，chi取1，若第i个电池组未进行充放电切换，chi取0；
确定如下式的n的取值范围：
nmin≤n≤nmax
其中，nmin表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数下限，nmax表示储能装置中进行充放电切换的电池组总数上限；若pref≥0，
优选的，若pref＜0，根据下式计算储能装置中参与充电的电池组的数量：
n1＝nc+n
其中，n1表示储能装置中参与充电的电池组的数量，nc表示处于充电状态的电池组数量；
按照下式确定第j个参与充电的电池组的荷电状态上限和下限：
其中，
将n1个
根据
其中，fl表示第l个参与充电的电池组的充电功率判断函数；
将fl与pref比较，若fl＜pref，使l＝l+1重新计算fl，直至fl≥pref，得到fl≥pref时的l′；
按下式计算参与充电的电池组的功率：
其中，
优选的，按下式计算分配功率后第j个参与充电的电池组的荷电状态：
其中，
根据
根据soci′按下式计算所有电池组的荷电状态最小方差：
其中，
优选的，若pref≥0，根据下式计算储能装置中参与放电的电池组的数量：
n2＝nd+n
其中，n2表示储能装置中参与放电的电池组的数量，nd表示处于放电状态的电池组数量；
按照下式确定第k个参与放电的电池组的荷电状态上限和下限：
其中，
将n1个
根据
其中，gq表示第q个参与放电的电池组的放电功率判断函数；
将gq与pref比较，若gq＜pref，使q＝q+1重新计算gq，直至gq≥pref，得到gq≥pref时的q′；
按下式计算参与放电的电池组的功率：
其中，
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。