一种电热混合储能系统的协调控制方法及装置与流程

本申请涉及基于风电消纳的新能源领域，具体涉及一种电热混合储能系统的协调控制方法，同时涉及一种电热混合储能系统的协调控制装置。

背景技术：

近年来，我国风电装机规模得到飞速发展，目前我国累计装机容量已超过2亿kw。但在风电迅速发展的同时，受网源规划不协调、就地消纳空间有限、风电不稳定等多重因素影响，各地区也面临着不同程度的弃风问题。储能技术作为提高系统调峰能力、促进风电消纳的一种有效措施受到国内外广泛关注。然而，对地理环境有特定的要求，使用范围较为局限。另一种方法可通过增加电锅炉，制定科学、合理的含热电风电系统的调度，提高电力系统调峰能力，促进节能减排和风电规模化消纳。但电锅炉风电场采暖虽可以消纳一定弃风，但限于电锅炉调节特性的制约，不能与风电功率很好匹配。还会因为电锅炉热化做功系数的改变以及热电负荷调度范围的限制，导致消纳能力弱且不稳定。

技术实现要素：

本申请提供一种电热混合储能系统的协调控制方法与装置，解决现有技术电池储能和电锅炉不能协调运行，从而不能合理的分配弃风量，导致消纳能力弱且不稳定的问题。

本申请提供一种电热混合储能系统的协调控制方法，包括：

对风机发电与本地负荷需求进行预测，获得需要进行消纳的弃风量；

获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量；

基于运行成本的分配方式，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数；

根据所述分配系数计算电池储能和电锅炉各自所能消纳的弃风量，以及电池储能和电锅炉所能消纳的总弃风量；

根据所能消纳的总弃风量与所述需要进行消纳的弃风量，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，从而完成所述电热混合储能系统的协调控制。

优选的，对风机发电与本地负荷需求进行预测，获得需要进行消纳的弃风量，包括：

通过对风机所在位置的外部空气密度、海拔和风速的不同时段的取值进行分析，获取风机的环境系数；

根据所述外部空气密度、海拔、风速，以及环境系数，计算风机发电功率，从而预测风机发电功率；

对不同时间段本地负荷的用电需求，进行加权平均，计算本地负荷功率的预测数据，从而预测本地负荷功率；

通过预测本地负荷功率与预测风机发电功率的差值，获取需要进行消纳的弃风量。

优选的，获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量，包括：

通过计算电池充放电的最大功能和电锅最大运行功率，从而获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量。

优选的，基于运行成本的分配方式，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数，包括：

基于运行成本的分配方式，获取电锅炉与电池储能的经济效率；

根据所述经济效率，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数。

优选的，还包括：所述电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数之和小于等于1。

优选的，根据所述分配系数计算电池储能和电锅炉各自所能消纳的弃风量，以及电池储能和电锅炉所能消纳的总弃风量，包括：

根据电池储能可消纳的弃风量的分配系数与电池储能可消纳的弃风量，计算获得电池储能所能消纳的弃风量；

根据电锅炉可消纳的弃风量的分配系数与电锅炉可消纳的弃风量，计算获得电锅炉所能消纳的弃风量；

电池储能所能消纳的弃风量与电锅炉所能消纳的弃风量之和，为所能消纳的总弃风量。

优选的，根据所能消纳的总弃风量与所述需要进行消纳的弃风量，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，包括：

莸取需要进行消纳的弃风量与所能消纳的总弃风量的差值；

通过计算所述差值与需要进行消纳的弃风量的比值，确定电热混合储能系统的消纳弃风率。

优选的，所述电热混合储能系统的消纳弃风率越低，则表示所述电热混合储能系统的风电消纳能力越强。

本申请同时提供一种电热混合储能系统的协调控制装置，包括：

需要进行消纳的弃风量获取单元，对风机发电与本地负荷需求进行预测，获得需要进行消纳的弃风量；

可消纳的弃风量获取单元，获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量；

分配系数获取单元，基于运行成本的分配方式，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数；

所能消纳的弃风量计算单元，根据所述分配系数计算电池储能和电锅炉各自所能消纳的弃风量，以及电池储能和电锅炉所能消纳的总弃风量；

消纳弃风率确定单元，根据所能消纳的总弃风量与所述需要进行消纳的弃风量，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，从而完成所述电热混合储能系统的协调控制。

优选的，消纳弃风率确定单元，包括：

差值获取子单元，莸取需要进行消纳的弃风量与所能消纳的总弃风量的差值；

消纳弃风率确定子单元，通过计算所述差值与需要进行消纳的弃风量的比值，确定电热混合储能系统的消纳弃风率。

本申请提供一种电热混合储能系统的协调控制方法与装置，对风机发电与本地负荷需求进行预测，获得需要进行消纳的弃风量；获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量；基于运行成本的分配方式，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数；根据所述分配系数计算电池储能和电锅炉各自所能消纳的弃风量，以及电池储能和电锅炉所能消纳的总弃风量；根据所能消纳的总弃风量与所述需要进行消纳的弃风量，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，从而完成所述电热混合储能系统的协调控制，解决现有技术电池储能和电锅炉不能协调运行，从而不能合理的分配弃风量，导致消纳能力弱且不稳定的问题。

附图说明

图1是本申请提供的一种电热混合储能系统的协调控制方法的流程示意图；

图2是本申请提供的电热混合储能系统风电消纳流程示意图；

图3是本申请提供的获取电热混合储能系统消纳弃风率的流程示意图；

图4是本申请提供的消纳弃风率对比图；

图5是本申请提供的一种电热混合储能系统的协调控制装置示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合图1提供的一种电热混合储能系统的协调控制方法的流程示意图对本申请提供的方法进行详细说明。

步骤s101，对风机发电与本地负荷需求进行预测，获得需要进行消纳的弃风量。

本步骤用于对风电与负荷进行短期预测，通过负荷与风电之间的差值可以求出需要进行消纳的风电功率。

首先，通过对风机所在位置的外部空气密度、海拔和风速的不同时段的取值进行分析，获取风机的环境系数；在此基础上，根据所述外部空气密度、海拔、风速，以及环境系数，计算风机发电功率，从而预测风机发电功率；预测风机发电功率的短期预测。

然后，对不同时间段本地负荷的用电需求，进行加权平均，计算本地负荷功率的预测数据，从而预测本地负荷功率；通过预测本地负荷功率与预测风机发电功率的差值，获取需要进行消纳的弃风量。消纳的弃风量，也可以称为消纳的风电功率。

风机发电功率的基本预测计算公式为：

式中：pfeng(t)为t时刻风电预测功率，h为风机位置海拔，ρ为空气密度，v为当地风速进行采集，γ为风能发电环境系数，pfeng.e(t)为风机装机容量，sinω为风机角度，af为叶轮扫风面积。

上式对于风机发电功率进行了短期预测，还需要对本地区的负荷进行分析预测，从而计算出需要消纳的风电功率。

负荷预测计算公式为：

式中：pfuhe(t)为t时刻负荷功率值，αi、μi、分别为i分量的权重、均值和方差，其中0≤αi≤1；m为抽取数据个数，pi(t)为第i个负荷数据，y为负荷功率的实测数据平均值。

需要消纳的弃风量为：

式中：为t时间周期内需要消纳的最大弃风量，t为一个时间周期，以1小时为一个时间周期，pzj(t)为t时刻其他发电机组出力之和。

步骤s102，获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量。

本步骤主要是通过电锅炉与电池储能进行风电的消纳，这时需要对电池储能和电锅炉的使用效率进行一个计算。

通过计算电池充放电的最大功能和电锅最大运行功率，从而获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量。

电池充放电最大功率计算公式：

式中：pdis,max(t)为t时刻储能电池考虑外部环境下的最大充电和放电功率，pdian.e为储能电池额定功率，pdc(t-1)为前一时刻的电池容量，soc(t)为储能电池在t时刻的电荷状态，η为电池考虑环境因素的充放电率，ij为充放电最大电流，为期望状态最大电流，sb＝0,1，-1为电池静止、充电和放电状态。

电锅炉最大运行功率计算公式：

式中：pdgl,max(t)为t时刻电锅炉最大消纳弃风功率，pdgl,e为电锅炉额定运行功率，β为电锅炉转换效率，q(t)为电锅炉在t时刻产生的热能。

电池充放电的最大功能和电锅最大运行功率之和，为电池储能和电锅炉可消纳的弃风量。

步骤s103，基于运行成本的分配方式，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数。

通过步骤s101和步骤s102，已经计算出需要消纳的弃风量以及电锅炉与电池储能系统t时刻可以消纳的功率，这时就需要一种方法对弃风进行分配，在保证经济效益的同时最大化消纳弃风。

因为风电的波动性与负荷的不确定性，使得需要消纳的弃风量也呈现出一种波动性，为了最大程度的消纳风电，所以本发明设计了一种基于运行成本的分配方式，通过计算电锅炉与电池储能的经济效率来完成对风电消纳的分配以提高最大消纳率。

通过基于运行成本的分配方式，获取电锅炉与电池储能的经济效率；根据所述经济效率，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数。

计算电锅炉分配系数：

式中：为卖热成本0.15～0.265/kw·h，为贴现率3.2％～4.85％，pdgc(t)为t时刻电锅炉输出热功率，为电锅炉运行成本，φ为热效率，一般为0.8～0.95，为风机运行成本。

计算电池储能的分配系数：

式中：为卖电成本0.55～1.15/kw·h，pmd,max(t)为电池储能放电功率，为电池储能运行成本。

电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数之和小于等于1，即

ε+δ≤1(8)。

步骤s104，根据所述分配系数计算电池储能和电锅炉各自所能消纳的弃风量，以及电池储能和电锅炉所能消纳的总弃风量。

通过步骤s103已经求出电锅炉与电池储能的分配系数，则可以得出两种设备所能消纳的弃风量，在通过总的消纳弃风量与需要消纳的弃风量之间的比值可以说明本发明可大幅度提高风电消纳能力。

首先，根据电池储能可消纳的弃风量的分配系数与电池储能可消纳的弃风量，计算获得电池储能所能消纳的弃风量；根据电锅炉可消纳的弃风量的分配系数与电锅炉可消纳的弃风量，计算获得电锅炉所能消纳的弃风量；然后，通过计算获得，电池储能所能消纳的弃风量与电锅炉所能消纳的弃风量之和，为所能消纳的总弃风量。其计算公式如下：

式中：为电池消纳的弃风量，为电锅炉消纳的弃风量。

步骤s105，根据所能消纳的总弃风量与所述需要进行消纳的弃风量，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，从而完成所述电热混合储能系统的协调控制。

莸取需要进行消纳的弃风量与所能消纳的总弃风量的差值；通过计算所述差值与需要进行消纳的弃风量的比值，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，从而完成所述电热混合储能系统的协调控制。

消纳弃风率的计算公式为：

电热混合储能系统的消纳弃风率越低，则表示所述电热混合储能系统的风电消纳能力越强。

本发明所涉及到的电热混合储能系统风电消纳方法，通过计算需要消纳的弃风，以及电锅炉与电池储能系统的充放电功率，计算出最优的分配系数，得出使用本发明的最大弃风消纳率，分析出本发明的实用性。风电消纳流程图如图2所示。

本发明提供具体应用的最佳实施例如下：

某地区风机的装机容量为200mw，风机扫风面积约10.36m²，当地风速为2m/s～8m/s，风机所在海拔高度为3.3m，空气密度1.243kg/m³至1.376kg/m³，风机角度为00～900。其他机组装机容量为900mw。同时结合附图3，获取电热混合储能系统消纳弃风率。

通过给出的环境系数计算风机与负荷的预测功率。

随机抽取500个历史数据进行计算，可得t时刻负荷预测功率为：

式中：m为抽取的500个历史数据。

以1小时为时间周期t,通过上式可计算出需要消纳的弃风量，根据已知电锅炉与电池储能容量大小计算出电池储能系统的最大充放电功率，以及电锅炉最大运行功率。式中soc(t)、socmax、ij、sb是随机选取的500个历史数据中的因素。

需要消纳的功率为：

式中：pzj(t)为756.63kw。

本地区配置了一个30kw的电池与50kw的电锅炉，则电池与电锅炉t时刻的实际最大运行功率为：

1.通过计算运行成本保证最大化的消纳弃风量：

计算电锅炉分配系数：

计算电池储能的分配系数：

式中：电锅炉t时刻输出热功率pdgc(t)为45kw，电池储能t时刻放电功率pmd,max(t)为25kw，电锅炉运行成本为0.15/kw·h，为风机运行成本0.653/kw·h，为电池储能运行成本0.176/kw·h。

2.计算出使用本发明得出的消纳弃风率：

电池储能与电锅炉分别消纳的弃风量为：

消纳弃风率为：

消纳弃风对比表

消纳弃风率对比图如图4所示。

基于同一发明构思，本申请同时提供一种电热混合储能系统的协调控制装置500，如图5所示，包括：

需要进行消纳的弃风量获取单元510，对风机发电与本地负荷需求进行预测，获得需要进行消纳的弃风量；

可消纳的弃风量获取单元520，获得电池储能和电锅炉可消纳的弃风量；

分配系数获取单元530，基于运行成本的分配方式，分别获得电池储能和电锅炉对可消纳的弃风量的分配系数；

所能消纳的弃风量计算单元540，根据所述分配系数计算电池储能和电锅炉各自所能消纳的弃风量，以及电池储能和电锅炉所能消纳的总弃风量；

消纳弃风率确定单元550，根据所能消纳的总弃风量与所述需要进行消纳的弃风量，确定电热混合储能系统的消纳弃风率，从而完成所述电热混合储能系统的协调控制。

优选的，消纳弃风率确定单元，包括：

差值获取子单元，莸取需要进行消纳的弃风量与所能消纳的总弃风量的差值；

消纳弃风率确定子单元，通过计算所述差值与需要进行消纳的弃风量的比值，确定电热混合储能系统的消纳弃风率。

本发明是基于电热混合储能系统的提高风电消纳的方法，可以通过分析环境与电池存储和电锅炉之间的关系，最大程度的保证了电池储能系统和电锅炉的最大充放功率。又可通过计算电池储能系统与电锅炉之间的协调能力，通过计算分配系数，实现最佳的风电消纳效益，不出现容量、功率的缺配、超配情况，提高风电消纳能力。解决现有技术电池储能和电锅炉不能协调运行，从而不能合理的分配弃风量，导致消纳能力弱且不稳定的问题。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。