考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法与流程

1.本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法。


背景技术：

2.随着风电、光伏等清洁能源的在电网中的装机容量占比日益增加，电网的转动惯量也在逐步降低，此外，新能源具有间歇性与不确定性的出力特性，这给电网的频率稳定也带来极大的冲击，因此电网急需快速调频资源。电池储能系统具有快速充放电的特性，在新能源并网发电，参与电网辅助服务等方面具有不可替代的作用，近年来已成为辅助电网调频的重要手段之一。
3.电池储能电站具有能快速响应电网的调度命令，但是，前期投资成本较大，蓄电池成本较高，使用寿命短，因此，储能电站建成后最关注的问题是，如何对蓄电池做好维护，减少对其损耗，提高使用效率，增加其使用寿命。
4.现有大规模储能电站在参与电网调度时，对于电网调度中心下达的功率指令，一般以平均的方式分配到各电池单元，对各组电池单元内部运行状态，如soc、故障情况等关注度不够，此外，很少考虑关于电池运行成本对于功率分配带来的影响，因此，对于储能电站的经济性功率协同控制方法仍有待加强。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服目前储能电站参与电网调度时对于电池运行安全性与经济性关注度不足的缺陷，提供了一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法。一方面，本发明能够根据各个电池组单元的soc对储能单元的输出功率进行约束，减少由于过度充放电对电池的寿命损耗，实现储能电站的安全运行；另一方面，针对电网调度指令，根据所提出的电池运行成本的优化算法，对各电池组进行经济性功率分配，实现储能电站的经济运行。
6.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法，包括以下步骤：步骤一，当接收到要求储能电站参与电网调频的指令时，对储能电站的各电池组进行电池状态信息检测；步骤二，根据电池状态信息计算各电池组的功率约束因子，确定电池充放电功率限值；步骤三，若各电池组状态信息一致，则以各电池组平均分配的方式承担调度功率，且最大充放电功率不超过允许限值；若各电池组状态信息不一致，则对各电池组出力功率进行修正，从而分配各电池组最佳出力功率；步骤四，各电池组按照步骤三中的分配方式执行输出，从而实现大规模储能电站功率协同控制。
7.所述的方法，所述的步骤一中，电池状态信息检测包括检测每个电池组中的电池单元是否存在故障，以及每个电池单元的荷电状态soc。
8.所述的方法，所述的步骤二包括：步骤1，以储能电站中包括n个电池组，且每个电池组由k个电池单元构成，首先根据电池状态信息中的故障信息来标记运行状态ηi，其中i=1
……
k；若电池单元为故障状态，η
i =0，否则η
i =1；步骤2，根据电池状态信息中的荷电状态soci，来计算每个电池组的平均荷电状态socj，其中j=1
……
n：步骤3，根据socj获取每个电池组的功率约束因子λj；步骤4，基于λj得到电池单元组充电功率限值p
cha,j
和放电功率限值p
discha,j
：其中，p0表示储能额定充放电功率；则电池单元组充电功率pj的取值范围为：。
9.所述的方法，所述的步骤3中，功率约束因子λj是关于socj的分段函数，其取值区间为[0,1]，将socj划分为5个区间，按照如下方法进行设计：当socj∈[0，soc
min
]，则电池单元放电深度超出安全界限，只能进行充电：当socj∈[soc
min
，soc
low
]，则电池单元不能全功率放电：当socj∈[soc
low
，soc
high
]，则电池单元能全功率充放电：当socj∈[soc
high
，soc
max
]，则电池单元不能全功率充电：
当socj∈[soc
max
，1]，则电池处于过充状态，只允许放电：其中，soc
min
、soc
low
、soc
high
以及soc
max
为电池状态区域划分参数；δ为调节参数。
[0010]
所述的方法，所述的步骤三中，对各电池组出力功率进行修正，从而分配各电池组最佳出力功率包括：步骤1），计算储能电站整体的最大充电功率限值p
all,max cha
与最大放电功率限值p
all,max discha
：步骤2），计算每个电池单元组参与调度的运行成本c(pj)：储能电池的寿命记为s，表示为：其中，lr为储能电池的循环寿命，以次数计；dr为放电深度dod，cr为理想状态下储能额定ah容量；对充放电过程进行等效，则每次储能电池运行时的等效充放电功率d
eff
为：其中，da是实际dod值；ca为当前放电电流下的实际ah容量；u0与u1为拟合系数；e表示自然常数；第j个电池单元组的实际放电容量d
a,j
为：其中，v
es,j
为第j个电池单元组的端电压；表示对时间的微分；以第j个电池单元组的初始投资成本为c
inv,i
，则c
inv,i
/s表示在标准循环寿命下每安时的成本；记k
dr,j
为储能参与调度的价格，单位为$/kwh，则第j个电池单元组参与调度的
运行成本c(pj)表示为：步骤3）设置优化目标函数为：其中，c表示储能电站执行调度指令的经济成本，由每个单元组的运行成本c(pj)构成；步骤4），约束条件的设置分为四种情况：case1：电网调度指令为充电功率p
cha
，储能电站整体的最大充电功率限值|p
all,max cha
|≥|p
cha
|，设置约束条件为：case2：电网调度指令为充电功率p
cha
，储能电站整体的最大充电功率限值|p
all,max cha
|《|p
cha
|，设置约束条件为：case3：电网调度指令为放电功率p
discha
，储能电站整体的最大放电功率限值p
all,max discha
≥p
discha
，设置约束条件为：case4：电网调度指令为放电功率p
discha
，储能电站整体的最大放电功率限值p
all,max discha
《p
discha
，设置约束条件为：步骤5），将优化目标和约束条件输入优化求解器，得到各电池单元组pj的最优解。
[0011]
所述的方法，所述的步骤2）中，dod由下式计算获得：其中，socj(t0)表示储能参与调度时的初始荷电状态，e
rated
为电池的额定容量。
[0012]
一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现前述的方法。
[0013]
一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述的方法。
[0014]
本发明的技术效果在于：（1）、本发明能够根据每个电池单元的soc对各电池组单元的充放电功率进行约束，减少由于过度充放电对电池的寿命损耗，实现储能电站的安全运行。
[0015]
（2）、本发明能够针对电网调度指令，根据所提出的电池运行成本的优化算法，对各电池组进行经济性功率分配，实现储能电站的经济运行。
[0016]
下面结合附图对本发明作出进一步说明。
附图说明
[0017]
图1是储能电站拓扑图。
[0018]
图2是考虑电池运行成本的储能电站功率协同控制策略流程图。
具体实施方式
[0019]
本实施例提供了一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法，其中储能电站包括n个电池单元组，假设每个电池单元组由k个电池单元构成，则储能电站拓扑图如图1所示，方法的具体实施步骤如图2所示：步骤一，监测电网调度中心的功率指令，判断是否需要储能电站参与电网调频。
[0020]
步骤二，若需要储能电站参与电网调频，对各电池组进行故障检测并采集soc信息。
[0021]
步骤三，根据电池状态信息计算各电池组的功率约束因子，确定电池充放电功率限值：
①
首先检测每个电池单元的运行状态ηi（i=1
……
k），如果电池单元为故障状态，η
i =0，如果电池单元为正常状态，η
i =1；检测每个电池单元的荷电状态soci。
[0022]
②
计算每个电池单元组的平均荷电状态socj（j=1
……
n）:
③
功率约束因子λj是一个关于socj的分段函数，其取值区间为[0,1]，将socj划分为5个区间，按照如下方法进行设计：当socj∈[0，soc
min
]，电池放电深度超出安全界限，只能进行充电：当socj∈[soc
min
，soc
low
]，电池单元不支持全功率放电：当socj∈[soc
low
，soc
high
]，电池单元支持全功率充放电：当socj∈[soc
high
，soc
max
]，电池单元不支持全功率充电：当socj∈[soc
max
，1]，电池处于过充状态，只允许放电：其中，soc
min
、soc
low
、soc
high
以及soc
max
为电池状态区域划分参数，可取为10%、30%、70%、90%。δ为调节参数，可取为5，上述参数并非限制为固定值，在实际实施时，可根据电池自身性能以及实际工程需要进行选取。
[0023]
④
电池单元组充电功率限值p
cha,j
、放电功率限值p
discha,j
定义为：其中，p0表示储能额定充放电功率。从而得到电池单元组充电功率pj的取值范围为：。
[0024]
步骤四，若各电池组状态信息如故障电池数量、soc状态等信息一致，则不需要对各电池组出力功率进行修正，各电池组以平均分配的方式承担调度功率，但是最大充放电
功率不能超过允许限值。
[0025]
步骤五，若各电池组状态信息不一致，则需要对各电池组出力功率进行修正，基于电池运行成本的优化算法，计算并分配各电池组最佳出力功率。其中基于电池运行成本的优化算法，包括以下步骤：（1）计算储能电站整体的最大充电功率限值p
all,max cha
与最大放电功率限值p
all,max discha
：（2）计算每个电池单元组参与调度的运行成本c(pj):储能电池的寿命记为s，其单位为ah，可以表示为：其中，lr为储能电池的循环寿命，以次数计；dr为放电深度（dod），cr为理想状态下储能额定ah容量。
[0026]
dod可由下式计算获得：其中，socj(t0)表示储能参与调度时的初始荷电状态，e
rated
为电池的额定容量。
[0027]
对充放电过程进行等效，则每次储能电池运行时的等效充放电功率d
eff
为：其中，da是实际dod值；ca为当前放电电流下的实际ah容量；u0与u1为拟合系数；e表示自然常数；第j个电池单元组的实际放电容量d
a,j
为：其中，v
es,j
为第j个电池单元组的端电压； 表示对时间的微分；假设第j个电池单元组的初始投资成本为c
inv,i
，则c
inv,i
/s表示在标准循环寿命下每安时的成本。记k
dr,j
为储能参与调度的价格，单位为$/kwh，则第j个电池单元组参与调度的运行成本c(pj)表示为：
（3）设置优化目标函数为：其中，c表示储能电站执行调度指令的经济成本，由每个单元组的运行成本c(pj)构成。
[0028]
（4）约束条件的设置分为四种情况：case1：电网调度指令为充电功率p
cha
，储能电站整体的最大充电功率限值|p
all,max cha
|≥|p
cha
|，设置约束条件为：case2：电网调度指令为充电功率p
cha
，储能电站整体的最大充电功率限值|p
all,max cha
|《|p
cha
|，设置约束条件为：case3：电网调度指令为放电功率p
discha
，储能电站整体的最大放电功率限值p
all,max discha
≥p
discha
，设置约束条件为：case4：电网调度指令为放电功率p
discha
，储能电站整体的最大放电功率限值p
all,max discha
《p
discha
，设置约束条件为：（5），将优化目标和约束条件输入现有的常用优化求解器如cplex，得到各电池单元组pj的最优解。
[0029]
步骤六，电池组内部各单元响应有功出力指令，最终实现大规模储能电站参与电网调频的功率协同控制。
[0030]
同时本发明的实施例还提供了一种电子设备和一种计算机可读介质。
[0031]
其中电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现前述的方法。
[0032]
具体使用中，用户能够通过作为终端设备的电子设备并基于网络来与同样作为电子设备的服务器进行交互，实现接收或发送消息等功能。终端设备一般是设有显示装置、基于人机界面来使用的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑等。其中终端设备上根据需要可安装各种具体的应用软件，包括但不限于网页浏览器软件、即时通信软件、社交平台软件、购物软件等。
[0033]
服务器是用于提供各种服务的网络服务端，如对收到的从终端设备传输过来的电池组状态信息等数据提供相应计算服务的后台服务器。以得出相应的各电池组最佳出力功率数据，并将最终的结果返回至终端设备。
[0034]
类似的，本发明的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明实施例的一种销量预测方法。
[0035]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。