一种风电混合储能系统总成本优化方法、系统及设备介质与流程

本发明属于风电混合储能系统领域，涉及一种风电混合储能系统总成本优化方法、系统及设备介质。

背景技术：

1、可变风速限制了其风力涡轮机发电机(wtg)输出功率的电能质量和系统稳定性。这种现象极大地限制了风能与电网的并网。相比之下，储能系统(ess)提供了一个相对更好的解决方案，并且被认为是平滑功率波动，保持功率和能量平衡以及改善电能质量的良好解决方案。但是，不同类型的ess在特性上存在巨大差异，单一类型的ess在使用平滑波动方面存在一些缺点。例如，电池具有高能量密度但功率密度有限，超级电容器(sc)具有高功率密度但能量密度有限。因此，同时利用电池和sc提供了高功率密度和高能量密度混合储能系统(hess)的折衷方案，从而提高了风力发电的技术性能。由于储能的成本是其功率和容量的函数，而成本太高会使工程验收难以接受，但目前没有合适的方式能够降低风电混合储能系统的总成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种风电混合储能系统总成本优化方法、系统及设备介质，能够平衡成本和ess寿命，有效降低风电混合储能系统的总成本。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种风电混合储能系统总成本优化方法，包括以下过程：

4、s1，根据hess和电源系统的期望组合输出功率计算得到满足风电场功率变化率的风电系统所需输出功率；

5、s2，使用具有相同搜索大小np和相同维度d的种群的两个pso独立搜索解，ga负责设置规则下两个pso之间的交互，得到全局搜索结果为优化后的电池运行周期和电池输出功率的截止频率；

6、s3，采用两级能量分配方案的能量管理策略：第一级为设置混合储能系统的输出功率，第二级为通过优化后的电池运行周期和电池输出功率的截止频率管理电池于超级电容器之间的功率流；

7、s4，根据风电系统所需输出功率、混合储能系统的输出功率和电池与超级电容器之间的功率流，降低hess的每天运营总成本。

8、优选的，s1的具体过程为：

9、s11，hess的基本操作为：

10、ppcc(t)＝pw(t)+phess(t)；

11、其中pw是风电场的mppt输出功率，phess是hess的充电/放电输出功率，ppcc是电源系统的组合输出功率；

12、s12，假设确定电源系统的期望组合输出功率ppcc,ref，则hess的期望输出功率phess,ref为

13、phess,ref(t)＝ppcc,ref(t)-pw(t)；

14、phess,ref包含数字高频分量，phess,ref被电池和sc吸收；

15、s13，电池和sc的吸收功率可以写成

16、phess,ref(t)＝pb,ab(t)+psc,ab(t)；

17、s14，根据充放电效率，电池和超级电容器sc的输出功率(pb/psc)为：

18、

19、其中ηc,b和ηd,b分别是电池的充放电效率，ηc,sc和ηd,sc分别是sc的充放电效率。

20、优选的，s2的具体过程为：

21、s21，随机创建两个pso的两个个体种群，并找出初始位置pbest1i，pbest2i，gbest1和gbest2，在每一代，粒子i的两个位置来自两个pso：x1i＝(x1i1,x1i2,…,x1id)，x2i＝(x2i1,x2i2,…,x2id)(i＝1,2,…,np)，此外，x1i和x2i根据适应度值按降序排序；

22、s22，基于ga理论，随机确定交叉的位置，然后在随机概率pr1满足设置交叉概率pcr时，将最佳适应度值形式x1i(或x2i)与最差适应度值形式x2i(或x1i)交叉互换；

23、s23，交叉后，如果随机概率pr2满足设定突变概率pm，则突变过程是随机选择突变的位置和数量，围绕x1i和x2i，并在增加多样性的范围内分配随机值；

24、s24，评估适应度值ctotal(xi1)和ctotal(xi2)，并更新并找出初始pbest1i，pbest2i，gbest1和gbest2，找到gbest，当迭代次数满足设置的次数kmax时结束循环，得到优化后的电池运行周期和电池输出功率的截止频率。

25、进一步，x1rand或x2rand在突变中被随机分配值为rand1或rand2，(rand1,2＝xminmaxmin。

26、进一步，突变概率pm为np的20％。

27、优选的，s3中，第一级能量分配方案的能量管理策略的过程为：

28、风电场功率变化率定义为：

29、

30、其中pn为风电场额定功率，pmax,δt和pmin,δt分别为风电场在δt(10min)区间内的最大功率和最小功率，rprr,δt为δt区间的prr，δt间隔的最大prr为33.33％。

31、优选的，s3中，第二级能量分配方案的能量管理策略的过程为：

32、第二级负责管理电池和sc之间的phess,ref功率流，电池在低频范围内工作并为系统提供更多能量，sc处理快速峰值功率，为了延长电池的使用寿命，通过ems控制电池在电池运行周期tb,op内输出一定的功率值，假设电池的输出功率以tb,op为单位确定，电池pb,ab的吸收功率可以分解为：

33、

34、其中pb,op是电池在tb,op处的输出功率；td是系统调节周期的时间，当t于tb,op的整数倍时，电池和sc的联合输出功率pu显示为

35、

36、ems核心任务的第二个层次为控制电池在低频段工作，由于电池在tb,op处的输出功率特性，通过带宽为fb,c的低通滤波器从pu中提取pb,op，此外，pb,op的幅值频率特性为：

37、

38、其中fft(pu)是快速傅里叶变换(fft)对pu的幅度频率特性，fu是fft中pu的频率序列，fb,c是电池输出功率的截止频率，假设fb,c是已知的，pb,op基于傅里叶逆变换计算。

39、一种风电混合储能系统总成本优化系统，包括：

40、风电系统输出功率计算模块，用于根据hess和电源系统的期望组合输出功率计算得到满足风电场功率变化率的风电系统所需输出功率；

41、电池参数优化模块，用于使用具有相同搜索大小np和相同维度d的种群的两个pso独立搜索解，ga负责设置规则下两个pso之间的交互，得到全局搜索结果为优化后的电池运行周期和电池输出功率的截止频率；

42、两级能量分配管理模块，用于采用两级能量分配方案的能量管理策略：第一级为设置混合储能系统的输出功率，第二级为通过优化后的电池运行周期和电池输出功率的截止频率管理电池于超级电容器之间的功率流；

43、总成本优化模块，用于根据风电系统所需输出功率、混合储能系统的输出功率和电池与超级电容器之间的功率流，降低hess的每天运营总成本。

44、一种计算机设备，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所述风电混合储能系统总成本优化方法的步骤。

45、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所述风电混合储能系统总成本优化方法的步骤。

46、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

47、本发明通过混合并行pso-ga算法，将能源管理策略(ems)设计为两级能源分配方案。第一级基于风电场与电力系统联热电的频谱分析和技术规则，用于设置hess的输出功率。第二级根据电池运行周期和电池输出功率的截止频率来部署电池和超级电容器的功率流，目标是找到hess的最佳尺寸，以平衡成本和储能系统寿命，以平滑风电功率波动，能更短的实现系统总成本最优和电池寿命的延长。