一种微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法与流程

本发明涉及储能，尤其涉及一种微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法。

背景技术：

1、随着经济水平的快速发展，能源需求与环境危机成为人类面临的严峻挑战。以煤、石油、天然气为主的传统化石能源消耗，致使全球气候变暖、生态环境破坏等问题日益突出；在此情况下，光能、风能等清洁能源发电备受关注，这类能源规模相对较小，运行成本低，被称为分布式电源；为应对分布式电源类型多、数量大、较分散的特点，微电网作为连接分布式电源与配电网间的纽带被提出；

2、分布式可再生能源系统被认为是解决日益严重的能源短缺和化石能源造成的污染问题的途径之一，但随着越来越多的分布式电源接入电力系统，分布式可再生能源的不确定性和不平衡性成为亟待解决的问题；由于分布式可再生能源的不确定性和不平衡性，高渗透率的分布式可再生能源接入的电力系统无法保证在用电高峰期满足负荷需求。

3、因此可以满足上述需求的高精度、快速功率响应的电化学储能系统(batteryenergy storage system,bess)越来越受到重视；而储能系统的荷电状态(state ofcharge,soc)是储能系统控制策略的基础，同时，soc是bess最重要的参数之一。

4、分布式储能单元的更换维修成本高，占据了微电网的较大部分成本，现有技术的多储能单元控制方法，无法准确实现对soc的控制，并且储能单元在充放电的过程中，电荷会发生变化；现有技术在长时间的工作中会导致soc不平衡，使得soc超过安全运行范围，进而损害bess的使用寿命；因此，实现对储能soc的自恢复控制，使微电网系统中多个储能单元的soc尽量保持在一个合适的区间，对储能系统乃至整个微电网系统都有着至关重要的影响。

5、并且现有技术中没有针对单个储能单元充放频繁的优化设计，在实际应用中常常出现单个储能单元频繁充放导致，储能单元实际容量缩减，使用寿命大大减少的情况发生，大大增加了微电网运行成本；

6、因此，本领域技术人员致力于开发一种微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法，旨在解决现有技术中存在的缺陷问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术中，多储能单元控制方法，无法准确实现对soc的控制，无法实现对储能soc的自恢复控制，且无法使得在微电网系统内的储能单元的soc保持在一个合适的区间，容易导致soc不平衡，超过安全运行的范围；并且没有针对单个储能单元充放频繁的相关优化设计，使得储能单元无法达到预期的使用寿命，增加了微电网运行的成本；

2、为实现上述目的，本发明一种微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法，包括如下步骤：

3、步骤1、对储能单元的储能系统的荷电状态进行分区；

4、步骤2、判断微电网系统对储能的需求；

5、步骤3、根据步骤2得出的判断结果，储能以不同的控制策略进行应对；

6、所述步骤1的分区是为了更有效的控制储能单元的储能系统的荷电状态(stateof charge,soc)；

7、所述储能单元的soc，高于socmax或低于socmin的区域为禁止使用的禁区，电化学储能系统(battery energy storage system,bess)不允许在该区域工作；

8、所述sochigh与socmax之间的soc为soc高区，所述socmin与soclow之间的soc为soc低区；正常状态下，在这些区域中，bess只允许在soc高区放电，并且只允许在soc低区充电；

9、所述储能单元的soc中最大的区域是自调节区域，即soc在soclow和sochigh之间；在这个区域，bess可以响应所有的充放电需求；

10、对于单个储能单元的soc，可以由下列公式(1)计算得到：

11、

12、其中，公式(1)中的socini为soc的初值，e为bess的最大容量，de为在dt时间内bess能量的变化量，其可以用公式(2)表示为：

13、

14、其中，公式(2)中pess为bess吸收或放出的功率，当储能放出功率时pess为负，soc减少，吸收功率时为正，soc增加；

15、所述步骤2中，定义单位时间内微电网系统中可再生能源的是输出能量为ee、单位时间内系统负荷的需求的能量为el；

16、所述步骤2、基于ee与el的关系，可以将系统对储能的需求分为三种：第一种情况：当ee>el，即系统中可再生能源输出能量大于系统中负荷的需求能量时，此时需求储能充电以吸收多余电能，此时判断系统为储能充电需求状态；

17、第二种情况：当ee<el，即系统中可再生能源输出能量小于系统中负荷的需求能量时，此时需求储能放电以满足系统的负荷需求，此时判断系统为储能放电需求状态；

18、第三种情况：当ee＝el，即系统中可再生能源输出能量等于系统中负荷的需求能量时，或系统只需要调度一部分储能，部分储能没有调度需求时，此时系统对储能没有需求，储能此时可以进行soc的恢复，此时判断系统为无储能需求状态；

19、所述步骤3是根据步骤2得出的判断结果开始执行相关策略操作的；应对不同的系统状态，储能以不同的控制策略应对；

20、所述步骤3执行ee>el，判断系统为储能充电需求状态的策略为：首先由soc处于低区的储能单元进行充电，充电至储能soclow；

21、若单个储能单元充电无法满足系统需求，则充电顺序根据soc由低到高的顺序进行充电，当多个储能soc相同时，根据储能单元编号从小到大顺序进行充电；

22、若所有处于soc低区储能单元充电至soclow，但系统仍有充电需求时，由处于soc自调节区的储能单元进行充电，由储能soc最低的储能单元进行充电，充电至sochigh；

23、若单个储能单元充电至sochigh无法满足系统需求，则充电顺序根据soc由低到高的顺序进行充电；

24、所述步骤3执行ee<el，判断系统为储能放电需求状态的策略为：首先由soc处于高区的储能单元进行放电，放电至储能sochigh；

25、若单个储能单元放电无法满足系统需求，则放电顺序根据soc由高到低的顺序进行放电，当多个储能soc相同时，根据储能单元编号从小到大顺序进行放电；

26、若所有处于soc高区储能单元放电至sochigh，但系统仍有放电需求时，由处于soc自调节区的储能单元进行放电，由储能soc最高的储能单元进行放电，放电至soclow；

27、若单个储能单元放电至soclow无法满足系统需求，则放电顺序根据soc由高到低的顺序进行放电，若多个储能soc相同，则根据储能单元编号从小到大顺序进行放电；

28、所述步骤3执行ee＝el，判断系统为无储能需求状态的策略为：对于没有出力需求的储能，soc处于自调节区域内的储能单元不需要进行自恢复；soc处于高区与低区的储能单元按soc由高到低排序，设soc高区最高的储能单元的soc为soch，soc低区最低的储能单元soc为socl，按照式(3)，

29、

30、将此储能单元的soc通过能量调度中枢进行平均分配，平均分配后两个储能单元的soc均为socave，剩余的储能单元按照此原则继续分配能量，直到无法进行高低配对为止；

31、将此储能单元的soc通过能量调度中枢进行平均分配，剩余的储能单元按照此原则继续分配能量，直到无法进行高低配对为止；

32、进一步地，所述步骤1中的分区，若在执行过程中所有储能都无法满足需求，则soc的高区也允许充电，低区也允许放电，但不允许进入禁区；

33、进一步地，所述步骤3中，执行充电需求状态的策略时，若多个储能soc相同，则根据储能单元编号从小到大顺序进行充电；

34、进一步地，所述步骤3中，执行充电需求状态的策略时，若所有处于soc自调节区的储能单元充电至sochigh，但系统仍有充电需求时，此时可允许储能单元充电至socmax，由处于soc高区的储能进行充电，充电至socmax；

35、进一步地，所述步骤3中，执行充电需求状态的策略时，若单个储能单元充电至socmax无法满足系统需求，则充电顺序由soc由低到高的顺序进行充电，若多个储能soc相同，则根据储能单元编号从小到大顺序进行充电；若所有储能单元均充电socmax，此时不允许再进行充电操作；

36、进一步地，所述步骤3中，执行放电需求状态的策略时，若所有处于soc自调节区的储能单元放电至soclow，但系统仍有放电需求时，此时，允许储能单元放电至socmin，由储能soc最高的储能单元进行放电，放电至socmin；

37、进一步地，所述步骤3中，执行放电需求状态的策略时，若单个储能单元放电至socmin无法满足系统需求，则放电顺序由soc由高到低的顺序进行放电，若多个储能soc相同，则根据储能单元编号从小到大顺序进行充电；若所有储能单元均放电至socmin，此时不允许再进行放电操作；

38、进一步地，所述步骤3中，执行无储能需求状态的策略时，为防止编号顺序靠前单个储能过分频繁重放，每隔一段时间，需要根据储能的健康状态(state of health，soh)对储能编号进行重新编排，soh情况较好的储能应编号靠前；

39、采用以上方案，本发明公开的微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法，具有以下优点：

40、(1)本发明的微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法，针对微电网系统中，系统对储能的不同需求情况，对储能单元施加不同的控制策略，在保证储能单元安全运行的前提下，实现对微电网系统中能量充放需求的满足；在系统有能量充放需求的情况下，有限利用储能裕量较大的储能单元实现系统能量充放需求，防止出现储能的过度充放；从而确保了储能系统的荷电状态终运行在安全范围内，并且不会损害电化学储能系统的寿命；

41、(2)本发明的微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法，当系统无能量充放需求的情况下，储能单元之间会进行自恢复，以保证多数储能的soc在更靠近中间的位置，以保证下个时间段的系统能量充放需求；并且每隔一段时间根据储能的soc进行重新编号重排，防止单个储能单元充放过于频繁，延长储能使用寿命；本发明对于储能的控制更为灵活，也更加细致地考虑储能单元的soc，以延长储能使用寿命，防止储能过度充放。

42、综上所述，本发明公开的微电网状态下多储能单元荷电状态自恢复控制方法，在保证储能单元安全运行的前提下，实现对微电网系统中能量充放需求的满足；在系统有能量充放需求的情况下，有限利用储能裕量较大的储能单元实现系统能量充放需求；当系统无能量充放需求的情况下，储能单元之间会进行自恢复，以保证下个时间段的系统能量充放需求；从而确保了储能系统的荷电状态终运行在安全范围内，并且不会损害电化学储能系统的寿命；并且每隔一段时间根据储能的soc进行重新编号重排，防止单个储能单元充放过于频繁，延长储能使用寿命；对于储能的控制更为灵活，也更加细致地考虑储能单元的soc，以延长储能使用寿命，防止储能过度充放。

43、以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。