基于融合终端协调的分布式储能综合治理装置及其预测控制方法与流程

本发明基于融合终端协调的分布式储能综合治理装置及其预测控制方法涉及的是一种电网的调控设备机预测调控方法。

背景技术：

1、随着城市电力需求的日益增长，城市中心负荷密度高的区域，经常有配电变压器过载的现象，社会用电结构的变化和负荷的快速增长也加大了负荷峰谷差，从建设成本和资源保护的角度出发，用传统的新增发、输、配电设备来满足高峰负荷的需求变得越来越困难。为了解决快速增长的电力负荷和电网建设相对滞后的问题，在配用电系统中引入储能环节，不仅能够有效地实现需求侧管理，平滑负荷，消除峰谷差，还能够提高现有电力设备利用率，延缓配电网升级改造，降低供电成本。

2、配网中配置储能系统，在负荷低谷时充电，发挥填谷的作用，在负荷高峰时放电，为电网提供高峰电力，可有效减少系统峰谷差。当配网中配置多个分布式储能系统时，如何根据配网运行需求和储能的状态协调控制各个分布式储能的出力，保障配网运行的安全稳定性和储能系统的经济性，是目前亟需解决的关键问题。针对地区配网存在的配变超重载、三相不平衡、电压越下限等问题缺陷，结合城区小区内超载箱变、发达农村地区超载杆上变、农村地区长距离10kv线路末端用户低电压现场调研结果。

3、虽然目前对储能系统的运行控制做了很多研究，提出了一些计及储能状态参数的运行控制方法，但需要一种针对集中式储能系统，用于城市配网削峰填谷的多个分布式储能系统的功率分配和协调控制的改进技术，所以有必要提出一种新的技术方案来满足实际的使用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种易于实现的、有效合理的分布式储能系统功率分配和协调控制方法，解决储能用于配网削峰填谷的控制问题。

2、一种基于融合终端协调的分布式储能综合治理装置，具有储能变流器、储能电池和控制系统，储能变流器与储能电池电性连接，储能变流器和储能电池分别与控制系统电信号连接；

3、其中，储能变流器是一种用于交直流变换系统中实现能量双向流动的电力电子装置，能够稳定运行于并网、离网两种模式；并网时采用功率控制或直流侧电压控制，满足储能系统的充放电需求；离网情况下采用v/f控制，为负荷提供稳定的交流电压和频率；为适应微网运行，储能变流器还具备主动离网、被动离网、自同期及多台并联运行的功能；

4、储能电池的直流电通过储能变流器将直流电转换成三相交流电，也能够通过储能变流器将交流电转换成直流电，实现储能电池和电网之间的能量双向流动；

5、所述储能电池由电池组和bms组成；

6、电池组采用磷酸铁锂电池；

7、储能电池需要利用电池管控系统完成的监测、评估和保护，实时监测电池系统的电压、温度、电流等运行状态，分析评估电池的容量、荷电状态及故障诊断，具备均衡的管理功能，实现与变流器和就地监控装置的信息交互；电池管控系统包括监测保护电池模块的电池管理单元bmu和电池组串的监测管理单元bcmu；

8、所述的控制系统为市售产品，其具有工控机、电源模块、数采设备、4g/5g联网设备以及配电设备。

9、进一步地，还包含有直流变换器，直流变换器分别与储能变流器、储能电池电性连接，直流变换器与控制系统电信号连接；

10、所述的直流变换器由2台30kw、1台15kw的dcdc模块、充电控制器及充电枪模块构成；直流系统输出端为200-750vdc，通过30kw的dcdc模块给电动汽车充电，配置1把直流国标枪，电缆长5米，右侧。光伏组件也能够通过dcdc模块向电池充电；2个dcdc模块组成一面直流柜，能够独立工作。

11、基于融合终端协调的分布式储能综合治理装置的预测控制方法为：

12、搭建用户负荷模型和基于遗传算法的台区负荷平衡控制策略；

13、假设现有某低压台区低压用户为n户，用如下的矩阵公式来表示个用户接入的相序情况；

14、

15、式中：x＝0或1；0表示负荷不接入，1表示接入；

16、a、b、c表示负荷相位；

17、n＝1,2,3…n，n为第n个用户；

18、对于配变台区单相用户，存在xan+xbn+xcn＝1；而对于三相用户，则存在xan+xbn+xcn＝3；

19、设每个用户的换相成本为c＝[c1 c2 c3…cn]；配变台区每个低压用户的电表编号为k＝[k1 k2 k3…kn]，低压用户负荷为p＝[p1 p2 p3…pn]；

20、用h＝[hanhbnhcn]表示用户n是否换相，当h＝0表示当前用户不换相，反之h＝1用户换相；

21、综上，以三相负荷不平衡度最小，经济成本最小为目标函数，建立数学模型如下所示；

22、min c

23、＝c[h(ha1hb2hc3)h(ha1hb2hc3)h(ha1hb2hc3)…h(hanhbnhcn)]t

24、s.t.

25、

26、

27、px＝[pa pb pc]

28、式中：为各用户负荷初始相序；

29、三相负荷不平衡度数学模型为：

30、

31、式中：α为三相负荷不平衡度；

32、设某一配电台区一段时间t内，对用户负荷进行分相i，i∈(a,b,c)，用电负荷为pi，相平均电压为ux，功率因数为cosθ，所以可得ix：

33、ix＝px/(uxtcosθ)

34、设a、b、c三相的平均负荷电流iaav、ibav、icav，电流表示的三相不平衡度计算公式如下式所示：

35、

36、基于融合终端协调的分布式储能综合治理装置的预测控制方法的基于遗传算法的台区负荷平衡控制策略为：

37、台区换相开关控制应当以尽量少的动作次数达到更好的三相不平衡治理效果为目标，是一个非线性多目标优化问题，采用搜索能力较强且对目标函数依赖度低的遗传算法求解；该控制策略适用于“总控+执行开关”模式，由一个总控制器控制台区的所有换相开关；

38、考虑到换相开关采样精度的问题，周期性读取台区首端三相电流数据，筛除异常数据，计算三相电流不平衡度和负载率，如果连续n次三相电流不平衡度大于阈值ibal_limit且负载率大于阈值load_rate_limit，则基于遗传算法形成控制策略；

39、记三相电流不平衡度和负载率连续越限n次对应的三相电流分别为ia1，ia2，…，ian，ib1，…，ibn，ic1，…，icn；

40、越接近当前时刻的数据具有越高的权重，计算三相加权平均电流：

41、

42、

43、

44、记

45、其中，

46、具体步骤包括；

47、步骤1、产生初始种群；

48、步骤2、个体评价；

49、步骤3、选择(复制)；

50、步骤4、交叉；

51、步骤5、变异。

52、步骤1的具体方法为：

53、步骤1、产生初始种群

54、种群规模根据安装的换相开关个数确定，

55、popsize＝k·n_sw

56、其中，popsize为种群大小，n_sw为开关个数，k为系数，默认取10；

57、随机将n_sw个开关平均分配至a、b、c三相上；改进：将n_sw个开关按台区首端三相电流反比关系分配到a、b、c三相上，某电流越大处于该相的开关数应当越少；

58、编码方式：3行n_sw列矩阵表示n_sw个开关相位情况，每一列表示一个开关信息(称为基因)，[1 0 0]t表示开关在a相，[0 1 0]t表示开关在b相，[0 0 1]t表示开关在c相；每个开关的状态只能在a、b、c相之间切换，以9个开关为例，初始化种群可表示为：

59、

60、各开关的负荷电流记为：isw＝[i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 i8 i9]，则每一相的开关总电流为isw_sum＝ksw·iswt。

61、步骤2的具体方法为：

62、步骤2、个体评价

63、根据适应度函数评价个体，适应度函数由两部分组成，三相电流不平衡度和所有开关动作次数；

64、fun＝cmax-k1·ibal-k2·act_times

65、式中，fun为适应度函数，cmax为较大常数，保证适应度函数非负，k1为三相电流不平衡度权重，ibal为三相电流不平衡度，k2为动作次数权重，act_times为动作次数；

66、各控制方案控后开关状态矩阵k'sw，每一相的开关总电流为i'sw_sum＝k'sw·iswt，则开关总电流变化量为δisw_sum＝i'sw_sum-isw_sum，控后台区首端三相电流为i't＝it+δisw_sum，三相电流不平衡度

67、步骤3的具体方法为：

68、步骤3、选择(复制)

69、在选择操作时个体的实用度函数值越高越有机会进入到下一代操作；

70、采用轮转法进行选择操作。个体进入下一代遗传操作的概率与个体适应度函数成正比。令∑fi等于种群所有个体的适应度函数值的总和，fi则等于种群中第i个个体的实用度函数值的大小，则fi/∑fi决定个体被保留进入下一代遗传操作的概率。

71、步骤4的具体方法为：

72、步骤4、交叉

73、采用双亲双子单点交叉，在染色体上随机选择1个断点，将断点的右段互相交换，从而形成2个新的后代；为了不破坏基因之间的依赖和互斥关系，交叉操作时是对整个向量基因进行置换，不破坏向量基因的特性。

74、步骤5的具体方法为：

75、步骤5、变异

76、根据变异率来控制染色体是否进行变异，需要进行变异时，随机选择需要变异的基因；每个基因能够在[1 0 0]t、[0 1 0]t、[0 0 1]t之间变异，表示开关相位在a相、b相、c相之间切换；染色体较长时，变异率能够适当取得小一些，换相开关个数一般在10～20之间，变异率可取0.001～0.1。

77、本发明用于城市配网削峰填谷的分布式储能功率分配和协调控制方法具有如下特点：

78、1、实现配网的削峰填谷，峰谷差率满足要求。

79、2、实现基于储能系统实时状态的充放电功率分配和控制，避免过充过放。

80、3、实现不同类型储能系统之间的协调控制，满足配网不同时间尺度负荷的调节需求。

81、4、利用分布式储能装置丰富的调节能力，进一步提高主动配电网的电压灵活调节能力，以实现主动配电网故障状态下非故障区域负荷的全部安全供电。

82、5、本发明所提方法基于主动配电网故障期间储能荷电状态变化、新能源发电及负荷波动，制定时序故障恢复方案，具有很强的适应性。

83、本发明相较于现有的技术方案，具有良好的使用和推广价值。