一种基于改进自适应VMD的多类型储能优化配置方法与流程

本发明属于电力系统储能灵活应用领域，尤其涉及一种基于改进自适应vmd的多类型储能优化配置方法。

背景技术：

1、风能具有间歇性、波动性等不利特性，风电场输出功率也具有强随机波动性和难以预测性特征。利用储能技术能有效平抑风电功率波动，提高电网对风电的消纳水平，提高电能质量和保障电网安全稳定运行。混合储能技术是近年来解决有功功率波动问题的新兴技术，其兼具能量型储能系统和功率型储能系统的优点，相对于单一型储能设备，可以更快速地吸收或释放功率，能够更好地平抑风电功率波动。混合储能系统内部功率分配的合理性是混合储能系统储能元件工作特性互补优势得以实现的关键。常用的功率分配方法包括低通滤波，傅里叶变换，小波变换，经验模态分解等(emd)，但是这几种功率分配方法普遍在应用方面存在一定问题与局限性。

2、综上所述，结合储能平抑风电功率波动的研究现状和现有技术方法，充分考虑储能选型与多类型储能配置之间的相互影响，提出一种基于改进自适应vmd的多类型储能优化配置方法，以解决此类问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种基于改进自适应vmd的多类型储能优化配置方法策略，从而进行合理的混合储能参考功率分解与分配，使混合储能系统能更好的平抑风电功率波动。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于改进自适应vmd的多类型储能优化配置方法，包括如下步骤：

3、步骤s1、将原始风电输出功率与经滑动平均法平滑后的并网功率之差作为混合储能系统参考功率；

4、步骤s2、采用窗口傅立叶变换对变分模态分解算法进行改进，并用改进后的自适应vmd算法对所述混合储能参考功率进行分解，得到k个模态分量；

5、步骤s3、将所述k个模态分量中的高频分量个数z作为混合储能系统内部的功率划分的分界点，将高频分量分配给功率型储能，低频分量分配给能量型储能，比较不同分界点z下不同类型的混合储能系统的经济成本，确定最优的分界点和经济性最好的多类型混合储能组合方案；

6、步骤s4、计算经济性最好的混合储能组合系统的额定功率和容量配置。

7、优选，步骤s2具体包括如下步骤：

8、步骤s2-1、对所述混合储能参考功率进行wft频谱分析，确定改进后的自适应vmd算法模态数k值；

9、步骤s2-2、通过改进后的自适应vmd算法对混合储能参考功率进行分解，得到k个模态分量。

10、进一步优选，步骤s2-2具体包括如下步骤：

11、步骤s2-2-1、将所述混合储能参考功率phess(t)看成非平稳信号f，构建phess(t)分解过程对应的约束变分模型，如下式所示：

12、

13、式中：为分解的k个模态之和；ωk为第k个子模态对应的中心频率；f为原始输入序列即phess(t)；δ(t)为狄拉克分布函数；为t时刻的偏导算子；||·||为l2范数；

14、步骤s2-2-2、将约束变分模型变为非约束性变分模型，为求取式(3)的最优解，构造式(4)形式的增广lagrange函数，即：

15、

16、式中：α为二次惩罚因子；λ为lagrange算子。

17、步骤s2-2-3、采用乘法算子交替方向法解决式(4)，其中，分解得到的模态分量uk、中心频率ωk、lagrange算子λ更新表达式分别为：

18、

19、

20、

21、式中，为当前剩余量的维纳滤波；为当前模态函数功率谱的重心；对进行傅里叶逆变换，其实部为{uk(t)}；^表示傅立叶变换；τ为步长，且τ＞0；

22、步骤s2-2-4、将公式(5)-(7)循环迭代求解，不断更新模态分量uk、中心频率ωk、lagrange算子λ，直到满足迭代停止条件：即判定循环结束，输出模态分解结果。

23、进一步优选，步骤s3具体包括如下步骤：

24、步骤s3-1、选取6种多类型混合储能组合方案：方案1：钠硫电池+飞轮；方案2：钠硫电池+超级电容；方案3：压缩空气+飞轮；方案4：压缩空气+超级电容；方案5：全巩液流电池+飞轮；方案6：全巩液流电池+超级电容；

25、步骤s3-2、计算能量型蓄电池的寿命和运行年限，其中，所述能量型蓄电池包括钠硫电池和全巩液流电池；

26、步骤s3-3、计算不同分界点z下6种混合储能组合方案的经济性，即：全寿命周期成本；

27、步骤s3-4、选出运行年限长的蓄电池作为最优方案，找出混合储能组合方案系统经济成本最低所对应的分界点z，即为最优的内部功率分界点及经济性最好的混合储能组合方案。

28、进一步优选，所述混合储能系统的全寿命周期成本包括：安装成本cinv、更新置换成本辅助设备成本cbop、运行维护成本com和报废处理成本cscr和回收价值cres；

29、所述混合储能系统经济性评估目标函数如式(19)所示：

30、

31、式中：cicc为混合储能系统总成本。

32、进一步优选，步骤s4具体包括如下步骤：

33、步骤s4-1、计算额定功率；

34、在步骤s3选出的最优的分界点z下，假定混合储能系统内部功率分配结果为：能量型储能功率pnl(t)和功率型储能功率pgl(t)，计及储能系统的充、放电效率，利用下式计算储能系统实际需要补偿的功率：

35、

36、式中：||·||为无穷范数计算；为功率型储能充电和放电额定功率；为能量型储能充电和放电额定功率；为两种类型储能参考功率序列中大于0的分量集合；为两种类型储能参考功率序列中小于0的分量集合；ηcs，ηci为两种类型储能充电效率；ηds，ηdi为两种类型储能放电效率；s∈(1,2)分别为超级电容和飞轮储能介质；i∈(1,2,3)分别为钠硫电池、全钒液流电池和压缩空气储能介质；

37、利用下式计算能量型储能和功率型储能的额定功率：

38、

39、式中，为功率型储能额定功率，为能量型储能额定功率；

40、步骤s4-2、计算额定容量；

41、从初始时刻到t时刻，功率型储能和能量型储能累计吸收或释放的能量如式(24)所示：

42、

43、能量型储能初始荷电状态(soc)为则t时刻的荷电状态如式(25)所示：

44、

45、为了防止储能soc越限，故加入荷电状态约束，如式(26)所示：

46、

47、式中：socup为储能荷电状态上限；soclow为储能荷电状态下限。

48、能量型储能的额定容量由储能的能量变化和soc约束条件求得，如式(27)和(28)所示：

49、

50、

51、本发明提供的改进自适应vmd的多类型储能优化配置方法具有以下优点：采用wft频谱分析确定vmd模态个数k值，弥补了人为设定k值的主观性问题，与此同时k值确定后的改进变分模态分解，即改进自适应变分模态分解算法分解精度更优；与单一形式的储能规划相比，对混合储能进行容量最优配置，既能实现多种储能特征的优势互补，又能满足电网对多种性能的要求，同时还能在一定程度上减少经济投资；构建的双循环优化配置方法模型，既可以考虑到多类型储能选型的经济性，又可以寻优到最合适的高低频分界点，基于此可以对混合储能系统进行功率和容量的最优配置。