用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，包括：以減小蓄電池充放電次數(shù)或者減小電容容量為目標(biāo)建立混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型；以混合儲(chǔ)能電站建設(shè)成本和運(yùn)行成本總和最小構(gòu)建混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；在滿足混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的條件下，選用PSO算法對混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算，確定混合儲(chǔ)能電站最優(yōu)容量數(shù)值。本發(fā)明以典型功率型儲(chǔ)能VRLA和能量型儲(chǔ)能UC構(gòu)建混合儲(chǔ)能電站，利用其各自特性構(gòu)建優(yōu)勢互補(bǔ)的充放電過程模型，利于實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)各介質(zhì)間的協(xié)調(diào)有機(jī)運(yùn)行；以儲(chǔ)能電站運(yùn)行成本和建設(shè)成本最小為目標(biāo)建立容量規(guī)劃模型，實(shí)現(xiàn)了容量的最優(yōu)化。
【專利說明】用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率波動(dòng)平抑領(lǐng)域，尤其涉及一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著可再生能源滲透率的提升，其波動(dòng)性給電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行帶來了巨大挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能電站因其對能量的充放特性，使其成為平滑可再生能源功率，克服其波動(dòng)性的重要方式。風(fēng)電場配置儲(chǔ)能的關(guān)鍵問題之一在于，面對平滑效果與投入成本間的制約關(guān)系，如何協(xié)調(diào)確定儲(chǔ)能容量，使有限容量同時(shí)滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的有效性和經(jīng)濟(jì)性?？梢姡瑑?chǔ)能電站的容量優(yōu)化是風(fēng)電場儲(chǔ)能配置規(guī)劃的重要內(nèi)容。
[0003]目前對于混合儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃問題研究并不多見。
[0004]VRLA屬于能量型儲(chǔ)能裝置，輸出功率變化范圍小，速度慢且充放電次數(shù)少，同時(shí)成本低，可用來補(bǔ)償風(fēng)功率中波動(dòng)平緩、能量較大的趨勢分量；uc具備頻繁充放電切換響應(yīng)能力，可充放電次數(shù)高，適用于呈現(xiàn)頻繁快速變化特性的隨機(jī)分量的波動(dòng)平抑，同時(shí)目前UC成本要比VRLA昂貴的多。由此可見，混合儲(chǔ)能電站的運(yùn)行應(yīng)發(fā)揮UC頻繁充放特性同時(shí)限制其容量，使其在小幅 能量充放區(qū)間中發(fā)揮作用；對于VRLA應(yīng)有效避免充放電狀態(tài)頻繁轉(zhuǎn)換，并適當(dāng)提升其相對容量，使其在大幅值能量的充放電區(qū)間中工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種基于荷電狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整的儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃方法，該方法實(shí)現(xiàn)了顧及調(diào)度需求、儲(chǔ)能運(yùn)行壽命和經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能容量最優(yōu)化。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，包括以下步驟:
[0008](I)以減小蓄電池充放電次數(shù)或者減小電容容量為目標(biāo)建立混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型。
[0009](2)以混合儲(chǔ)能電站建設(shè)成本和運(yùn)行成本總和最小為目標(biāo)構(gòu)建混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并建立混合儲(chǔ)能電站充放電功率的約束條件和容量約束條件。
[0010](3)在滿足混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的條件下，選用PSO算法對混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算，確定混合儲(chǔ)能電站最優(yōu)容量數(shù)值。
[0011]所述步驟(1)中以減小蓄電池充放電次數(shù)為目標(biāo)的混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型為:
[0012]設(shè)P(t)為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組輸出功率Pw(t)與時(shí)段參考輸出功率PMf (t)的差值:
[0013]P (t) =Pw (t)-Pref ⑴
[0014]將P(t)分解為高頻分量ΡΛΗα)和趨勢分量Pu(t)，且滿足:
[0015]ρα)=ρΔΗα)+ρΔ?α)[0016]設(shè)f(t)為IV(t)與零值的關(guān)系標(biāo)志位，且f(t)的正負(fù)號與IV(t)相同，當(dāng)滿足f(t-l).f(t)〈0 時(shí):
[0017]右f (t)〉0 且 Λ tf〈 Atthr，則 Sbat VRLA — -1，Pdischa.VELA_0°
[0018]右f (t)〈0 且 Λ tf〈 Δ tthr，則 Sbat VRLA_1，Pcharge.VRLA-。0
[0019]式中，f(t-l) (t)〈0表示PAL(t)與零值關(guān)系發(fā)生改變；Δ tf為f (t)保持當(dāng)前狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間；Λ 為持續(xù)時(shí)間閾值;
Pdiacha.VELA

表示蓄電池放電功率，p.#..表示蓄電池充電功率；sbat.VKLA為蓄電池充電、放電及浮充狀態(tài)標(biāo)志，分別對應(yīng)數(shù)值1，-1，0。
[0020]所述步驟(1)中以減小電容容量為目標(biāo)的混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型為:
[0021]設(shè)P(t)為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組輸出功率Pw(t)與時(shí)段參考輸出功率PMf (t)的差值:
[0022]P (t) =Pw (t)-Pref ⑴
[0023]將P(t)分解為高頻分量ΡΛΗα)和趨勢分量Pu(t)，且滿足:
[0024]ρα)=ρΔΗα)+ρΔ?α)
[0025]則
[0026]Pdischa/charge.UC-P ΔΗ ⑴ k
[0027]Pdischa/charge.VRLA-PaL ⑴+P ΔΗ ⑴.(l_k)。
[0028]式中，k為功率縮減系數(shù)，為區(qū)間(0，I]的正數(shù)，為保證電容處于持續(xù)的充-放-充的循環(huán)平衡狀態(tài)，需保證k>0 ；Pchargauc和PdisctoI分別為電容的充電和放電功率;
Pcharge.VELA
矛口 Pdischa.VRLA 分別表示蓄電池的充電和放電功率。
[0029]所述混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的控制策略為:
[0030]( I )當(dāng) Sbat.VKU=l 且 Sbat.uc=l，且蓄電池倍功率充電至 S0CVKLA>=S0CVKU.max 時(shí)，k=l ；此時(shí):
[0031]a.若S0Cuc>=S0Cuc.max，則儲(chǔ)能系統(tǒng)滿充，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
[0032]Pabadon=PAH ⑴+P AL ⑴，PM(t)>0，PAL(t)>0。
[0033]b.右 Pchiirge.VRU^Pdmge.VRLA.1iiM，則電各提升 k 值充電，當(dāng) P Δ H+P Δ L^Pcharge.VELA.max+
[0034]Pcharge.uc.fflax時(shí)，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
[0035]Pabadon P Δ H (t)+P Δ L (t) ^charge.VELA, max ^charge.UC.max °
[0036]( II )當(dāng) Sbat VELA--1 且 Sbat.uc-l，PdiSc；hi1.VKLA 減功率放電，且 PdisChi1.TOLA.min_0 時(shí)，
[0037]a.若 Pdischa.VKLA=Pdischa.VKLA.min，UC 提升 k 值充電，當(dāng) S0Cuc>S0Cuc.max 時(shí)，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
[0038]Pabadon= PAH ⑴+P AL ⑴，PM(t)>0，PAL(t)〈0。
[0039]b.若UC充電功率超過Pdfflge.uc.max，則充電功率不足，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
[0040]Pabadon-PAH ⑴ +PalW _Pcharge.UC.max。
[0041]其中，Sbat uc分別為蓄電池和電容的充電、放電及浮充狀態(tài)標(biāo)志，分別對應(yīng)數(shù)值 I，-1，O ;SOCvela.max 和 SOCuc.max 分別為 VRLA 和 UC 的 SOC 運(yùn)行最大值 ^ctoge.uc 和 Pdischa.u。分別為電容的充電和放電功率; Pcharge.VELA 和P— VELA分別表示蓄電池的充電和放電功率；
Pcharge.UC.max
為蓄電池的最大充電功率; ^charge.VELA, max 矛口 ^discha.VELA, min 分別表示蓄電池的最大充
電功率和最小放電功率。
[0042]所述混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的控制策略還包括:
[0043]( I )當(dāng) Sbat.VRLA-l 且 Sbat.uc--l，Pcharge.VRLA 減功率充電，且 Pcharge.VRLA.min-0 時(shí)，[0044]a.若 Pctoge.VKLA=Peharge.VKLA.min，UC 提升 k 值放電，當(dāng) S0Cuc〈S0Cuc.min 時(shí)，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
[0045]Ρ1ειΛ=ΡΛΗ (t)+Pal ⑴，ΡΛΗ(1:)〈0，Pal (t)>0 ;
[0046]b.若UC放電功率超過Pdiseha.m_，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
[0047]Plack-1 Ρδη +Pal _Pdischa.UC.max。
[0048]( II )當(dāng) Sma=-1 且 Sba,uc=-l, VRLA 倍功率放電至 S0CVELA<SOCvela.fflin 時(shí)，k=l;此時(shí)，
[0049]a.若S0Cue〈S0Cue.min，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
[0050]Piack=PAH (t)+Pal (t), ΡΔΗ(?)<0, ΡΔΙ,(?)<0 ;
[0051]b.若|ΡΛΗα)+ΡΛ?α) I >P—X+Pdwge.uc..，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
[0052]Piack= I ΡΔΗ(?)+Pal (t) 1-P
charge.VELA, max ^charge.UC.max °
[0053]其中，Pcharge.VELA.max和P—in分別為蓄電池的最大充電功率和最小放電功率；
Pcharge.UC.max 矛口 Pdischa.UC.max
分別為電容最大充電功率和最大放電功率；sbat VKU和Sbat.ue分別為蓄電池和電容的充電、放電及浮充狀態(tài)標(biāo)志，分別對應(yīng)數(shù)值I，-1，O ;SOCuc.min和SOCue.max分別為UC的SOC運(yùn)行最小值和最大值f—和Pladt分別為棄風(fēng)功率和平抑放電功率缺額值。
[0054]所述步驟(2)中混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，包括以下步驟: (1)以減小蓄電池充放電次數(shù)或者減小電容容量為目標(biāo)建立混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型； (2)以混合儲(chǔ)能電站建設(shè)成本和運(yùn)行成本總和最小為目標(biāo)構(gòu)建混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并建立混合儲(chǔ)能電站充放電功率的約束條件和容量約束條件； (3)在滿足混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的條件下，選用PSO算法對混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算，確定混合儲(chǔ)能電站最優(yōu)容量數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述步驟(1)中以減小蓄電池充放電次數(shù)為目標(biāo)的混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型為: 設(shè)p(t)為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組輸出功率？?(0與時(shí)段參考輸出功率Pref (t)的差值:
P (t) =P w (t)-Pref ⑴ 將p(t)分解為高頻分量ρΛΗα)和趨勢分量Pu(t)，且滿足:
P (t) =PJt)+P^l ⑴ 設(shè)f(t)為Pu(t)與零值的關(guān)系標(biāo)志位，且f(t)的正負(fù)號與Pu(t)相同，當(dāng)滿足f(t-l).f(t)〈0 時(shí): 若 f(t)>0 且 Atf < Atthr,則


^bat.VELAI，^discha.VELA O ;
若 f(t)〈0 且 Λ tf〈 Atthr,貝IJ


Sbat.VELA-1 , Pcharge.VELA-^ ； 式中，f(t-l) 4α)〈0表示PAL(t)與零值關(guān)系發(fā)生改變；Atf為f(t)保持當(dāng)前狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間；Λ tthr為持續(xù)時(shí)間閾值；P



diacha.VELA

表示蓄電池放電功率，






P charge.VELA表示蓄電池充電功率；sbat.VKLA為蓄電池充電、放電及浮充狀態(tài)標(biāo)志，分別對應(yīng)數(shù)值1，-1，0。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述步驟(1)中以減小電容容量為目標(biāo)的混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型為: 設(shè)p(t)為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組輸出功率？?(0與時(shí)段參考輸出功率Pref (t)的差值:
P (t) =Pw (t)-Pref ⑴ 將p(t)分解為高頻分量ρΛΗα)和趨勢分量Pu(t)，且滿足:
P (t) =PJt)+P^l ⑴ 則
Pdischa/charge.UC Pk
Pdischa/charge.VELA P Δ L

(t)+ΡΔΗ(?).(1-k)； 式中，k為功率縮減系數(shù)，為區(qū)間(0，I]的正數(shù)，為保證電容處于持續(xù)的充-放-充的循環(huán)平衡狀態(tài)，需保證k>0

;Pcharge.UC 矛口 Pdischa.UC 分別為電容的充電和放電功率；Pcharge.VELA和Pdischa.VELA 分別表示蓄電池的充電和放電功率。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的控制策略為: (I )當(dāng)Sbat.觀=1且Sbat.uc=l，且蓄電池倍功率充電至S0CmA>=S0C觀.max時(shí)，k=l ;此時(shí): a.若S0Cuc>=S0Cuc.max，則儲(chǔ)能系統(tǒng)滿充，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
Pabadon ^ ΔΠb.若
P charge.VELA^^charge.VELA, max， 則電容提升k值充電，當(dāng)ΡΔΗ+Ρ






Δ L〉Pcharge.VELA.max+Pcharge.UC.max時(shí)，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
Pabadon ^ Δ
(t)+P Δ L (t)-Pcharge.VELA, max ^charge.UC.max ?
(II )當(dāng) Sbat.VRLA=-1 且^bat.UC I，Pdischa.VRLA 減功率放電，且Pdis。






h a.VELA, min ?



時(shí)， a.若
Pdischa.VELA ^discha.VELA, min，

UC提升k值充電，當(dāng)S0Cuc>S0Cuc.max時(shí)，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
Pabadon ^ Δ b.若UC充電功率超過Pdfflge.uc.max，則充電功率不足，出現(xiàn)棄風(fēng)，則棄風(fēng)功率為:
Pabadon ^ Δ
(t)+P Δ L (t)-Pcharge.UC max ； 其中，Sbat.VELA和Sbat.uc分別為蓄電池和電容的充電、放電及浮充狀態(tài)標(biāo)志，分別對應(yīng)數(shù)值1，-1,0 ；SOCvela.max和SOCuamax分別為VRLA和UC的SOC運(yùn)行最大值；Pcharge.UC 矛口 Pdischa.UC分別為電容的充電和放電功率charge.VELA 矛口 ^discha.VELA 分別表示蓄電池的充電和放電功率；Pcharge.UC.max
為蓄電池的最大充電功率; ^charge.VELA, max 矛口 ^discha.VELA, min 分別表示蓄電池的最大充電功率和最小放電功率。
5.如權(quán)利要求2或3所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述混合儲(chǔ)能電站充放電過程模型的控制策略為:
(I )當(dāng) Sbat.VRLA=I 且 S

bat.UC I，^charge.VELA 減功率充電，且Pdmge VELA, min O 時(shí)， a-若P-U=Pdmge.―，UC提升k值放電，當(dāng)S0Cuc〈S0Cuc.min時(shí)，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
Plack=P Δ H (t)+P Δ L (^)，ΡΛΗ(Ο〈0, ΡΔ?(?)>0 ； b.若UC放電功率超過Pdiscta1.max，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
Plack I P Δ H ⑴+Pal ⑴-Pdischa.UC.max I ;
(II )當(dāng) Sbat.觀=_1 且 sbat.uc=-l，VRLA 倍功率放電至 S0CVELA<S0CVELA.fflin 時(shí)，k=l;此時(shí)， a.若S0Cue〈S0Cue.min，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
Plack=P Δ H (t)+P Δ L (^)，ΡΛΗ(Ο〈0, ΡΔι(?)<0 ； b.若|ρΛΗα)+ρ^α)ι>ρ—，放電平抑功率不足，則平抑放電功率缺額值為:
Plack I P Δ H
(t)+Pu(t) |-p


charge.VELA, max ^charge.UC.max ? 其中，P-.VRLA.和P-.VRLA.min分別為蓄電池的最大充電功率和最小放電功率；Pcharge.UC.max 矛口 Pdischa.UC.max
分別為電容最大充電功率和最大放電功率；sbat VKU和Sbat.ue分別為蓄電池和電容的充電、放電及浮充狀態(tài)標(biāo)志，分別對應(yīng)數(shù)值I，-1，O ;SOCuc.min和SOCue.max分別為UC的SOC運(yùn)行最小值和最大值f—和Pladt分別為棄風(fēng)功率和平抑放電功率缺額值。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述步驟(2)中混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為:
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述步驟(2)中混合儲(chǔ)能電站充放電功率的約束條件為: -P< P ft) < P.1 discha.max 、丄、W1 charge, max 9 式中，Pcharga.ax? PdiScha.max分別為蓄電池或電容對應(yīng)的最大充放電功率，P (t)為蓄電池或電容對應(yīng)的充放電功率。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述步驟(2)中混合儲(chǔ)能電站容量約束條件為:
9.如權(quán)利要求1所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述步驟(3)中選用PSO算法對混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算的步驟為: 1)提取風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)間窗口長度T及其對應(yīng)數(shù)據(jù)，平抑目標(biāo)分解并確定各自目標(biāo)充放電狀態(tài)； 2)設(shè)置粒子群維數(shù)D，最大迭代次數(shù)Mmax，收斂精度σthresh，同時(shí)初始化粒子群位置x和速度V，并給定初始 ^Opt.VELAΛ Vopt.UC 數(shù)值； 3)判斷是否滿足充放電過程模型，并采取對應(yīng)充放電策略； 4)計(jì)算混合儲(chǔ)能電站容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)各成本參量，并計(jì)算各粒子適應(yīng)度值； 5)將各粒子適應(yīng)度值與自身粒子極值及全局例子極值比較，若適應(yīng)度值較小，則更新各粒子個(gè)體極值ebest及全局例子適應(yīng)度極值gbest ； 6)計(jì)算△σ 2判斷是否滿足收斂條件，所述收斂條件為:
10.如權(quán)利要求9所述的一種用于平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能電站容量確定方法，其特征是，所述更新各粒子的位置X及速度V按照下式進(jìn)行:
【文檔編號】G06Q10/04GK103927588SQ201410062240
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】袁弘, 李建祥, 劉海波, 張秉良 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院