本發(fā)明涉及微網(wǎng)電池領域，具體涉及一種蓄電池充放電功率與荷電狀態(tài)的預測方法。

背景技術：

當前在孤島運行的微電網(wǎng)調度中采用的模型過于簡單，且多數(shù)是建立儲能電池的化學模型，針對儲能電池的充放電功率模型的文獻甚少，導致微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)達不到真正意義上的經濟性。

在本領域研究中，有部分學者進行了儲能電池的可持續(xù)放電時間模型，但并未建立儲能電池的充放電功率模型，現(xiàn)在逐漸有建立了儲能電池的充放電模型，但模型過于簡單，不能準確反映在微電網(wǎng)調度中儲能電池的充放電能力。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述問題，提出一種蓄電池充放電功率與荷電狀態(tài)預測方法，建立儲能電池功率模型，能夠較為精確地反映在微電網(wǎng)調度中儲能電池的充放電能力，提高微電網(wǎng)運行經濟性。

本發(fā)明的技術方案設備包括，

參數(shù)輸入模塊、功率與電荷狀態(tài)預測模塊，二者之間耦合充電功率計算模塊與放電功率計算模塊，其具體預測步驟為

第一步，參數(shù)輸入：參數(shù)輸入模塊初始化仿真時間步長Δt，蓄電池在任意時刻下的總能量Q、可用能量Q₁、束縛能量Q₂、極小電流下的最大荷電量Q_max、充放電比率常量k、容量比率常數(shù)c、放電效率η_batt,d與充電效率η_batt,c、最大充電率α_c、最大充電電流I_max、蓄電池的個數(shù)N_batt、電池的額定電壓V_nom，并給定n個仿真步長內蓄電池需要充放電的功率P₁～P_n；其中，Q＝Q₁+Q₂。

第二步，功率計算：參數(shù)輸入模塊識別在第n個仿真步長里所需的電池功率P_n的正負，若P_n<0，表示蓄電池需要充電，P_n>0，表示蓄電池需要放電；其中，

1.充電步驟功率：充電功率計算模塊根據(jù)蓄電池剩余能量決定的蓄電池的最大充電功率P_{batt,cmax,kbm}、最大充電電流決定的最大充電功率P_{batt,cmax,mcc}、最大充電率決定的蓄電池的最大充電功率P_{batt,cmax,mcr}確定蓄電池的最大充電功率P_batt,cmax；其關系滿足

$P_{batt,c\max }=\frac{\min (P_{batt,c\max ,kbm},P_{batt,c\max ,mcr},P_{batt,c\max ,mcc})}{{\mathrm{\&eta;}}_{batt,c}},$

若|P_n|<P_batt,cmax，則蓄電池實際充電功率值P_real-n＝-P_batt,cmax，若|P_n|>P_batt,cmax，則P_real-n＝P_n；

2.放電步驟功率：放電功率計算模塊根據(jù)蓄電池剩余能量決定的最大放電功率P_{batt,dmax,kbm}確定蓄電池的最大放電功率P_batt,dmax，其關系滿足

P_batt,damx＝η_batt,dP_{batt,dmax,kbm}，

若|P_n|<P_batt,dmax，則蓄電池實際放電功率P_real-n＝P_n，若|P_n|<P_batt,dmax，則P_real-n＝P_batt,dmax；

第三步，綜合計算：功率與電荷狀態(tài)預測模塊根據(jù)蓄電池在第n個Δt的仿真步長內的實際充放電功率，進而

1.分別計算蓄電池內部的可用荷電量Q_1,end和束縛荷電量Q_2,end，并得到總能量Q，從而計算蓄電池核電狀態(tài)SOC；其中，

$Q_{1,end}=Q_1{e}^{-k\mathrm{\&Delta;}t}+\frac{(Qkc-P_{real})(1-e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})}{k}-\frac{P_{real}c(k\mathrm{\&Delta;}t-1+e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})}{k}$

$Q_{2,end}=Q_2{e}^{-k\mathrm{\&Delta;}t}+Q(1-c)(1-e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})-\frac{P_{real}(1-c)(k\mathrm{\&Delta;}t-1+e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})}{k}$

$SOC=\frac{Q}{Q_{\max }};$

2.求得所有仿真步長的蓄電池實際充放電功率與荷電狀態(tài)；把當前的Q_1,end和Q_2,end作為第n+1個仿真步長的Q₁、Q₂，通過重復步驟2～步驟3i，得到所有仿真步長的蓄電池實際充放電功率P_real-1～P_real-n以及SOC₁～SOC_n；

以上步驟通過建立充放電功率模型，考慮蓄電池電量充放電調度的經濟性能，使得蓄電池的荷電狀態(tài)曲線變化較平緩，符合蓄電池的充放電特性。

進一步的，為了便于蓄電池最大充電功率的計算，模塊內計算的邏輯步驟可以設置為：

第一步，根據(jù)蓄電池極小電流下的最大荷電量Q_max、可用能量Q₁、總能量Q計算得到由電池剩余總能量決定的蓄電池最大充電功率P_{batt,cmax,kbm}，其關系滿足

$P_{batt,cmax,kbm}=\left|\frac{-{\mathrm{kcQ}}_{max}+{\mathrm{kQ}}_1{e}^{-k\mathrm{\&Delta;}t}+Qkc(1-e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})}{1-e^{-k\mathrm{\&Delta;}t}+c(k\mathrm{\&Delta;}t-1+e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})}\right|;$

第二步，根據(jù)蓄電池最大充電率α_c、最大荷電量Q_max、總能量Q計算得到由最大充電率決定的蓄電池的最大充電功率P_{batt,cmax,mcr}，其關系滿足

$P_{batt,c\max ,mcr}=\frac{(1-e^{-{\mathrm{\&alpha;}}_c\mathrm{\&Delta;}t})(Q_{\max }-Q)}{\mathrm{\&Delta;}t};$

第三步，根據(jù)蓄電池的個數(shù)N_batt、最大充電電流I_max、電池的額定電壓V_nom，計算得到蓄電池最大充電電流決定的最大充電功率P_{batt,cmax,mcc}，其關系滿足

$P_{batt,c\max ,mcc}=\frac{N_{batt}{I}_{\max }{V}_{nom}}{1000};$

第四步，根據(jù)a～c最終得到

其中，

${\mathrm{\&eta;}}_{batt,c}=\sqrt{{\mathrm{\&eta;}}_{batt,n}}.$

進一步的，為了便于蓄電池最大放電功率的計算，模塊內計算的邏輯步驟可以設置為：

第一步，根據(jù)蓄電池充放電比率常量k、可用能量Q₁、總能量Q計算由電池剩余能量決定的最大放電功率P_{batt,dmax,kbm}，其關系滿足

$P_{batt,dmax,kbm}=\frac{{\mathrm{kQ}}_1{e}^{-k\mathrm{\&Delta;}t}+Qkc(1-e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})}{1-e^{-k\mathrm{\&Delta;}t}+c(k\mathrm{\&Delta;}t-1+e^{-k\mathrm{\&Delta;}t})};$

第二步，根據(jù)蓄電池放電效率η_batt,d計算得到蓄電池的最大放電功率P_{batt,dmax，}其關系滿足

P_batt,damx＝η_batt,dP_{batt,dmax,kbm}，其中，

${\mathrm{\&eta;}}_{batt,d}=\sqrt{{\mathrm{\&eta;}}_{batt,n}}.$

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

圖2是本發(fā)明與實驗數(shù)據(jù)得對比圖。

具體實施方式及效果說明

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合圖示與具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，根據(jù)上述步驟，本發(fā)明的具體仿真步長數(shù)n設置為24，將動能電池置于微電網(wǎng)系統(tǒng)下充放電功率與在本仿真模型下計算所得結果的數(shù)據(jù)誤差在5％以內，驗證了電池模型調度的準確性。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。