本發(fā)明涉及儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置、充放電方法及裝置。

背景技術(shù)：

儲(chǔ)能技術(shù)在新能源、智能電網(wǎng)、節(jié)能技術(shù)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，儲(chǔ)能技術(shù)在大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)、分布式發(fā)電方面，以及在傳統(tǒng)電網(wǎng)的升級(jí)改造上都能起到重要作用，是目前公認(rèn)的能解決光伏、風(fēng)電發(fā)電本身存在的間歇性、隨機(jī)性而導(dǎo)致的并網(wǎng)難度高、電網(wǎng)接受度低問題和調(diào)節(jié)電能品質(zhì)的最有效技術(shù)手段。

儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于新能源、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，主要利用儲(chǔ)能載體將電能暫時(shí)儲(chǔ)存起來，在需要的時(shí)間釋放出來。由于電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)都是目前應(yīng)用比較廣泛、也是相對(duì)比較成熟的儲(chǔ)能載體，在應(yīng)用中儲(chǔ)能系統(tǒng)主要以滿足能量需求為目標(biāo)，但單一的儲(chǔ)能系統(tǒng)使用時(shí)受其儲(chǔ)能元件性能的限制，如鋰電池由于受到充電循環(huán)次數(shù)和所提供的功率限制，在滿足技術(shù)要求時(shí)產(chǎn)生很大一筆費(fèi)用；超級(jí)電容由于自身特性可以視為永久性器件，但是其容量太小很多情況并不能滿足系統(tǒng)需求。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方法是解決儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，是決定儲(chǔ)能系統(tǒng)成本與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素所在。

鋰電池由于其能量密度大，充放電效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用在儲(chǔ)能系統(tǒng)中。在鋰電池容量計(jì)算過程中，需要考慮電池在工作的過程中除提供負(fù)載支撐外其他方面的消耗，為了方便分析消耗，準(zhǔn)確地計(jì)算所需電池的容量，需要依據(jù)鋰電池組成原理進(jìn)行模型化，等效電路模型主要包括內(nèi)阻模型、阻容模型、戴維寧模型等。鋰電池能量密度大、充放電效率高，但受到充電循環(huán)次數(shù)和所提供的功率限制。儲(chǔ)能系統(tǒng)在平抑新能源發(fā)電或其它用電系統(tǒng)功率波動(dòng)的過程中，需要不停地吸收能量或者釋放能量。儲(chǔ)能單元不可避免的就要不停地進(jìn)行充電和放電，而且短時(shí)間內(nèi)充放電的電流比較大。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)頻繁的工作條件下，如何延長鋰電池的使用壽命避免頻繁的充放電成為亟待解決的問題，此外，如何優(yōu)化分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置也成為亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一技術(shù)問題在于如何優(yōu)化分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置。

此外，本發(fā)明要解決的第二技術(shù)問題在于如何延長鋰電池的使用壽命避免頻繁的充放電。

為解決第一技術(shù)問題，根據(jù)第一方面，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法，包括：

獲取負(fù)載單位時(shí)間所需用電信息；獲取發(fā)電系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)電信息；分別獲取鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息；基于優(yōu)化目標(biāo)對(duì)獲取的對(duì)所需用電信息、發(fā)電信息和鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息建立多目標(biāo)優(yōu)化模型；根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型得到優(yōu)化的鋰電池和超級(jí)電容的容量。

可選地，采用將多個(gè)子目標(biāo)函數(shù)線性加權(quán)聚合為單一目標(biāo)函數(shù)，引入約束條件建立如下多目標(biāo)優(yōu)化模型：x＝[W_bat,W_uc,P_bat,P_uc]^T，其中，f(x)為聚合后的最終目標(biāo)函數(shù)；f₁(x)為成本子目標(biāo)函數(shù)；f₂(x)為供電可靠性及能量過剩子目標(biāo)函數(shù)；f₃(x)為供求平衡子目標(biāo)函數(shù)；x為配置變量，包括蓄電池能量、超級(jí)電容能量、蓄電池功率、超級(jí)電容功率；W_bat為蓄電池能量；W_bat為超級(jí)電容能量；P_bat為蓄電池功率；P_uc為超級(jí)電容功率；X為變量x的約束條件，包括蓄電池荷電狀態(tài)S_OC約束條件、超級(jí)電容端電壓V_OC約束條件和最大功率約束條件；λ₁、λ₂、λ₃分別為子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。

可選地，根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型得到優(yōu)化的用于表征鋰電池和超級(jí)電容的容量采用粒子群算法、迭代K次后得到最優(yōu)配置變量，K為正整數(shù)。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置裝置，包括：

第一獲取模塊，用于獲取負(fù)載單位時(shí)間所需用電信息；第二獲取模塊，用于獲取發(fā)電系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)電信息；第三獲取模塊，用于分別獲取鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息；建模模塊，

用于基于優(yōu)化目標(biāo)對(duì)獲取的所需用電信息、發(fā)電信息和鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息建立多目標(biāo)優(yōu)化模型；優(yōu)化模塊，用于根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型得到優(yōu)化的用于表征鋰電池和超級(jí)電容的容量。

可選地，建模模塊采用將多個(gè)子目標(biāo)函數(shù)線性加權(quán)聚合為單一目標(biāo)函數(shù)，引入約束條件建立如下多目標(biāo)優(yōu)化模型：x＝[W_bat,W_uc,P_bat,P_uc]^T，其中，f(x)為聚合后的最終目標(biāo)函數(shù)；f₁(x)為成本子目標(biāo)函數(shù)；f₂(x)為供電可靠性及能量過剩子目標(biāo)函數(shù)；f₃(x)為供求平衡子目標(biāo)函數(shù)；x為配置變量，包括蓄電池能量、超級(jí)電容能量、蓄電池功率、超級(jí)電容功率；W_bat為蓄電池能量；W_bat為超級(jí)電容能量；P_bat為蓄電池功率；P_uc為超級(jí)電容功率；X為變量x的約束條件，包括蓄電池荷電狀態(tài)S_OC約束條件、超級(jí)電容端電壓V_OC約束條件和最大功率約束條件；λ₁、λ₂、λ₃分別為子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。

為解決第二技術(shù)問題，根據(jù)第三方面，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電方法，包括：

獲取分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)出功率、負(fù)載的負(fù)載功率和超級(jí)電容的剩余電量百分比；根據(jù)發(fā)出功率、負(fù)載功率和剩余電量百分比確定分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

可選地，當(dāng)發(fā)出功率大于負(fù)載功率，且剩余電量百分比小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出功率大于負(fù)載功率，且剩余電量百分比大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出功率小于負(fù)載功率，且剩余電量百分比大于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行放電；當(dāng)發(fā)出功率小于負(fù)載功率，且剩余電量百分比小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行放電。

可選地，當(dāng)超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行充電時(shí)，超級(jí)電容吸收高頻的功率分量，鋰電池吸收低頻的功率分量；當(dāng)由超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行放電時(shí)，鋰電池補(bǔ)償?shù)皖l功率波動(dòng)，超級(jí)電容補(bǔ)償高頻功率波動(dòng)。

根據(jù)第四方面，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電裝置，包括：

系統(tǒng)參數(shù)獲取模塊，用于獲取分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)出功率、負(fù)載的負(fù)載功率和超級(jí)電容的剩余電量百分比；狀態(tài)確定模塊，用于根據(jù)發(fā)出功率、負(fù)載功率和剩余電量百分比確定分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

可選地，狀態(tài)確定模塊用于：當(dāng)發(fā)出功率大于負(fù)載功率，且剩余電量百分比小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出功率大于負(fù)載功率，且剩余電量百分比大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出功率小于負(fù)載功率，且剩余電量百分比大于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行放電；當(dāng)發(fā)出功率小于負(fù)載功率，且剩余電量百分比小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行放電。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法及裝置，由于根據(jù)所需用電信息、發(fā)電信息和鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息基于優(yōu)化目標(biāo)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，并得到多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)應(yīng)的鋰電池和超級(jí)電容的容量，從而，優(yōu)化了分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置，提高了經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。

本發(fā)明實(shí)施例提供的分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電方法及裝置，由于根據(jù)發(fā)出功率、負(fù)載功率和剩余電量百分比確定分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在儲(chǔ)能系統(tǒng)頻繁的工作條件下，延長了鋰電池的使用壽命避免頻繁的充放電。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種對(duì)目標(biāo)模型進(jìn)行求解流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置裝置原理框圖；

圖4位本發(fā)明實(shí)施例中一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

為優(yōu)化分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置，為本實(shí)施例公開的一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法，請(qǐng)參考圖1，為該配置方法流程圖，該配置方法包括如下步驟：

步驟S100，獲取負(fù)載單位時(shí)間所需用電信息。在具體實(shí)施例中，負(fù)載單位時(shí)間所需用電信息可以包括負(fù)載所需能量和負(fù)載所需功率。具體地，可以以天為單位時(shí)間，包括負(fù)載日負(fù)荷使用數(shù)據(jù)，即負(fù)荷日曲線。

步驟S200，獲取發(fā)電系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)電信息。具體地，可以以天為單位時(shí)間，包括新能源(如光伏發(fā)電)信息和其它發(fā)電信息，即光伏發(fā)電日曲線、其它發(fā)電日曲線。

步驟S300，分別獲取鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息。在具體實(shí)施例中，鋰電池的電信息包括鋰電池提供的能量和功率；超級(jí)電容的電信息包括超級(jí)電容提供的能量和功率。具體地，可以以天為單位時(shí)間，包括鋰電池的能量、功率和超級(jí)電容能量、功率。

步驟S400，基于優(yōu)化目標(biāo)對(duì)獲取的所需用電信息、發(fā)電信息和鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息建立多目標(biāo)優(yōu)化模型。本實(shí)施例中，所稱優(yōu)化目標(biāo)可以是最低經(jīng)濟(jì)成本、供電可靠性和能量過剩、最佳供需匹配等。具體地，例如以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，能量和功率為約束，建立目標(biāo)優(yōu)化模型。

步驟S500，根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型得到優(yōu)化的鋰電池和超級(jí)電容的容量。在建立目標(biāo)優(yōu)化模型后，通過對(duì)該多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解可以得到鋰電池和超級(jí)電容的容量，從而對(duì)鋰電池和超級(jí)電容的容量進(jìn)行了優(yōu)化配置。

在可選的實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟S500時(shí)，可以采用粒子群算法得到優(yōu)化參數(shù)。

在可選的實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟S400時(shí)，可以采用如下公式建立目標(biāo)優(yōu)化模型：

x＝[W_bat,W_uc,P_bat,P_uc]^T

其中，f(x)為聚合后的最終目標(biāo)函數(shù)；f₁(x)為成本子目標(biāo)函數(shù)；f₂(x)為供電可靠性及能量過剩子目標(biāo)函數(shù)；f₃(x)為供求平衡子目標(biāo)函數(shù)；x為配置變量，包括蓄電池能量、超級(jí)電容能量、蓄電池功率、超級(jí)電容功率；W_bat為蓄電池能量；W_bat為超級(jí)電容能量；P_bat為蓄電池功率；P_uc為超級(jí)電容功率；X為變量x的約束條件，包括蓄電池荷電狀態(tài)S_OC約束條件、超級(jí)電容端電壓V_OC約束條件和最大功率約束條件；λ₁、λ₂、λ₃分別為子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。

為了更好地建立模型，在可選的實(shí)施例中，可以將單位時(shí)間(例如天)內(nèi)的典型光伏發(fā)電曲線、負(fù)荷曲線及其他新能源發(fā)電曲線分為N份，分別組成數(shù)組{P_PV(1),P_PV(2),...,P_PV(N)}、{P_L(1),P_L(2),...,P_L(N)}、{P_WG(1),P_WG(2),...,P_WG(N)}，分別為負(fù)荷瞬時(shí)功率數(shù)組、風(fēng)機(jī)瞬時(shí)功率數(shù)組和光伏瞬時(shí)功率數(shù)組。假設(shè)由控制策略使用低通濾波器，將需求功率的高頻部分分配給超級(jí)電容，將低頻部分分配給蓄電池。在具體實(shí)施例中：

其中，P_bat(i)、P_uc(i)分別為蓄電池和超級(jí)電容第i時(shí)刻給定瞬時(shí)輸出功率；T_r為低通濾波器時(shí)間常數(shù)；P_L(i)為負(fù)荷第i時(shí)刻瞬時(shí)消耗功率，P_PV(i)為第i時(shí)刻光伏瞬時(shí)發(fā)電功率，P_WG(i)為第i時(shí)刻其他新能源瞬時(shí)發(fā)電功率。

在具體實(shí)施例中，目標(biāo)優(yōu)化模型可以包括多個(gè)子目標(biāo)函數(shù)：

1)成本子目標(biāo)函數(shù)

混合儲(chǔ)能成本包括初始建設(shè)成本和后期維護(hù)費(fèi)用，綜合考慮蓄電池和超級(jí)電容能量和功率，如下式所示：

W_uc、W_bat分別為系統(tǒng)需要配置的超級(jí)電容和蓄電池能量；P_uc、P_bat分別為需要配置的超級(jí)電容和蓄電池的功率；η₁、η₂分別是超級(jí)電容和蓄電池能量變換的效率；c_e1、c_e2分別為超級(jí)電容和蓄電池單位能量價(jià)格；c_m1、c_m2分別為超級(jí)電容和蓄電池單位功率的維護(hù)成本；

2)供電可靠性和能量過剩子目標(biāo)函數(shù)

微電網(wǎng)中的電能不進(jìn)行并網(wǎng)，因此如果發(fā)電功率大于負(fù)荷功率加儲(chǔ)能吸收功率，會(huì)造成功率浪費(fèi)，如果發(fā)電功率加儲(chǔ)能放電功率小于負(fù)荷功率，又會(huì)造成系統(tǒng)不可靠。因此通過配置的蓄電池功率和實(shí)際控制策略分配的功率差的平和和來表示供電可靠性和能量過剩子目標(biāo)，如下式所示。

P_bat(i)為第i時(shí)刻控制策略分配的蓄電池瞬時(shí)功率、P_uc(i)為第i時(shí)刻控制策略分配的超級(jí)電容瞬時(shí)功率，P_N,bat為蓄電池配置的額定功率、P_N,uc為超級(jí)電容配置的額定功率。

3)供需平衡子目標(biāo)函數(shù)

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需要保證蓄電池和超級(jí)電容提供或吸收的功率變化盡量小，來保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此以蓄電池和超級(jí)電容提供功率方差為目標(biāo)：

P_N,bat、P_N,uc分別為蓄電池和超級(jí)電容配置額定功率；P_bat(i)、P_uc(i)分別為在i時(shí)刻控制策略分配的蓄電池和超級(jí)電容功率；ΔP_avg，bat、ΔP_avg，uc分別為蓄電池和超級(jí)電容平均功率偏差。

在具體實(shí)施例中，在具有多個(gè)子目標(biāo)函數(shù)時(shí)，需要對(duì)各個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行權(quán)重配置，通過權(quán)衡各個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的重要程度。具體地，可以使用離差排序法來確定各個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。不同容量配置與最優(yōu)配置的差叫離差，如下式所示。

m為目標(biāo)個(gè)數(shù)；為儲(chǔ)能容量取不同值時(shí)目標(biāo)函數(shù)值。離差越大，說明該儲(chǔ)能配置離最優(yōu)解差距越大。

離差排序法來確定各個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重步驟如下：

1)設(shè)有m個(gè)子目標(biāo)，分別求出各子目標(biāo)f_i(x)的最優(yōu)解，記作x_i。

2)將各目標(biāo)函數(shù)得到的最優(yōu)解代入不同的子目標(biāo)函數(shù)，獲取相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值

3)計(jì)算不同最優(yōu)解xⁱ時(shí)，各子目標(biāo)函數(shù)的離差記做如式(7)所示。由于是與單目標(biāo)最優(yōu)解目標(biāo)值比較，故離差均非負(fù)。

4)計(jì)算第i個(gè)子目標(biāo)的平均離差：

由于故按m-1求取平均離差。

5)計(jì)算權(quán)系數(shù)：

6)由于離差均為非負(fù)，通過上述過程計(jì)算出的權(quán)系數(shù)均為正，再將權(quán)系數(shù)歸一化

其中，n為子目標(biāo)函數(shù)個(gè)數(shù)，λ_i為個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)系數(shù)，而且將子目標(biāo)按照加權(quán)平均和的方式重新構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)。

在可選的實(shí)施例中，可以采用如下方式建立約束條件：

1)蓄電池荷電狀態(tài)S_OC約束條件

為了防止損壞蓄電池壽命和超級(jí)電容壽命，限制蓄電池S_OC上下限。

其中，S_OC，min為蓄電池荷電狀態(tài)下限，一般取20％～30％；S_OC，max為蓄電池荷電狀態(tài)上限，一般取80％～100％。

2)超級(jí)電容端電壓V_OC約束條件

為了防止降低超級(jí)電容壽命，限制超級(jí)電容端電壓V_OC上下限。

V_OC，min≤V_OC，i≤V_OC，max (12)

其中，V_OC，min一般取10％～20％，V_OC，max一般取90％～100％。

3)最大功率需求約束條件

系統(tǒng)中可能有一些重要負(fù)荷，需要保證這一部分負(fù)荷不能斷電，因此有一個(gè)最小功率需求，同時(shí)保證最大功率不超過各自變換器最大功率限制

其中，P_N,bat、P_N,uc分別為蓄電池和超級(jí)電容額定功率；P_min為最小功率需求；P_{bat，max}、P_{uc，max}分別為蓄電池和超級(jí)電容最大功率限制。

本實(shí)施例中，根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型得到優(yōu)化的用于表征所述鋰電池和超級(jí)電容的容量采用粒子群算法、迭代K次后得到最優(yōu)配置變量，K為正整數(shù)。具體地，采用粒子群算法PSO對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，請(qǐng)參考圖2，為本實(shí)施例對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解流程圖，首先明確優(yōu)化模型中的向量，x＝[W_bat,W_uc,P_bat,P_uc]^T?；旌蟽?chǔ)能容量優(yōu)化流程為：

步驟S10，初始化容量配置。首先進(jìn)行容量配置初始化。通過隨機(jī)生成蓄電池和超級(jí)電容的N組容量配置x_i＝[W_bat，i,W_uc，i,P_bat，i,P_uc，i]^T,i＝1,2,...,N。

步驟S20，評(píng)價(jià)N組容量配置。N組蓄電池和超級(jí)電容配置情況，在控制策略公式(2)和公式(3)下對(duì)典型風(fēng)光和負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，若實(shí)時(shí)控制中，不能滿足所描述的所有約束，則該種配置無效，需要重新生成配置再進(jìn)行評(píng)價(jià)；若能滿足所描述的約束條件，則計(jì)算N組容量配置的各自目標(biāo)函數(shù)值。

步驟S30，更新N組各自歷史最優(yōu)配置和總的最優(yōu)配置。在N組配置都完成評(píng)價(jià)以后進(jìn)行比較，找到這N組容量配置，與各自歷史值比較的最優(yōu)值；同時(shí)找到這N組容量配置中的最優(yōu)值和歷史總的最優(yōu)值比較。最終得到N組各自歷史最優(yōu)解和總的最優(yōu)解。

步驟S40，更新下一組容量配置。按照粒子群算法中的位置公式和速度公式更新下一組容量配置。

x_i(t)＝x_i(t-1)+v_i(t-1),t＝1,2,...,K (2-1)

v_i(t)＝wx_i(t-1)+c₁r₁(x_pbest-x_i)+c₂r₂(x_gbest-x_i),t＝1,2,...,K (2-2)

其中，t表示迭代次數(shù)，也表示容量配置經(jīng)過t次更新；x_i(t)為第t次更新后蓄電池和超級(jí)電容的配置結(jié)果；

v_i(t)為第t次的解與上一次解的差值。x_pbest為第t次迭代為止，目前個(gè)體最優(yōu)解；vx_gbest是第t次迭代為止，目前總體最優(yōu)解；w為慣性權(quán)值，c¹和c₂為加速因子，r₁和r₂為介于0和1之間的隨機(jī)數(shù)。

步驟S50，判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到K。最后迭代次數(shù)是否達(dá)到K值，K為權(quán)衡最終解的精度和計(jì)算復(fù)雜度后，確定的迭代次數(shù)。

若未達(dá)到K，回到步驟S30繼續(xù)執(zhí)行；若達(dá)到K，搜索停止，輸出蓄電池和超級(jí)電容優(yōu)化配置的最優(yōu)解。

x_op＝[W_bat，op,W_uc，op,P_bat，op,P_uc，op]^T (2-3)

其中，x_op為迭代K次后的最優(yōu)解，W_bat，op為最優(yōu)解中蓄電池能量最優(yōu)值；W_uc，op為最優(yōu)解中超級(jí)電容的能量最優(yōu)值；P_bat，op為最優(yōu)解中蓄電池功率最優(yōu)配置；P_uc，op為最優(yōu)解中超級(jí)電容功率最優(yōu)配置。

本實(shí)施例還公開了一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置裝置，請(qǐng)參考圖3，該配置裝置包括：第一獲取模塊100、第二獲取模塊200、第三獲取模塊300、建模模塊400和優(yōu)化模塊500，其中：

第一獲取模塊100用于獲取負(fù)載單位時(shí)間所需用電信息；第二獲取模塊200用于獲取發(fā)電系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)電信息；第三獲取模塊300用于分別獲取鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息；建模模塊400用于基于優(yōu)化目標(biāo)對(duì)獲取的所需用電信息、發(fā)電信息和鋰電池和超級(jí)電容單位時(shí)間提供的電信息建立多目標(biāo)優(yōu)化模型；優(yōu)化模塊500用于根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型得到優(yōu)化的鋰電池和超級(jí)電容的容量。

在可選的實(shí)施例中，建模模塊采用將多個(gè)子目標(biāo)函數(shù)線性加權(quán)聚合為單一目標(biāo)函數(shù)，引入約束條件建立如下多目標(biāo)優(yōu)化模型：

其中，f(x)為聚合后的最終目標(biāo)函數(shù)；f₁(x)為成本子目標(biāo)函數(shù)；f₂(x)為供電可靠性及能量過剩子目標(biāo)函數(shù)；f₃(x)為供求平衡子目標(biāo)函數(shù)；x為配置變量，包括蓄電池能量、超級(jí)電容能量、蓄電池功率、超級(jí)電容功率；W_bat為蓄電池能量；W_bat為超級(jí)電容能量；P_bat為蓄電池功率；P_uc為超級(jí)電容功率；X為變量x的約束條件，包括蓄電池荷電狀態(tài)S_OC約束條件、超級(jí)電容端電壓V_OC約束條件和最大功率約束條件；λ₁、λ₂、λ₃分別為子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。

本實(shí)施例提供的分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法及裝置，由于根據(jù)所需用電信息、發(fā)電信息和提供的電信息基于預(yù)設(shè)配置目標(biāo)建立目標(biāo)優(yōu)化模型，并得到目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)應(yīng)的用于表征鋰電池和超級(jí)電容的容量的優(yōu)化參數(shù)，從而，優(yōu)化了分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)配置，提高了經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。

為延長鋰電池的使用壽命避免頻繁的充放電，本實(shí)施例公開了一種布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電方法，其中，分布式混合系統(tǒng)采用上述實(shí)施例配置方法配置而成，請(qǐng)參考圖4，充放電方法包括如下步驟：

步驟S1，獲取分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的參數(shù)。具體地，獲取分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)出功率P、負(fù)載的負(fù)載功率P1和超級(jí)電容的剩余電量百分比SOC。

步驟S2，分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)確定。本實(shí)施例中，根據(jù)發(fā)出功率P、負(fù)載功率P1和剩余電量百分比SOC確定分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在具體實(shí)施例中：

(1)當(dāng)發(fā)出功率P大于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC小于第一預(yù)設(shè)值(例如40％)時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行充電。

(2)當(dāng)發(fā)出功率P大于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC大于第一預(yù)設(shè)值(例如40％)時(shí)，則超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行充電。

(3)當(dāng)發(fā)出功率P小于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC大于第二預(yù)設(shè)值(例如70％)時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行放電。

(4)當(dāng)發(fā)出功率P小于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC小于第二預(yù)設(shè)值(例如70％)時(shí)，則由超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行放電。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行充電時(shí)，在平抑功率波動(dòng)時(shí)，超級(jí)電容吸收高頻的功率分量，鋰電池吸收低頻的功率分量；當(dāng)由超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行放電時(shí)，由超級(jí)電容和鋰電池共同承擔(dān)功率波動(dòng)，鋰電池補(bǔ)償?shù)皖l功率波動(dòng)，超級(jí)電容補(bǔ)償高頻功率波動(dòng)。需要說明的是，本實(shí)施例中的鋰電池也可以使用鉛酸電池。

需要說明的是，本實(shí)施例中，平抑發(fā)電系統(tǒng)波動(dòng)主要指平抑新能源發(fā)電系統(tǒng)波動(dòng)，如風(fēng)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)等。當(dāng)利用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑光伏功率時(shí)，理想的平抑效果是經(jīng)過混合儲(chǔ)能平抑之后的光伏發(fā)出的功率和期望輸出的功率一致，即光伏功率與期望輸出的功率差值，也就是儲(chǔ)能系統(tǒng)總功率中的高頻波動(dòng)部分和低頻波動(dòng)部分分別被鋰電池和超級(jí)電容吸收平抑。但是在實(shí)際運(yùn)行的過程中，由于有限的儲(chǔ)能容量及充放電功率的限制等因素，理想的平抑效果很難實(shí)現(xiàn)，通過確定合理的儲(chǔ)能容量達(dá)到最佳的優(yōu)化效果。

本實(shí)施例還公開了一種分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電裝置，其中，分布式混合系統(tǒng)采用上述實(shí)施例公開的裝置配置而成，該充放電裝置包括：系統(tǒng)參數(shù)獲取模塊和狀態(tài)確定模塊，其中，系統(tǒng)參數(shù)獲取模塊用于獲取分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)出功率P、負(fù)載的負(fù)載功率P1和超級(jí)電容的剩余電量百分比SOC；狀態(tài)確定模塊用于根據(jù)發(fā)出功率P、負(fù)載功率P1和剩余電量百分比SOC確定分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

在具體實(shí)施例中，狀態(tài)確定模塊用于：當(dāng)發(fā)出功率P大于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出功率P大于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)出功率P小于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC大于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容獨(dú)立進(jìn)行放電；當(dāng)發(fā)出功率P小于負(fù)載功率P1，且剩余電量百分比SOC小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則由超級(jí)電容和鋰電池共同進(jìn)行放電。

本實(shí)施例提供的分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電方法及裝置，由于根據(jù)發(fā)出功率、負(fù)載功率和剩余電量百分比確定分布式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在儲(chǔ)能系統(tǒng)頻繁的工作條件下，延長了鋰電池的使用壽命避免頻繁的充放電。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。