本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池容量選配技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于光儲(chǔ)型混合能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池容量選配方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中光儲(chǔ)型混合能源系統(tǒng)由光伏電池系統(tǒng)、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)載組成。其中，光伏電池系統(tǒng)由光伏陣列依次串接最大功率點(diǎn)跟蹤控制器和功率變換器后并入交流母線，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由多個(gè)蓄電池組串接儲(chǔ)能雙向變流器構(gòu)成并入交流母線，用以平抑光伏功率波動(dòng)在并網(wǎng)時(shí)的不利影響。光伏電池系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)公共母線經(jīng)變換器共同給負(fù)載供電。

光儲(chǔ)型混合能源系統(tǒng)中由于光伏發(fā)電易受環(huán)境影響，其發(fā)電功率具有很大的波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性，其對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和負(fù)荷的有效工作將造成很大影響。為了平滑光伏系統(tǒng)出力的波動(dòng)性，保障系統(tǒng)的供電可靠性，配以一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)。因此如何選取儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，如何對(duì)儲(chǔ)能電池容量選配優(yōu)化，是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種用于光儲(chǔ)混合能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池容量選配方法，建立不同工況下儲(chǔ)能電池容量模型，對(duì)光伏電池的供電功率和蓄電池的充放電實(shí)施調(diào)控。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于光儲(chǔ)混合能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池容量選配方法，其特征是，設(shè)立反應(yīng)不同工況特征的光伏供電及蓄電池充放電調(diào)整系數(shù)，在不同工況下依據(jù)調(diào)整系數(shù)對(duì)光伏供電功率和蓄電池的充放電進(jìn)行調(diào)控，計(jì)算出不同工況下的儲(chǔ)能電池容量配置數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)投資考慮來(lái)綜合權(quán)衡以確定系統(tǒng)儲(chǔ)能電池的容量。

已知蓄電池初始儲(chǔ)能量C(t)為：

C(t)＝C(t-1)(1-δ)+P_bat2(t)η_cΔt-P_bat3(t)η_dΔt

其中，C(t)和C(t-1)分別是蓄電池t時(shí)刻和t-1時(shí)刻的初始容量(單位為kW min)，δ是自放電電流率；P_bat2(t)是蓄電池t時(shí)刻的放電功率；P_bat3(t)是蓄電池t時(shí)刻的充電功率；η_c是蓄電池充電效率；η_d是蓄電池放電效率；Δt為采樣間隔。

蓄電池充電時(shí)的功率P_bat3(t)為：

P_bat3(t)＝D₃(t)P_pv1(t)

其中：D₃(t)為t時(shí)刻光伏電池為蓄電池充電提供有功功率的調(diào)整系數(shù)；P_pv1(t)為t時(shí)刻光伏電池可提供的最大有功功率。

光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)實(shí)際供給負(fù)載的總的有功功率P_total(t)為：

其中：P_total(t)為t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的實(shí)際總的有功功率；P_pv(t)為t時(shí)刻光伏電池給負(fù)載提供的有功功率；P_bat2(t)為t時(shí)刻蓄電池給負(fù)載提供的有功功率(即為t時(shí)刻蓄電池的放電功率)；P_pv1(t)為t時(shí)刻光伏電池可提供的最大有功功率；P_bat1(t)為t時(shí)刻蓄電池可提供的最大有功功率；D₁(t)為t時(shí)刻光伏電池給負(fù)載提供的有功功率的調(diào)整系數(shù)；D₂(t)為t時(shí)刻蓄電池給負(fù)載提供的有功功率調(diào)整系數(shù)。

定義負(fù)載所需的有功功率缺額ΔP(t)為：

ΔP(t)＝P_pv1(t)-P_L(t)

其中：ΔP(t)為t時(shí)刻負(fù)載功率缺額；P_pv1(t)為t時(shí)刻光伏電池可提供的最大有功功率；P_L(t)為t時(shí)刻負(fù)載所需的有功功率。

計(jì)算t時(shí)刻調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量C(t+1)。調(diào)整系數(shù)的大小由負(fù)載功率缺額與系統(tǒng)可提供的功率決定，系統(tǒng)可提供的功率隨工作模式不同而變化。

在整個(gè)能量匹配過(guò)程中，當(dāng)混合供電系統(tǒng)的實(shí)際總有功功率P_total(t)等于負(fù)載所需功率P_L(t)時(shí)，則表明光儲(chǔ)混合能源系統(tǒng)能夠滿足負(fù)載所需功率要求，所選擇的儲(chǔ)能電池容量能夠滿足系統(tǒng)的供電需求。

根據(jù)負(fù)載功率缺額ΔP(t)，將光儲(chǔ)能量匹配過(guò)程分為以下三種情況：

情況一：負(fù)載功率缺額ΔP(t)＞0，即光伏電池能夠提供的功率大于負(fù)載所需功率，在根據(jù)蓄電池的儲(chǔ)電量情況分為兩種情況：

①光伏電池單獨(dú)給負(fù)載供電

蓄電池儲(chǔ)電量C(t)達(dá)到最大值C_max，光伏電池僅為負(fù)載提供能量，蓄電池既不充電也不放電，則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算公式如下：

其中D₂(t)、D₃(t)值為0，表征了光伏單獨(dú)給負(fù)載供電工況，D₁(t)值由負(fù)載功率缺額與光伏提供的功率決定；

②光伏電池給負(fù)載和蓄電池供電

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)電量C(t)未達(dá)到最大值C_max時(shí)，光伏電池不僅為負(fù)載提供能量而且為蓄電池充電提供能量，直到蓄電池儲(chǔ)電量達(dá)到最大值C_max時(shí)，光伏電池改為僅為負(fù)載提供能量，即情況①。則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和第(t+1)min蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算公式如下：

其中，P_batmax表示充電最大限制功率，D₂(t)值為0表征了光伏給負(fù)載與電池同時(shí)供電工況。

情況二：負(fù)載功率缺額ΔP(t)＝0，光伏電池能夠提供的功率等于負(fù)載所需功率，即光伏電池僅給負(fù)載供電

光伏電池最大有功功率等于負(fù)載所需功率時(shí)，光伏電池發(fā)電量剛好滿足負(fù)載需求，沒(méi)有多余能量，因此只要將能量提供給負(fù)載即可，蓄電池即不充電也不放電，則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算公式如下：

情況三：負(fù)載功率缺額ΔP(t)＜0，光伏電池能夠提供的功率小于負(fù)載所需功率，應(yīng)根據(jù)蓄電池的儲(chǔ)電量判斷是否達(dá)到蓄電池放電條件，因此可分為兩種情況：

①光伏電池和蓄電池聯(lián)合給負(fù)載供電

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)電量大于最小值C_min時(shí)，光伏電池為負(fù)載提供能量同時(shí)蓄電池也為負(fù)載提供能量，直到蓄電池儲(chǔ)電量小于最小值C_min時(shí)，光伏電池和蓄電池都不為負(fù)載提供能量，即下一種情況②。則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算方法如下：

其中，僅D₃(t)為0表明電池不充電，電池和光伏聯(lián)合給負(fù)載供電；

②光伏電池僅給蓄電池供電

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)電量小于最小值C_min時(shí)，光伏電池和蓄電池都不為負(fù)載提供能量，光伏電池僅為蓄電充電提供電能，不為負(fù)載供電提供能量，直到滿足負(fù)載用電需求或儲(chǔ)能模塊(蓄電池)充電達(dá)到飽和狀態(tài)。則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算方法如下：

根據(jù)負(fù)載功率缺額將光儲(chǔ)能量匹配系統(tǒng)分為不同的情況，研究不同工況下的儲(chǔ)能電池容量配置數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)投資考慮來(lái)綜合權(quán)衡以確定系統(tǒng)儲(chǔ)能電池的容量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：建立不同工況下儲(chǔ)能電池容量模型，依據(jù)光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)對(duì)光伏電池的供電功率和蓄電池的充放電實(shí)施調(diào)控。計(jì)算滿足各種工況儲(chǔ)能電池容量，進(jìn)而完成儲(chǔ)能電池容量的最優(yōu)配置。通過(guò)容量的合理選配，能夠提高系統(tǒng)的供電可靠性，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命和減少電池的充放電次數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法的處理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的一種用于光儲(chǔ)混合能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池容量選配建模方法，以負(fù)載功率缺額ΔP(t)，電池初始儲(chǔ)能量C(t)和光伏電池的有功功率P_pv(t)為容量選配過(guò)程中的判斷條件。

步驟S1，計(jì)算負(fù)載所需的有功功率缺額ΔP(t)為：

ΔP(t)＝P_pv1(t)-P_L(t)

步驟S2，計(jì)算蓄電池初始儲(chǔ)能量C(t)為：

C(t)＝C(t-1)(1-δ)+P_bat2(t)η_cΔt-P_bat3(t)η_dΔt

蓄電池充電時(shí)的功率P_bat3(t)為：

P_bat3(t)＝D₃(t)P_pv1(t)

步驟S3，計(jì)算光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的實(shí)際供給負(fù)載的總的有功功率P_total(t)為：

在整個(gè)能量匹配過(guò)程中，當(dāng)混合供電系統(tǒng)的實(shí)際總有功功率P_total(t)等于t時(shí)刻負(fù)載所需功率P_L(t)時(shí)，則表明光儲(chǔ)混合能源系統(tǒng)能夠滿足負(fù)載所需功率要求，所選擇的儲(chǔ)能電池容量能夠滿足系統(tǒng)的供電需求。

計(jì)算t時(shí)刻光伏供電及蓄電池充放電調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量。調(diào)整系數(shù)的大小由負(fù)載功率缺額與系統(tǒng)可提供的功率決定，系統(tǒng)可提供的功率隨工作模式不同而變化。

步驟S4，根據(jù)負(fù)載功率缺額ΔP(t)，可將光儲(chǔ)能量匹配系統(tǒng)分為不同的情況，分別建立數(shù)學(xué)模型，研究不同工況下的儲(chǔ)能電池容量配置，結(jié)合經(jīng)濟(jì)投資考慮來(lái)綜合權(quán)衡以確定系統(tǒng)儲(chǔ)能電池的容量。

情況一：負(fù)載功率缺額ΔP(t)＞0，即光伏電池能夠提供的功率大于負(fù)載所需功率，在根據(jù)蓄電池的儲(chǔ)電量情況分為兩種情況：

①光伏電池單獨(dú)給負(fù)載供電

蓄電池儲(chǔ)電量C(t)達(dá)到最大值C_max，光伏電池僅為負(fù)載提供能量，蓄電池既不充電也不放電，則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算公式如下：

其中D₂(t)、D₃(t)值為0，表征了光伏單獨(dú)給負(fù)載供電工況，D₁(t)值由負(fù)載功率缺額與光伏提供的功率決定；

②光伏電池給負(fù)載和蓄電池供電

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)電量C(t)未達(dá)到最大值C_max時(shí)，光伏電池不僅為負(fù)載提供能量而且為蓄電池充電提供能量，直到蓄電池儲(chǔ)電量達(dá)到最大值C_max時(shí)，光伏電池改為僅為負(fù)載提供能量，即情況①。則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和第(t+1)min蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算公式如下：

其中，P_batmax表示充電最大限制功率，D₂(t)值為0表征了光伏給負(fù)載與電池同時(shí)供電工況。

情況二：負(fù)載功率缺額ΔP(t)＝0，光伏電池最大有功功率等于負(fù)載所需功率，即光伏電池僅給負(fù)載供電

光伏電池有功功率等于負(fù)載所需功率時(shí)，光伏電池發(fā)電量剛好滿足負(fù)載需求，沒(méi)有多余能量，因此只要將能量提供給負(fù)載即可，蓄電池即不充電也不放電，則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算公式如下：

情況三：負(fù)載功率缺額ΔP(t)＜0，光伏電池最大有功功率小于負(fù)載所需功率，應(yīng)根據(jù)蓄電池的儲(chǔ)電量判斷是否達(dá)到蓄電池放電條件，因此可分為兩種情況：

①光伏電池和蓄電池聯(lián)合給負(fù)載供電

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)電量大于最小值C_min時(shí)，光伏電池為負(fù)載提供能量同時(shí)蓄電池也為負(fù)載提供能量，直到蓄電池儲(chǔ)電量小于最小值C_min時(shí)，光伏電池和蓄電池都不為負(fù)載提供能量，即下一種情況②。則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算方法如下：

其中，僅D₃(t)為0表明電池不充電，電池和光伏聯(lián)合給負(fù)載供電；

②光伏電池僅給蓄電池供電

當(dāng)蓄電池儲(chǔ)電量小于最小值C_min時(shí)，光伏電池和蓄電池都不為負(fù)載提供能量，光伏電池僅為蓄電充電提供電能，不為負(fù)載供電提供能量，直到滿足負(fù)載用電需求或儲(chǔ)能模塊(蓄電池)充電達(dá)到飽和狀態(tài)。則t時(shí)刻光儲(chǔ)聯(lián)合供電系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)D₁(t)、D₂(t)、D₃(t)和蓄電池儲(chǔ)電量計(jì)算方法如下：

基于以上能量匹配調(diào)度策略(根據(jù)負(fù)載功率缺額ΔP(t)將光儲(chǔ)能量匹配系統(tǒng)分為不同的情況)，研究不同工況下的儲(chǔ)能電池容量配置數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)投資考慮來(lái)綜合權(quán)衡以確定系統(tǒng)儲(chǔ)能電池的容量。

為了驗(yàn)證本方法在儲(chǔ)能電池容量選配中的應(yīng)用，依據(jù)算法流程在Matlab/simulink仿真環(huán)境下可快速建立計(jì)算模型。在仿真過(guò)程中，假設(shè)系統(tǒng)中光伏電池提供最大有功功率和負(fù)載所需功率是相同的條件下，選用不同容量的蓄電池進(jìn)行仿真分析。

經(jīng)仿真分析得出，在長(zhǎng)期連續(xù)工作和同一時(shí)刻光伏電池提供最大有功功率和負(fù)載所需功率是相同的情況下，給系統(tǒng)配備不同容量的蓄電池，當(dāng)選配容量較大的蓄電池時(shí)，蓄電池的充電次數(shù)將變少，電池的壽命將會(huì)越長(zhǎng)。

在現(xiàn)有技術(shù)中已知，同種類型的蓄電池，體積越大，質(zhì)量越大，容量也越大，因此從供電可靠性角度，選用大容量的蓄電池。同時(shí)，在光伏電池和負(fù)載相同的情況下，容量越大，儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命越長(zhǎng)。但是，儲(chǔ)能電池容量越大，系統(tǒng)所需成本越高，不滿足經(jīng)濟(jì)性。

在條件容許的情況下盡可能地保證系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)滿足負(fù)載需求和太陽(yáng)能的充分利用，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)容量與成本，同時(shí)盡量?jī)?yōu)先利用光伏供電，減小儲(chǔ)能電池的充放電次數(shù)，提高了儲(chǔ)能電池的使用壽命。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。