CN106451511A - 一种储能优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储能优化控制方法，涉及微电网技术领域，通过将储能的计划与实际相结合，使储能按照需求计划供应电能，保障负荷有可靠的电能供应。该方法包括：采集负荷总功率P_load和储能剩余容量Soc；预测光伏发电微电源供应功率P_pvi、风力发电微电源供应功率P_wgi、发电机微电源供应功率P_ggi和负荷所需功率P_Li；输入额定容量V₀、功率阈值P₀和偏差阈值δ；根据V₀、P₀、Soc和预测数据，计算参考值P_Ti；根据P_Ti和P₀，计算计划值P_i；根据P_load、P_Ti和P₀，计算实时值P_Ni；根据P_i、P_Ni和δ，确定下发的充放电功率P_BATi。该方法用于保障负荷有可靠的电能供应和储能经济运行。

Description

一种储能优化控制方法

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，尤其涉及一种储能优化控制方法。

背景技术

微电网***是一种将光伏发电微电源、风力发电微电源、发电机微电源、储能微电源以及末端负荷相结合的智能可控小型电网***。光伏发电和风力发电的广泛应用，虽然很大程度上缓解了能源紧缺的问题，但是光伏发电和风力发电受外界因素，如天气因素的影响较大，具有很强的不规律性以及波动性，这就不利于微电网***的稳定运行。由于微电网***中还包含有储能微电源，因而，可将储能微电源与光伏发电微电源、风力发电微电源和发电机微电源联合应用，在一定的储能容量配置下，实现对微电网***中光伏发电微电源和风力发电微电源的控制和调节，在一定程度上提高微电网***运行的稳定性。

目前，针对储能微电源的相关研究，大多是通过对微电网***中光伏发电微电源输出有功功率、风力发电微电源输出有功功率、储能微电源端电压以及储能微电源有功功率的实时数据监测，结合用户需求响应、平抑电网功率要求以及负荷的预测数据，对储能微电源进行控制，但这种控制方法并未针对满足用能需求量进行充电控制，以保证储能有满足用能需求的电量储备，也无法做到按照实时需求实现储能完全放电控制，储能***经济运行无法实现，同时也无法保障负荷具有可靠的电能供应。

发明内容

本发明提供了一种储能优化控制方法，通过光伏发电预测数据、风力发电预测数据、发电机微电源预测数据，制定储能充放电计划，通过储能微电源有功功率、剩余电量等实时数据的监测，对储能微电源充放电计划进行修正，使储能微电源按照需求计划存储与供应电能，保障负荷具有可靠的电能供应与储能经济运行的效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种储能优化控制方法，所述储能优化控制方法包括：

步骤S1：采集全部负荷的总功率P_load和储能剩余容量Soc；

步骤S2：预测峰值时间中各个时间段全部光伏发电微电源可供应的总功率P_pvi、全部风力发电微电源可供应的总功率P_wgi、全部发电机微电源可供应的总功率P_ggi以及全部负荷所需的总功率P_Li；其中，i＝1～k，k为峰值时间中时间段的总个数；

步骤S3：预先向数据库中输入储能约束条件数据；其中，所述储能约束条件数据包括储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀以及储能偏差阈值δ；

步骤S4：根据储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀、储能剩余容量Soc以及所预测的数据，计算峰值时间内各个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Ti；

步骤S5：根据储能微电源的充放电功率参考值P_Ti以及储能充放电功率阈值P₀，计算峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i；

步骤S6：根据全部负荷的总功率P_load、储能微电源的充放电功率参考值P_Ti以及储能充放电功率阈值P₀，计算峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni；

步骤S7：根据峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i、实时值P_Ni和储能偏差阈值δ，确定出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi。

采用本发明所提供的储能优化控制方法，基于对负荷所需电能、风力发电微电源、光伏发电微电源以及发电机微电源可供应的电能进行实时预测，制定出储能微电源在峰值时间内的充放电计划，根据峰值时间内各个时间段的储能微电源的储能充放电功率的计划值P_i、实时值P_Ni和储能偏差阈值δ，确定出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi，实现了将峰值时间内储能微电源的充放电计划与实际运行相结合。综上，采用本发明所提供的储能优化控制方法，在峰值时间内，通过实时调整储能充放电功率，从而保证储能微电源在峰值时间内能够按照需求计划存储与供应电能，保证负荷具有可靠的电能供应和储能微电源构成的储能***具有经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为“一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网***”的发明中所提供的微电网***的结构示意图一；

图2为“一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网***”的发明中所提供的微电网***的结构示意图二；

图3为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的流程图一；

图4为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的流程图二；

图5为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的流程图三；

图6为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的流程图四；

图7为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的流程图五；

图8为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的流程图六；

图9为本发明实施例所提供的储能优化控制方法的原理框图。

附图标记说明：

1-区块； 11-微电网供用能模块；

111-微电源单元； 1110-微电源；

1111-光伏发电微电源； 1112-风力发电微电源；

1113-发电机微电源； 1114-储能微电源；

112-负荷单元； 1120-负荷；

113-可控微电源开关； 114-可控负荷开关；

115-变压器； 116-可控电压开关；

117-并网/离网控制开关； 12-末端数据采集及控制模块；

121-微电源控制器； 122-第一负荷控制器；

123-第二负荷控制器； 124-数据采集监测单元；

13-网络管理单元； 2-微电网中央控制模块；

3-外部电网； 4-第三负荷控制器；

5-总数据采集监测单元； 6-总网络管理单元；

7-***端通讯变换器； 1'-参考值P_Ti计算单元；

2'-计划值P_i计算单元； 3'-实时值P_Ni计算单元；

4'-最终下发充放电功率P_BATi计算单元；

5'-储能逆变器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明实施例所提供的实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网控制方法基于与本发明同日递交的、发明名称为“一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网***”的发明。

如图1和图2所示，在“一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网***”中，微电网***包括至少一个区块1及与各区块相连的微电网中央控制模块2，区块1包括相连的微电网供用能模块11和末端数据采集及控制模块12；其中，微电网供用能模块11包括微电源单元111和负荷单元112，微电源单元111包括至少一个微电源1110，负荷单元112包括至少一个负荷1120。在微电网***处于并网状态时，微电网供用能模块11与外部电网3相连，在微电网***处于离网状态时，微电网供用能模块11与外部电网3断开。进一步的，该“一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网***”中，微电网供用能模块11还包括可控微电源开关113、可控负荷开关114、变压器115、可控电压开关116和并网/离网控制开关117；微电源单元111具体可包括光伏发电微电源1111、风力发电微电源1112、发电机微电源1113和储能微电源1114；末端数据采集及控制模块12具体包括微电源控制器121、第一负荷控制器122、第二负荷控制123和数据采集监测单元124。此外，微电网***还包括：第三负荷控制器4、总数据采集监测单元5、总网络管理单元6和***端通讯变换器7。

基于上述“一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网***”的结构，下面结合附图对本发明实施例所提供的储能优化控制方法进行详细介绍。

如图3所示，本实施例提供了一种储能优化控制方法，该储能优化控制方法具体包括：

步骤S1：采集全部负荷的总功率P_load和储能剩余容量Soc。

步骤S2：预测峰值时间中各个时间段全部光伏发电微电源可供应的总功率P_pvi、全部风力发电微电源可供应的总功率P_wgi、全部发电机微电源可供应的总功率P_ggi以及全部负荷所需的总功率P_Li；其中，i＝1～k，k为峰值时间中时间段的总个数。

步骤S3：预先向数据库中输入储能约束条件数据；其中，储能约束条件数据包括储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀以及储能偏差阈值δ。

步骤S4：根据储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀、储能剩余容量Soc以及所预测的数据，计算峰值时间内各个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Ti。

步骤S5：根据储能微电源的充放电功率参考值P_Ti以及储能充放电功率阈值P₀，计算峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i。

步骤S6：根据全部负荷的总功率P_load、储能微电源的充放电功率参考值P_Ti以及储能充放电功率阈值P₀，计算峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni。

步骤S7：根据峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i、实时值P_Ni和储能偏差阈值δ，确定出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi。

采用本实施例所提供的储能优化控制方法，基于对负荷所需电能、风力发电微电源、光伏发电微电源以及发电机微电源可供应的电能进行实时预测，制定出储能微电源在峰值时间内的充放电计划，根据峰值时间内各个时间段的储能微电源的储能充放电功率的计划值P_i、实时值P_Ni和储能偏差阈值δ，确定出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi，实现了将峰值时间内储能微电源的充放电计划与实际运行相结合。综上，采用本实施例所提供的储能优化控制方法，峰值时间内，通过实时调整储能微电源的充放电功率，从而保证储能微电源在峰值时间内能够按照需求计划供应电能，进而保证负荷具有可靠的电能供应和储能具有经济效益。

需要说明的是，步骤S2中所提及的发电机微电源是指微电网***中，除光伏发电微电源、风力发电微电源和储能微电源以外的其他发电机微电源，具体可包括柴油发电机微电源、燃气发电机微电源等。

如图4所示，步骤S4具体包括：

步骤S41：通过公式(1)计算市电功率P_pli。

P_pli＝P_Li-P_pvi-P_wgi-P_ggi (1)

步骤S42：通过公式(2)计算综合负荷平均功率

步骤S43：通过公式(3)得出中间功率值P_ti。

其中，t为峰值时间第i个时间段的时长。

步骤S44：比较中间功率值P_ti与储能充放电功率阈值P₀，若P_ti≥P₀，则令所述峰值时间第i个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Ti＝P₀；若P_ti<P₀，则令P_Ti＝P_ti。

通过上述计算，可分别得出不同条件下储能微电源的充放电功率参考值P_Ti所对应的数值，进而为计算峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的计划值P_i提供一个准确的充放电功率参考值。

如图5所示，步骤S5具体包括：

步骤S51：计算市电功率P_pli与综合负荷平均功率之间的差值P_ni，若P_ni<0，则令峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的计划值P_i＝P_Ti；若P_ni≥0，则进入步骤S52。

步骤S52：比较P_ni与储能充放电功率阈值P₀，若P_ni≥P₀，则令P_i＝P₀；若P_ni<P₀，则进入步骤S53。

步骤S53：比较P_ni与P_Ti，若P_ni>P_Ti，则令P_i＝P_ni；若P_ni≤P_Ti，则令P_i＝P_Ti。

通过上述计算，可分别得出不同条件下的峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的计划值P_i所对应的数值，即制定出了储能微电源在峰值时间内的充放电计划。

如图6所示，步骤S6具体包括：

步骤S61：计算全部负荷的总功率P_load与综合负荷平均功率的差值P_mi，若P_mi<0，则令峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni＝P_Ti；若P_m≥0，则进入步骤S62。

步骤S62：比较P_mi与储能充放电功率阈值P₀，若P_mi≥P₀，则令P_Ni＝P₀；若P_mi<P₀，则进入步骤S63。

步骤S63：比较P_mi与P_Ti，若P_mi≥P_Ti，则令P_Ni＝P_mi；若P_ni<P_Ti，则令P_Ni＝P_Ti。

通过上述计算，可分别得出不同条件下的峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni所对应的数值。

如图7所示，步骤S7具体包括：

步骤S71：通过公式(4)计算计划值P_i和实时值P_Ni之间的偏差Δ_i。

步骤S72：比较偏差Δ_i与储能偏差阈值δ，若Δ_i≥δ，则令微电网***在峰值时间第i个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi＝P_Ni；若Δ_i<δ，则令P_BATi＝P_i。

将储能微电源的储能充放电功率的计划值P_i和实时值P_Ni相结合，并根据二者之间的偏差Δ_i与储能偏差阈值δ的大小关系，确定出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi。即，在峰值时间内，通过将储能微电源的充放电计划与实际运行相结合，使微电网***下发合理的储能微电源的充放电功率值，从而保证储能微电源在峰值时间内能够按照需求供应电能，进而保证负荷具有可靠的电能供应。

需要说明的是，通过步骤S4～S7计算微电网***最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi时，可采用i＝i+1，逐次循环计算的方式，依次得到P_BAT1、P_BAT2、…、P_BATk的数值。

由于一天中峰值时间内负荷所需电能较多，因而需要基于对负荷所需电能、风力发电微电源、光伏发电微电源以及发电机微电源可供应的电能进行实时预测，使储能微电源合理的充放电，保障负荷有可靠稳定的电能供应。而谷值时间负荷所需电能较少，仅需利用峰值时间储能微电源所剩余的电能，即可满足负荷需求，因此，谷值时间无需再进行负荷所需电能、风力发电微电源、光伏发电微电源以及发电机微电源可供应的电能的实时预测，只需根据峰值时间储能微电源所剩余的电能，判断出微电网***在谷值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_j。

本实施例所提供的储能优化控制方法还包括：

步骤S8：根据储能额定容量V₀、储能剩余容量Soc以及峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i，计算微电网***在谷值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_j。

如图8所示，步骤S8具体包括：

步骤S81：通过公式(5)计算峰值时间储能电量需量V。

其中，t为峰值时间内第i个时间段的时长，峰值时间储能电量需量V表征峰值时间储能微电源所剩余的，需要提供给谷值时间的电能。

步骤S82：通过公式(6)计算谷值时间内各个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Hj。

其中，j＝1～J，J为谷值时间中时间段的总个数。

步骤S83：比较P_Hj与-P₀，若P_Hj<-P₀，则令微电网***在谷值时间第j个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_j＝-P₀；若P_Hj≥-P₀，则令P_j＝-P_Hj。

通过上述计算，可分别得出不同条件下的谷值时间第j个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率Pj所对应的数值。根据一天中峰谷平不同电价时段，通过峰值时间放电，谷值时间充电，可达到削峰填谷的技术效果，同时还能保证一定的经济收益。

结合图9所示的原理框图，可更清楚地对本实施例所提供的储能优化控制方法进行说明。

向参考值P_Ti计算单元1'中输入储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀、储能剩余容量Soc以及预测出的峰值时间中各个时间段全部光伏发电微电源可供应的总功率P_pvi、全部风力发电微电源可供应的总功率P_wgi、全部发电机微电源可供应的总功率P_ggi和全部负荷所需的总功率P_Li，利用参考值P_Ti计算单元1'计算并输出峰值时间内各个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Ti。

将参考值P_Ti计算单元1'输出的充放电功率参考值P_Ti作为计划值P_i计算单元2'的输入，并向计划值P_i计算单元2'输入储能充放电功率阈值P₀，利用计划值P_i计算单元2'计算并输出峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i。

将参考值P_Ti计算单元1'输出的充放电功率参考值P_Ti作为实时值P_Ni计算单元3'的输入，并向实时值P_Ni计算单元3'输入全部负荷的总功率P_load以及储能充放电功率阈值P₀，利用实时值P_Ni计算单元3'计算并输出峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni。

将计划值P_i计算单元2'输出的计划值P_i和实时值P_Ni计算单元3'输出的实时值P_Ni作为最终下发充放电功率P_BATi计算单元4'的输入，并向最终下发充放电功率P_BATi计算单元4'输入储能偏差阈值δ，利用最终下发充放电功率P_BATi计算单元4'计算并输出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi。最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi经过储能逆变器5'的调节和控制，作为微电网***中的负荷的电能供应。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种储能优化控制方法，其特征在于，所述储能优化控制方法包括：

步骤S1：采集全部负荷的总功率P_load和储能剩余容量Soc；

步骤S2：预测峰值时间中各个时间段全部光伏发电微电源可供应的总功率P_pvi、全部风力发电微电源可供应的总功率P_wgi、全部发电机微电源可供应的总功率P_ggi以及全部负荷所需的总功率P_Li；其中，i＝1～k，k为峰值时间中时间段的总个数；

步骤S3：预先向数据库中输入储能约束条件数据；其中，所述储能约束条件数据包括储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀以及储能偏差阈值δ；

步骤S4：根据储能额定容量V₀、储能充放电功率阈值P₀、储能剩余容量Soc以及所预测的数据，计算峰值时间内各个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Ti；

步骤S5：根据储能微电源的充放电功率参考值P_Ti以及储能充放电功率阈值P₀，计算峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i；

步骤S6：根据全部负荷的总功率P_load、储能微电源的充放电功率参考值P_Ti以及储能充放电功率阈值P₀，计算峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni；

步骤S7：根据峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i、实时值P_Ni和储能偏差阈值δ，确定出微电网***在峰值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi。

2.根据权利要求1所述的储能优化控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41：通过公式(1)计算市电功率P_pli；

P_pli＝P_Li-P_pvi-P_wgi-P_ggi (1)

步骤S42：通过公式(2)计算综合负荷平均功率

${\stackrel{\&OverBar;}{P}}_L=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}{P}_{pli}---\left(2\right)$

步骤S43：通过公式(3)得出中间功率值P_ti；

$P_{ti}=\frac{Soc\&times;V_0}{k\&times;t}---\left(3\right)$

其中，t为峰值时间第i个时间段的时长；

步骤S44：比较中间功率值P_ti与储能充放电功率阈值P₀，若P_ti≥P₀，则令所述峰值时间第i个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Ti＝P₀；若P_ti<P₀，则令P_Ti＝P_ti。

3.根据权利要求2所述的储能优化控制方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

步骤S51：计算市电功率P_pli与综合负荷平均功率之间的差值P_ni，若P_ni<0，则令峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的计划值P_i＝P_Ti；若P_ni≥0，则进入步骤S52；

步骤S52：比较P_ni与储能充放电功率阈值P₀，若P_ni≥P₀，则令P_i＝P₀；若P_ni<P₀，则进入步骤S53；

步骤S53：比较P_ni与P_Ti，若P_ni>P_Ti，则令P_i＝P_ni；若P_ni≤P_Ti，则令P_i＝P_Ti。

4.根据权利要求2所述的储能优化控制方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

步骤S61：计算全部负荷的总功率P_load与综合负荷平均功率的差值P_mi，若P_mi<0，则令峰值时间第i个时间段的储能充放电功率的实时值P_Ni＝P_Ti；若P_m≥0，则进入步骤S62；

步骤S62：比较P_mi与储能充放电功率阈值P₀，若P_mi≥P₀，则令P_Ni＝P₀；若P_mi<P₀，则进入步骤S63；

步骤S63：比较P_mi与P_Ti，若P_mi≥P_Ti，则令P_Ni＝P_mi；若P_ni<P_Ti，则令P_Ni＝P_Ti。

5.根据权利要求1所述的储能优化控制方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

步骤S71：通过公式(4)计算计划值P_i和实时值P_Ni之间的偏差Δ_i；

${\mathrm{\&Delta;}}_i=\left|\frac{P_i-P_{Ni}}{P_i}\right|---\left(4\right)$

步骤S72：比较偏差Δ_i与储能偏差阈值δ，若Δ_i≥δ，则令微电网***在峰值时间第i个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_BATi＝P_Ni；若Δ_i<δ，则令P_BATi＝P_i。

6.根据权利要求1所述的储能优化控制方法，其特征在于，所述储能优化控制方法还包括：

步骤S8：根据储能额定容量V₀、储能剩余容量Soc以及峰值时间内各个时间段的储能充放电功率的计划值P_i，计算微电网***在谷值时间内各个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_j。

7.根据权利要求6所述的储能优化控制方法，其特征在于，所述步骤S8包括：

步骤S81：通过公式(5)计算峰值时间储能电量需量V；

$V=\underset{i=1}{\overset{k}{\&Sigma;}}(P_i\&times;t)---\left(5\right)$

其中，t为峰值时间内第i个时间段的时长；

步骤S82：通过公式(6)计算谷值时间内各个时间段的储能微电源的充放电功率参考值P_Hj；

$P_{Hj}=\frac{Soc*V_0-V}{j}---\left(6\right)$

其中，j＝1～J，J为谷值时间中时间段的总个数；

步骤S83：比较P_Hj与-P₀，若P_Hj<-P₀，则令微电网***在谷值时间第j个时间段最终下发的储能微电源的充放电功率P_j＝-P₀；若P_Hj≥-P₀，则令P_j＝-P_Hj。