CN110350579A - 一种可实现光伏出力平滑的多储能电池操作模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动调节实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，综合考虑不同种类储能电池的额定容量、充放电倍率、循环次数、充放电效率、使用年限等性能，以实现光伏废弃率最低，储能电池使用年限最长、平滑输出为目的，建立多电池储能***的动态操作模型，自动解模并实时分配于不同种类储能电池充放电功率，调度储能电池进行充放电工作，调节光伏出力平滑。本发明降低了光伏出力的波动性，保证光伏出力曲线平滑输出，避免了人为干预调节，自动调节，降低了电量废弃，提高了储能电池使用年限，实现经济性最优。

Description

一种可实现光伏出力平滑的多储能电池操作模型

技术领域

本发明涉及一种可自动调节实现光伏出力平滑的多储能电池操作模型，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

随着新能源太阳能发电的大力普及与发展，光伏发电在电网中的渗透率不断增加，光伏功率的随机波动特性对电网调度、运行的负面影响日益显著，尤其当光伏发电大量并网时，特别是西北地区，将严重影响并危害电网的安全性和稳定性。因此，有必要采取一定的技术措施改善光伏发电功率的随机波动特性。在并网光伏***中，运用储能技术可以有效地实现用户需求侧管理，消除昼夜峰谷差，平滑负荷，降低供电成本；促进可再生能源的利用，提高电网***运行的稳定性并提高电网电能质量。

“光伏+储能”模式是现在解决光伏功率波动性，消除昼夜峰谷差，平滑负荷，降低供电成本的有效措施之一。但是针对于光伏电站配备的储能***，如何应用储能***实现目的同时考虑到储能电池的寿命、光伏弃电率等问题是急需解决的问题。储能电池，主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池，包括锂电池和液体电池。光伏出力曲线，指的是光伏电站发电实时输出功率曲线，特点是随着天气的变换而呈现较大的波动性。平滑输出，指的是光伏出力曲线在受外界(天气)影响的条件下通过储能电池调节可以避免波动，实现平滑输出。

现有的储能***多为配备同一种储能电池***，调度模型只需要考虑储能***PCS额定功率值平均分配进行充放电操作。目前，针对光伏电站配置多种类储能电池***几乎没有，针对多种类储能电池如何调度以实现光伏功率平滑输出、光伏废弃率最低，储能电池使用年限最长是现在急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何在平滑输出场景下使多种类储能电池自动调节以达到光伏出力曲线平滑、储能电池使用年限最长、光伏废弃率最低为目的的调度问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种可实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，其特征在于，具体如下：

目标函数：模型通过优化储能电池的调度，使得光伏废弃率最低，即：

约束条件如下：

功率平衡：任何时刻剩余的光伏***的发电功率和交流储能电池的放电功率之和应等于交流储能电池的充电功率、剩余光伏的有效发电量与其废弃量之和，即：

式中，I为交流储能电池模块集合；J表示除去直流储能***内的光伏子阵后剩余的光伏子阵集合；N为直流***的模块集合；P_pv,j(t)表示编号为j的光伏子阵发电量；P_i ⁱⁿ(t)和P_i ^out(t)分别是编号为i的交流储能电池模块的充电和放电功率；η_ac,i表示编号i的交流储能电池模块的放电效率；λ_ac,i表示编号i的交流储能电池模块的充电效率；P_ac(t)是混合供电***向电网的供电量；P_pw(t)是剩余光伏子阵的废弃量；

平滑约束：对于整体的混合供电***，任意时刻交流***向电网供电量的变化速率ΔP_ac(t)不超过10％光伏发电站装机容量/min，得到：

P_ac(t+1)＝P_ac(t)+ΔP_ac(t),t∈T 式(3)；

-C_pv,a×10％≤ΔP_ac(t)≤C_pv,a×10％,t∈T 式(4)；

其中，C_pv,a代表交流***的光伏发电站装机容量；

储能电池子***约束：任意一组储能电池在t时刻的剩余电量B_m(t)可表示为

其中，M表示所有种类储能电池的集合，包含集合I和N；

第m组储能电池在任何时刻的电量需满足：

SOC_min,mC_a,m≤B_m(t)≤SOC_max,mC_a,m 式(6)；

B_m(t)≤C_a,m(S_m-Q_loss,m(t)) 式(7)；

式中，SOC_min,m为第m个储能电池组最小的荷电状态；SOC_max,m为第m个储能电池组最大的荷电状态；C_a,m为第m个储能电池组的额定容量；S_m为第m个储能电池组初始的容量保持率；

任意时刻任意一组储能电池充放电功率的上下限应满足：

式中，P_m ^in,min和P_m ^out,min分别表示第m个储能电池组的充、放电功率下限，P_m ^nom为第m个储能电池组的额定功率；

储能***充放电状态约束：考虑到电池的安全性，同一组电池的充放电操作是相互排斥的，同一组电池在同一时段不能同时充电和放电，即：

其中，z_m ⁱⁿ(t)和z_m ^out(t)分别为二元变量；

储能电池的容量衰退：锂电池容量衰退受温度T、荷电状态SOC、ΔSOC、放电深度d、充放电电流、充电终止电压和放电终止电压以及充电方式等因素影响，无论直流储能电池还是交流储能电池，任意时刻其容量衰退率可表示为：

Q_tot,m(t)＝Q_cal,m(t)+Q_cyc,m(t) 式(15)；

其中，Q_cal,m(t)为第m个储能电池组在t时段的日历寿命衰退率；Q_cyc,m(t)为第m个储能电池组在t时段的循环寿命衰退率；Q_tot,m(t)为第m个储能电池组在t时段总的容量衰退率；Life_cal,m表示第m个储能电池组总的日历寿命，Life_cyc,m表示第m个储能电池组总的循环次数；C_max,m表示第m个储能电池组的初始容量；

由于储能电池容量衰退至其标准容量的80％则需更换，因此第m个储能电池组在t时段相对于整个电池寿命总的容量衰退率Q_loss,m(t)：

Q_loss,m(t)＝q_m*Q_total,m(t) 式(15)；

其中，q_m为第m个储能电池组直至退役衰退的容量比。

2.如权利要求1所述的可实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，其特征在于，所述模型的实现方式为：

步骤1)：实时采集输入“光伏与储能***”内每个子阵发电功率、储能电池SOC状态及电池容量的衰减率、上一时刻时刻输出到电网功率；

步骤2)：通过已建立的模型自动进行计算并实时分配不同储能电池充放电功率；

步骤3)：通过上一步已分配于不同储能电池充放电功率自动调度储能电池进行充放电工作，实现光伏出力曲线平滑输出。

本发明提供的可自动调节实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，综合考虑不同种类储能电池的额定容量、充放电倍率、循环次数、充放电效率、使用年限等性能，以实现光伏废弃率最低，储能电池使用年限最长、平滑输出为目的，建立多电池储能***的动态操作模型，自动解模并实时分配于不同种类储能电池充放电功率，调度储能电池进行充放电工作，调节光伏出力平滑。

本发明降低了光伏出力的波动性，保证光伏出力曲线平滑输出；并结合不同种类储能电池的额定容量、充放电倍率、循环次数、充放电效率、使用年限等性能，最终实现光伏废弃率最低，储能电池使用年限最长，建立多电池储能***的动态操作策略；避免了人为干预调节，自动调节，降低了电量废弃，提高了储能电池使用年限，实现经济性最优。

附图说明

图1为光伏与储能之间调度的流程图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

一种可实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，其特征在于，具体如下：

目标函数：模型通过优化储能电池的调度，使得光伏废弃率最低，即：

约束条件如下：

功率平衡：任何时刻剩余的光伏***的发电功率和交流储能电池的放电功率之和应等于交流储能电池的充电功率、剩余光伏的有效发电量与其废弃量之和，即：

式中，I为交流储能电池模块集合；J表示除去直流储能***内的光伏子阵后剩余的光伏子阵集合；N为直流***的模块集合；P_pv,j(t)表示编号为j的光伏子阵发电量；P_i ⁱⁿ(t)和P_i ^out(t)分别是编号为i的交流储能电池模块的充电和放电功率；η_ac,i表示编号i的交流储能电池模块的放电效率；λ_ac,i表示编号i的交流储能电池模块的充电效率；P_ac(t)是混合供电***向电网的供电量；P_pw(t)是剩余光伏子阵的废弃量；

平滑约束：对于整体的混合供电***，任意时刻交流***向电网供电量的变化速率ΔP_ac(t)不超过10％光伏发电站装机容量/min，得到：

P_ac(t+1)＝P_ac(t)+ΔP_ac(t),t∈T 式(3)；

-C_pv,a×10％≤ΔP_ac(t)≤C_pv,a×10％,t∈T 式(4)；

其中，C_pv,a代表交流***的光伏发电站装机容量；

储能电池子***约束：任意一组储能电池在t时刻的剩余电量B_m(t)可表示为

其中，M表示所有种类储能电池的集合，包含集合I和N；

第m组储能电池在任何时刻的电量需满足：

SOC_min,mC_a,m≤B_m(t)≤SOC_max,mC_a,m 式(6)；

B_m(t)≤C_a,m(S_m-Q_loss,m(t)) 式(7)；

式中，SOC_min,m为第m个储能电池组最小的荷电状态；SOC_max,m为第m个储能电池组最大的荷电状态；C_a,m为第m个储能电池组的额定容量；S_m为第m个储能电池组初始的容量保持率；

任意时刻任意一组储能电池充放电功率的上下限应满足：

式中，P_m ^in,min和P_m ^out,min分别表示第m个储能电池组的充、放电功率下限，P_m ^nom为第m个储能电池组的额定功率；

储能***充放电状态约束：考虑到电池的安全性，同一组电池的充放电操作是相互排斥的，同一组电池在同一时段不能同时充电和放电，即：

其中，z_m ⁱⁿ(t)和z_m ^out(t)分别为二元变量；

储能电池的容量衰退：锂电池容量衰退受温度T、荷电状态SOC、ΔSOC、放电深度d、充放电电流、充电终止电压和放电终止电压以及充电方式等因素影响，无论直流储能电池还是交流储能电池，任意时刻其容量衰退率可表示为：

Q_tot,m(t)＝Q_cal,m(t)+Q_cyc,m(t) 式(15)；

其中，Q_cal,m(t)为第m个储能电池组在t时段的日历寿命衰退率；Q_cyc,m(t)为第m个储能电池组在t时段的循环寿命衰退率；Q_tot,m(t)为第m个储能电池组在t时段总的容量衰退率；Life_cal,m表示第m个储能电池组总的日历寿命，Life_cyc,m表示第m个储能电池组总的循环次数；C_max,m表示第m个储能电池组的初始容量；

由于储能电池容量衰退至其标准容量的80％则需更换，因此第m个储能电池组在t时段相对于整个电池寿命总的容量衰退率Q_loss,m(t)：

Q_loss,m(t)＝q_m*Q_total,m(t) 式(15)；

其中，q_m为第m个储能电池组直至退役衰退的容量比。

上述模型的实现方式如图1所示：

步骤1)：实时采集输入“光伏与储能***”内每个子阵发电功率、储能电池SOC状态及电池容量的衰减率、上一时刻时刻输出到电网功率；

步骤2)：通过已建立的模型自动进行计算并实时分配不同储能电池充放电功率；

步骤3)：通过上一步已分配于不同储能电池充放电功率自动调度储能电池进行充放电工作，实现光伏出力曲线平滑输出。

Claims (2)

1.一种可实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，其特征在于，具体如下：

目标函数：模型通过优化储能电池的调度，使得光伏废弃率最低，即：

约束条件如下：

功率平衡：任何时刻剩余的光伏***的发电功率和交流储能电池的放电功率之和应等于交流储能电池的充电功率、剩余光伏的有效发电量与其废弃量之和，即：

式中，I为交流储能电池模块集合；J表示除去直流储能***内的光伏子阵后剩余的光伏子阵集合；N为直流***的模块集合；P_pv,j(t)表示编号为j的光伏子阵发电量；P_i ⁱⁿ(t)和P_i ^out(t)分别是编号为i的交流储能电池模块的充电和放电功率；η_ac,i表示编号i的交流储能电池模块的放电效率；λ_ac,i表示编号i的交流储能电池模块的充电效率；P_ac(t)是混合供电***向电网的供电量；P_pw(t)是剩余光伏子阵的废弃量；

平滑约束：对于整体的混合供电***，任意时刻交流***向电网供电量的变化速率ΔP_ac(t)不超过10％光伏发电站装机容量/min，得到：

P_ac(t+1)＝P_ac(t)+ΔP_ac(t),t∈T 式(3)；

-C_pv,a×10％≤ΔP_ac(t)≤C_pv,a×10％,t∈T 式(4)；

其中，C_pv,a代表交流***的光伏发电站装机容量；

储能电池子***约束：任意一组储能电池在t时刻的剩余电量B_m(t)可表示为

其中，M表示所有种类储能电池的集合，包含集合I和N；

第m组储能电池在任何时刻的电量需满足：

SOC_min,mC_a,m≤B_m(t)≤SOC_max,mC_a,m 式(6)；

B_m(t)≤C_a,m(S_m-Q_loss,m(t)) 式(7)；

式中，SOC_min,m为第m个储能电池组最小的荷电状态；SOC_max,m为第m个储能电池组最大的荷电状态；C_a,m为第m个储能电池组的额定容量；S_m为第m个储能电池组初始的容量保持率；

任意时刻任意一组储能电池充放电功率的上下限应满足：

式中，P_m ^in,min和P_m ^out,min分别表示第m个储能电池组的充、放电功率下限，P_m ^nom为第m个储能电池组的额定功率；

储能***充放电状态约束：考虑到电池的安全性，同一组电池的充放电操作是相互排斥的，同一组电池在同一时段不能同时充电和放电，即：

其中，z_m ⁱⁿ(t)和z_m ^out(t)分别为二元变量；

储能电池的容量衰退：无论直流储能电池还是交流储能电池，任意时刻其容量衰退率可表示为：

Q_tot,m(t)＝Q_cal,m(t)+Q_cyc,m(t) 式(15)；

其中，Q_cal,m(t)为第m个储能电池组在t时段的日历寿命衰退率；Q_cyc,m(t)为第m个储能电池组在t时段的循环寿命衰退率；Q_tot,m(t)为第m个储能电池组在t时段总的容量衰退率；Life_cal,m表示第m个储能电池组总的日历寿命，Life_cyc,m表示第m个储能电池组总的循环次数；C_max,m表示第m个储能电池组的初始容量；

由于储能电池容量衰退至其标准容量的80％则需更换，因此第m个储能电池组在t时段相对于整个电池寿命总的容量衰退率Q_loss,m(t)：

Q_loss,m(t)＝q_m*Q_total,m(t) 式(15)；

其中，q_m为第m个储能电池组直至退役衰退的容量比。

2.如权利要求1所述的可实现光伏出力曲线平滑的多储能电池动态操作模型，其特征在于，所述模型的实现方式为：

步骤1)：实时采集输入“光伏与储能***”内每个子阵发电功率、储能电池SOC状态及电池容量的衰减率、上一时刻时刻输出到电网功率；

步骤2)：通过已建立的模型自动进行计算并实时分配不同储能电池充放电功率；

步骤3)：通过上一步已分配于不同储能电池充放电功率自动调度储能电池进行充放电工作，实现光伏出力曲线平滑输出。