CN112736943A - 一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法及***,所述方法包括:以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;本发明提供的技术方案能够在考虑储能电站各单元故障概率模型的情况下,通过对储能电站内部各元件排列结构进行优化,达到储能电站整体损失容量最小化的目的,极大的减轻了储能电站损失容量所带来的其他***故障的问题。
Description
技术领域
本发明涉及储能电站内部结构排布领域,具体涉及一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法及***。
背景技术
随着储能技术的不断发展,储能电站的可灵活调节出力、可人为控制储能电站响应快慢、可双向充放电的优点正在逐步彰显,随着电网中各种形式的储能电站并网容量的逐渐增加,储能电站在电源侧扮演着重要角色。然而,储能作为一种新兴技术,特别是以蓄电池作为主要电源的储能电站,存在故障率不确定的风险,即电站内部蓄电池、变流器与电缆接线各元件本身固有的故障率将为电站供电可靠性带来巨大的挑战,这样会导致储能电站的损失供电容量无法保证,带来其他***故障的问题。
目前,国内外关于储能电站结构优化的研究,往往侧重于对储能电站整体容量的优化设计与其选址的优化进行研究,而对储能电站本身的故障率的认识较少,即仅局限于对储能电站内部个别元件如蓄电池或电缆等的单一元件的故障率建模与故障辨识,缺乏对储能电站整体故障率的建模分析,而且,针对储能电站整体故障率的控制问题,尚未提出有效的技术改进或优化方案以降低储能电站整体损失容量,而储能电站内部元件的排列结构会对储能电站损失容量产生巨大的影响,目前缺乏对电站内部元件的详细排列要求,即未考虑如何通过优化储能电站本体结构达到减小损失容量的目的。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法能够在考虑储能电站各单元故障概率模型的情况下,通过对储能电站内部各元件排列结构进行优化,达到储能电站整体损失容量最小化的目的,极大的减轻了储能电站损失容量所带来的其他***故障的问题。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
本发明的目的是提供一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法,其改进之处在于,所述方法包括:
以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;
利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;
其中,所述排布方案包括:蓄电池单元的排列行数、排列列数以及每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
优选的,所述以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案,包括:
以储能电站损失容量最小为目标建立储能电站中蓄电池的排布方案优化模型;
求解所述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,获取储能电站中蓄电池的最优排布方案。
进一步的,按下式确定储能电站中蓄电池的排布方案优化模型中的目标函数:
进一步的,按下式确定蓄电池***元件的故障率Fsum:
Fsum=[1-(1-e-στ)a]b
上式中,σ为单个蓄电池的故障率,τ是单个蓄电池的故障时间间隔,e为自然常数,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数。
进一步的,按下式确定电缆元件的故障率λ:
上式中,λN为电缆的故障次数,Te为故障线路的暴露时间,l为电缆的长度。
上式中,Ps(t)为变压器在t时段的故障次数,Ps(t+1)为变压器在t+1时段的故障次数,Δt为相邻时段的时间间隔,T为时段总数,t∈[1,T]。
进一步的,所述储能电站内部结构优化模型中的约束条件包括:
按下式确定储能电站容量约束条件:
上式中,Sv为储能电站的预设总容量,Si为蓄电池***元件中第i个蓄电池的容量,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数,k为每个蓄电池单元中蓄电池的个数,i∈[1,abk];
按下式确定蓄电池***元件出力约束条件:
Pmin≤P≤Pmax
上式中,Pmin为蓄电池***元件出力的下限,Pmax为蓄电池出力的上限,P为蓄电池***元件的出力;
按下式确定电缆传输功率约束条件:
Qmin≤Q≤Qmax
上式中,Qmin为电缆传输功率的下限,Qmax为电缆传输功率的上限,Q为电缆传输的功率。
优选的,所述利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布,包括:
分别将a′个蓄电池单元支路中馈线电缆的尾端接入储能电站的并网点;
其中,蓄电池单元支路由b′个蓄电池单元接入一条馈线电缆组成;
蓄电池单元包括:k′个蓄电池及其对应的ac/dc变换器以及隔离变压器;
所述k个蓄电池分别通过其对应的ac/dc变换器与隔离变压器的低压交流端连接,所述隔离变压器的中压交流端接入馈线电缆;
a′为最优排布方案中蓄电池单元的排列行数,b′为最优排布方案中蓄电池单元的排列列数,k′为最优排布方案中每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种减小损失容量的储能电站内部结构优化***,其改进之处在于,所述***包括:
获取模块:用于以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;
排布模块:用于利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;
其中,所述排布方案包括:蓄电池单元的排列行数、排列列数以及每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
优选的,所述获取模块具体用于:
以储能电站损失容量最小为目标建立储能电站中蓄电池的排布方案优化模型;
求解所述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,获取储能电站中蓄电池的最优排布方案。
与最接近的现有技术相比,本发明具有的有益效果:
本发明提供的技术方案,提出一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法及***,首先,以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;然后,利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;该方案能够在考虑储能电站各单元故障概率模型的情况下,通过对储能电站内部各元件排列结构进行优化,达到储能电站整体损失容量的最小的目的,极大的减轻了储能电站损失容量带来的其他***故障的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法流程图;
图2是本发明实施例中储能电站内部结构拓扑图;
图3是本发明实施例中储能电站损失容量目标函数的韦恩图;
图4是本发明实施例中储能电站损失容量随参数和时间的变化的示意图;
图5是本发明提供的一种减小损失容量的储能电站内部结构优化***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
针对现有的故障率建模与故障辨识单一,储能电站损失容量无法保证,故障率发生高等缺点本发明提供了一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法,先依次建立储能电站内部结构与待优化的a,b,k,参数,选定各元件型号后即可得到储能电站各元件的独立故障率模型,以储能电站损失容量最小为目标,根据计算韦恩图面积的思路建立关于a,b,k参数的储能电站损失容量目标函数,并参考约束条件,完成储能电站内部结构优化模型建模,最后对该优化模型调用matlab/fmincon函数进行求解,即可得到最终的最优a,b,k参数结果,完成优化设计,具体如图1所示,所述方法包括:
步骤(1)以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;
步骤(2)利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;
具体的,所述步骤(1)中首先以储能电站损失容量最小为目标建立储能电站中蓄电池的排布方案优化模型;
现实中,当储能电站蓄电池***元件中某单一蓄电池出现故障时,会使储能电站蓄电池***元件的总电力输出减少,当储能电站电缆元件发生故障时,会使电缆所连接的蓄电池发生断路,从而导致储能电站蓄电池***元件的电力输出减少,当储能电站并网点变压器元件出现故障时,会使储能电站中断蓄电池***元件的电力输出,由此可见,储能电站的损失容量的变化与储能电站蓄电池***元件的电力输出量有关,因此,储能电站各元件发生故障时,各元件的故障率决定了储能电站总损失容量的大小。
本发明提供的实施例中,如图2所示,储能电站的损失容量包含了三部分元件的故障率,每一部分元件的故障率相互独立,储能电站总损失容量的最小化也就是对韦恩图面积的最小化。基于上述韦恩图,首先在独立事件基础上依据概率加法与乘法原理计算出对应储能电站中各元件重叠的韦恩图面积,然后分别乘以储能电站的预设总容量和蓄电池***元件的总容量,最后进行加和就可以得到储能电站的最小损失容量。
因为储能电站各元件发生故障时,各元件的故障率决定了储能电站总损失容量的大小,所以需要将储能电站中的蓄电池按照最优的a,b,k参数排布方案进行排布,使储能电站各元件发生的故障改率最小,从而达到储能电站损失容量最小化的目的。
通过上述分析,可以得到储能电站中蓄电池的排布方案优化模型中的目标函数。
本发明提供的实施例中,可以按下式确定储能电站中蓄电池的排布方案优化模型中的目标函数:
本发明提供的实施例中,上述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型中的目标函数是根据概率论加法原理与乘法原理,(Fsum+λ-Fsumλ)·Sv仅代表储能电站蓄电池***元件和与蓄电池***元件相连接的电缆元件发生故障时损失的容量,代表储能电站并网点变压器、蓄电池***元件和与蓄电池***元件相连接的电缆元件发生故障时损失的容量,将上述公式加和是指储能电站损失的总容量将随其内部各元件故障率发生变化。
进一步的,按下式确定蓄电池***元件的故障率Fsum:
Fsum=[1-(1-e-στ)a]b
上式中,σ为单个蓄电池的故障率,τ是单个蓄电池的故障时间间隔,e为自然常数,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数。
按下式确定电缆元件的故障率λ:
上式中,λN为电缆的故障次数,Te为故障线路的暴露时间,l为电缆的长度。
上式中,Ps(t)为变压器在t时段的故障次数,Ps(t+1)为变压器在t+1时段的故障次数,Δt为相邻时段的时间间隔,T为时段总数,t∈[1,T]。
本发明提供的实施例中,所述储能电站内部结构优化模型中的约束条件包括:
按下式确定储能电站容量约束条件:
上式中,Sv为储能电站的预设总容量,Si为蓄电池***元件中第i个蓄电池的容量,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数,k为每个蓄电池单元中蓄电池的个数,i∈[1,abk];
本发明提供的实施例中,对于特定储能电站,存在容量大小约束,即内部所含蓄电池的总容量应符合储能电站总容量要求,因此上式表示按照a×b×k排列的蓄电池总容量需与储能电站设定总容量相等,上述约束为等式约束。
按下式确定蓄电池***元件出力约束条件:
Pimin≤Pi≤Pimax
上式中,Pimin为蓄电池***元件出力的下限,Pimax为蓄电池出力的上限,Pi为蓄电池***元件的出力;
按下式确定电缆传输功率约束条件:
Qimin≤Qi≤Qimax
上式中,Qimin为电缆传输功率的下限,Qimax为电缆传输功率的上限,Qi为电缆传输功率。
本发明提供的实施例中,储能电站各线路的传输功率存在限制值,且各蓄电池本身存在出力的上下限约束,因此可以得出蓄电池出力上下限的约束条件和电缆传输功率上下限的约束条件。
基于上述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,然后求解所述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,获取储能电站中蓄电池的最优排布方案。
本发明提供的实施例中,所述步骤(1)给出的储能电站中蓄电池的最优排布方案考虑了储能电站各单元故障概率,给出a,b,k的最优参数选择,本发明提供的技术方案中步骤(2)基于此对储能电站的内部结构进行排布,如图3所示,首先形成各蓄电池-变流器单元内k组蓄电池与变流器的连接形式以实现电能的逆变输出,其次各蓄电池-变流器单元按行列形式排列为a行b列的基本结构,然后a行b列的蓄电池-变流器单元的逆变输出侧通过变压器升压后经过馈线电缆送电至储能电站并网点,最后经过储能电站并网点变压器升压后送至高压交流输电线路完成实现电力的传输,具体的,所述步骤(2)可以包括:
分别将a′个蓄电池单元支路中馈线电缆的尾端接入储能电站的并网点;
其中,蓄电池单元支路由b′个蓄电池单元接入一条馈线电缆组成;
蓄电池单元包括:k′个蓄电池及其对应的ac/dc变换器以及隔离变压器;
所述k个蓄电池分别通过其对应的ac/dc变换器与隔离变压器的低压交流端连接,所述隔离变压器的中压交流端接入馈线电缆;
a′为最优排布方案中蓄电池单元的排列行数,b′为最优排布方案中蓄电池单元的排列列数,k′为最优排布方案中每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
本发明提供的实施例中,可以在如图4所示的应用场景中对上述方案进行验证,以k=2为例给出储能电站损失容量随参数a,b和时间的变化示意图来说明本发明的优势与意义。图4中纵轴为储能电站故障损失容量正比于储能电站总故障率,以优化结果a=50,b=2时取得最低的故障损失容量为例,可以得到最优参数组合,前四年中故障损失容量降低百分比的最大量达到55.56%,因此本发明通过优化设计结构参数a,b,k可有效降低储能电站故障时的损失容量,极大的减轻了储能电站容量损失所带来的其他***故障问题。
综上所述,本发明提出的一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法,可以考虑储能电站各单元故障概率模型的情况下,通过对储能电站内部各元件排列结构进行优化,达到储能电站整体损失容量最小化的目的,极大的减轻了储能电站损失容量所带来的其他***故障的问题。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种减小损失容量的储能电站内部结构优化***,如图5所示,所述***包括:
获取模块:用于以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;
排布模块:用于利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;
其中,所述排布方案包括:蓄电池单元的排列行数、排列列数以及每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
优选的,所述获取模块具体用于:
以储能电站损失容量最小为目标建立储能电站中蓄电池的排布方案优化模型;
求解所述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,获取储能电站中蓄电池的最优排布方案。
进一步的,按下式确定储能电站中蓄电池的排布方案优化模型中的目标函数:
进一步的,按下式确定蓄电池***元件的故障率Fsum:
Fsum=[1-(1-e-στ)a]b
上式中,σ为单个蓄电池的故障率,τ是单个蓄电池的故障时间间隔,e为自然常数,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数。
进一步的,按下式确定电缆元件的故障率λ:
上式中,λN为电缆的故障次数,Te为故障线路的暴露时间,l为电缆的长度。
上式中,Ps(t)为变压器在t时段的故障次数,Ps(t+1)为变压器在t+1时段的故障次数,Δt为相邻时段的时间间隔,T为时段总数,t∈[1,T]。
进一步的,所述储能电站内部结构优化模型中的约束条件包括:
按下式确定储能电站容量约束条件:
上式中,Sv为储能电站的预设总容量,Si为蓄电池***元件中第i个蓄电池的容量,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数,k为每个蓄电池单元中蓄电池的个数,i∈[1,abk];
按下式确定蓄电池***元件出力约束条件:
Pmin≤P≤Pmax
上式中,Pmin为蓄电池***元件出力的下限,Pmax为蓄电池出力的上限,P为蓄电池***元件的出力;
按下式确定电缆传输功率约束条件:
Qmin≤Q≤Qmax
上式中,Qmin为电缆传输功率的下限,Qmax为电缆传输功率的上限,Q为电缆传输的功率。
优选的,所述排布模块具体用于:
分别将a′个蓄电池单元支路中馈线电缆的尾端接入储能电站的并网点;
其中,蓄电池单元支路由b′个蓄电池单元接入一条馈线电缆组成;
蓄电池单元包括:k′个蓄电池及其对应的ac/dc变换器以及隔离变压器;
所述k个蓄电池分别通过其对应的ac/dc变换器与隔离变压器的低压交流端连接,所述隔离变压器的中压交流端接入馈线电缆;
a′为最优排布方案中蓄电池单元的排列行数,b′为最优排布方案中蓄电池单元的排列列数,k′为最优排布方案中每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法,其特征在于,所述方法包括:
以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;
利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;
其中,所述排布方案包括:蓄电池单元的排列行数、排列列数以及每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案,包括:
以储能电站损失容量最小为目标建立储能电站中蓄电池的排布方案优化模型;
求解所述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,获取储能电站中蓄电池的最优排布方案。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,按下式确定蓄电池***元件的故障率Fsum:
Fsum=[1-(1-e-στ)a]b
上式中,σ为单个蓄电池的故障率,τ是单个蓄电池的故障时间间隔,e为自然常数,a为蓄电池单元的排列行数,b为蓄电池单元的排列列数。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布,包括:
分别将a′个蓄电池单元支路中馈线电缆的尾端接入储能电站的并网点;
其中,蓄电池单元支路由b′个蓄电池单元接入一条馈线电缆组成;
蓄电池单元包括:k′个蓄电池及其对应的ac/dc变换器以及隔离变压器;
所述k个蓄电池分别通过其对应的ac/dc变换器与隔离变压器的低压交流端连接,所述隔离变压器的中压交流端接入馈线电缆;
a′为最优排布方案中蓄电池单元的排列行数,b′为最优排布方案中蓄电池单元的排列列数,k′为最优排布方案中每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
9.一种减小损失容量的储能电站内部结构优化***,其特征在于,所述***包括:
获取模块:用于以储能电站损失容量最小为目标获取储能电站中蓄电池的最优排布方案;
排布模块:用于利用所述储能电站中蓄电池的最优排布方案对储能电站中的蓄电池进行排布;
其中,所述排布方案包括:蓄电池单元的排列行数、排列列数以及每个蓄电池单元中蓄电池的个数。
10.如权利要求1所述的***,其特征在于,所述获取模块具体用于:
以储能电站损失容量最小为目标建立储能电站中蓄电池的排布方案优化模型;
求解所述储能电站中蓄电池的排布方案优化模型,获取储能电站中蓄电池的最优排布方案。
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CN202011437853.3A Pending CN112736943A (zh) | 2020-12-07 | 2020-12-07 | 一种减小损失容量的储能电站内部结构优化方法及*** |
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CN (1) | CN112736943A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113837795A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-24 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 一种储能电站损耗成本的确定方法 |
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2020
- 2020-12-07 CN CN202011437853.3A patent/CN112736943A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113837795A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-24 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 一种储能电站损耗成本的确定方法 |
CN113837795B (zh) * | 2021-08-27 | 2024-03-22 | 国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司 | 一种储能电站损耗成本的确定方法 |
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