CN113346591B - 一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分布式储能技术领域,尤其涉及一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型。其建立储能单体充放电运行模型,提高了储能单体充放电运行的可靠性。获取储能单体各部分的运行参数。设定储能单体的输入(出)功率关于荷电状态的自适应均衡充、放电函数。设定储能单体的即刻荷电状态的充、放电运行函数。设定储能单体充、放电时荷电状态的即刻运行点。选取储能单体适当的即刻运行点和即刻运行区间,选取的是浅充、浅放荷电点和荷电中点的中值,将上述选取的即刻运行点和即刻运行区间代入。将自适应均衡技术应用于典型工业园区配置的储能单体上,实现各储能单体的自适应均衡。
Description
技术领域
本发明属于分布式储能技术领域,尤其涉及一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型。
背景技术
分布式储能单体功率和容量较小,接入位置灵活,通常集中在用户侧、微电网中,可用于调峰、调频、提高电网供电的电能质量和可靠性。然而,各储能单体的充、放电运行特性各异,主要体现在:额定容量、额定功率。这两者都是静态参数。当构建储能单体的充、放电运行模型时,若仅以额定容量、额定功率作为模型的指标,它们不能表示储能单体的动态变化,很容易造成储能单体在响应过程中的体内差异。而且,储能单体在进入电网响应时,剩余容量、输出(入)功率、荷电状态都是时变的,应满足在某一时刻,储能单体的即刻荷电状态较高(低)的储能单体率先进行功率输出(入),剩余容量较大(小)的储能单体承担较多(少)的输出份额。因此,应存在一种有效的模拟储能单体充放电运行特性的技术模型,把各储能单体的容量、功率、荷电状态的即刻动态变化行为全部计入其中,并且这种技术手段能将储能单体的充、放电运行特性规定在有比较空间的同一范围内,使各储能单体间的差异变得相对均衡。
目前,国内外关于储能单体充、放电运行模型的研究有:有专家基于聚合效应对各个储能进行调度,通过设置充放电函数和功率分配方式,能够将充、放电效率不同的储能实现合理分配;有专家基于改进K-means算法,考虑分布式储能单体的参数差异,能够在不改变分布式储能总出力的条件下优化了储能单体内部的能量分配;有专家将全景理论应用于多储能聚合优化运行控制中,从而得到能量最低的储能单体分组对应情况。但上述研究都只局限于考虑储能单体的能量最优分配,而实现储能单体充、放电运行时均衡模型的研究相对较少。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷,提供一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案,包括:
获取储能单体各部分的运行参数;
设定储能单体i的输入(出)功率关于荷电状态的自适应均衡充、放电函数p(si)c、p(si)d;
设定储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数f(si)c、f(si)d;
设定储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行点scn、sdn:
选取储能单体i适当的即刻运行点和即刻运行区间,scn=(sshc+smid)/2、sdn=(smid+sshd)/2选取的是浅充、浅放荷电点和荷电中点的中值,该点接近荷电中点,储能单体在该点附近运行时,能较好地体现储能单体浅充浅放的特性;lcn=smid-smin、ldn=smax-smid选取的是最小、最大荷电点和荷电中点的运行区间;
将上述选取的即刻运行点和即刻运行区间代入,储能单体i的即刻荷电状态si的充放电运行函数如下:
式中,f(si)c、f(si)d为储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数;si为储能单体i的即刻荷电状态;sshc为浅充荷电点;smid为荷电中点;sshd为浅放荷电点;smin为最小荷电点;smax为最大荷电点;si为即刻荷电状态;
将自适应均衡技术应用于典型工业园区配置的储能单体上,实现各储能单体的自适应均衡。基于自适应均衡技术的各储能单体i的输出/入功率关于荷电状态的充放函数p(si)c、p(si)d如下:
式中:Ci为储能单体i的额定容量;CΣ为所有进入调控层的储能单体的总额定容量;Pi·rated为储能单体i的额定功率;Ai为其自适应因子;Ai0为其自适应初等因子;di为其自分配系数;si为储能单体i的即刻荷电状态;sshc=0.4为浅充荷电点;sshd=0.6为浅放荷电点;smax=0.9为最大荷电点;smin=0.1为最小荷电点;smid=0.5为荷电中点。
进一步地,所述运行参数包括:各储能单体的额定容量Ci;额定功率Prated;自适应因子Ai;自适应初等因子Ai0;自分配系数di;即刻荷电状态si。
进一步地,所述自适应均衡充、放电函数p(si)c、p(si)d如下:
式中,p(si)c、p(si)d为储能单体i的输出(入)功率关于荷电状态的自适应均衡的充、放电函数;Ci为储能单体i的额定容量;CΣ为所有储能单体的总额定容量;Pi·rated为储能单体i的额定功率;Ai为其自适应因子;Ai0为其自适应初等因子;di为其自分配系数;si为储能单体i的即刻荷电状态;f(si)c、f(si)d为储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数。
进一步地,所述充、放电运行函数f(si)c、f(si)d为:
式中:si为储能单体i的即刻荷电状态;scn、sdn为储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行点,lcn、ldn为储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行区间。
进一步地,充电时即刻运行点scn包括:最小荷电点smin=0.1;低荷电点slow=0.2;浅充荷电点sshc=0.4;荷电中点smid=0.5;放电时即刻运行点sdn包括:浅放荷电点sshd=0.6;高荷电点shigh=0.8;最大荷电点smax=0.9。
进一步地,Ai为其自适应因子,取值范围在0.01~1之间,与储能电池的类型有关,镍镉、全钒液流、锂电池取0.01;钠硫、锌溴电池取0.5;铅酸电池取1;Ai0为其自适应初等因子,Ai0=A·Prated/10;di为其自分配系数,取值范围在15~20之间,与储能电池的类型有关,钠硫、锂电池取13;全钒液流电池取15;镍镉、锌溴电池取18;铅酸电池取20。
进一步地,自适应均衡技术是把各储能单体的容量、功率、荷电状态的即刻动态变化行为全部计入其中,并且这种技术手段能将储能运行特性规定在有比较空间的同一范围内,使各储能单体间的差异变得相对均衡,以应用于每一个储能单体上。
进一步地,典型工业园区配置的储能单体为:铅酸电池、全钒液流电池、镍镉电池、钠硫电池、锌溴电池、锂电池;其配置参数分别为:4MW/10MW·h、50MW/100MW·h、8MW/20MW·h、25MW/80MW·h、15MW/40MW·h、30MW/60MW·h。
与现有技术相比本发明有益效果。
1.本发明基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型,能够更大程度上平衡储能单体间的差异。传统的储能单体充放电运行模型,仅考虑储能单体的能量最优分配,不能对储能单体的充放特性实现相对均衡,造成储能资源浪费的情况。本发明基于自适应均衡技术,建立储能单体充放电运行模型,提高了储能单体充放电运行的可靠性。
2.本发明易于实施;通过自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型实现各储能单体充放电的自适应均衡,从而平衡各储能单体间的差异,为实现各储能单体均衡充、放电提供技术依据。
3.本发明便于商业化开发;随着大规模分布式储能单体参与地区电力辅助服务补偿(市场)工作已在各地推进,基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型的开发必然具有较大需求,本发明具有较好的商业开发前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型框图。
图2辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体参数。
图3是基于自适应均衡技术的6个储能单体运行特性曲线。
具体实施方式
本发明提出了一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型。该模型将储能容量、输入(出)功率、荷电状态以即刻运行的动态形式计入其中,模拟储能单体充放电运行特性,以实现各储能单体充、放电运行特性的自适应均衡。本发明采用的方法,能够有效地平衡各储能单体间的差异,为实现各储能单体充、放电运行特性的自适应均衡提供技术依据和实用方法。
本发明采用的这种基于自适应均衡技术的储能单体充、放电运行模型,主要针对各储能单体的运行特性各异的问题,将储能运行特性规定在有比较空间的同一范围内,使各储能单体间的差异变得相对均衡,以应用于每一个储能单体上。其基本思想是:基于自适应均衡技术,将储能单体的容量、输出(入)功率、荷电状态以即刻运行的动态形式计入其中,建立储能单体充放电运行特性的自适应均衡函数,模拟各储能单体的充放电运行特性,将各储能单体的动态运行特性规定在有比较空间的同一范围内,实现各储能单体充放电和输出(入)功率的自适应均衡。
其技术方案是:面向各储能单体,收集各储能单体的运行参数,设定储能单体i的输入(出)功率关于荷电状态的自适应均衡充、放电函数,基于自适应均衡技术模拟各储能单体的充、放电特性,实现各储能单体的自适应均衡。
本发明包括以下步骤:
步骤1)获取辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体各部分的运行参数,所述运行参数包括:各储能单体的额定容量Ci;额定功率Prated;自适应因子Ai;自适应初等因子Ai0;自分配系数di;即刻荷电状态si。
步骤2)设定辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体的输入(出)功率关于荷电状态的自适应均衡充、放电函数p(si)c、p(si)d如下:
式中,p(si)c、p(si)d为储能单体i的输出(入)功率关于荷电状态的自适应均衡的充、放电函数;Ci为储能单体i的额定容量;CΣ为所有储能单体的总额定容量;Pi·rated为储能单体i的额定功率;Ai为其自适应因子;Ai0为其自适应初等因子;di为其自分配系数;si为储能单体i的即刻荷电状态;f(si)c、f(si)d为储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数。
步骤3)设定辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体的即刻荷电状态si的充、放电运行函数f(si)c、f(si)d:
式中:si为储能单体i的即刻荷电状态;scn、sdn为储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行点,lcn、ldn为储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行区间。
步骤4)设定辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体充、放电时荷电状态的即刻运行点scn、sdn:充电时即刻运行点scn包括:最小荷电点smin=0.1;低荷电点slow=0.2;浅充荷电点sshc=0.4。荷电中点smid=0.5;放电时即刻运行点sdn包括:浅放荷电点sshd=0.6;高荷电点shigh=0.8;最大荷电点smax=0.9。
步骤5)选取辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体适当的即刻运行点和即刻运行区间,scn=(sshc+smid)/2、sdn=(smid+sshd)/2选取的是浅充、浅放荷电点和荷电中点的中值,该点接近荷电中点,储能单体在该点附近运行时,能较好地体现储能单体浅充浅放的特性;lcn=smid-smin、ldn=smax-smid选取的是最小、最大荷电点和荷电中点的运行区间。将上述选取的即刻运行点和即刻运行区间代入,储能单体i的即刻荷电状态si的充放电运行函数如下:
式中,f(si)c、f(si)d为储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数;si为储能单体i的即刻荷电状态;sshc为浅充荷电点;smid为荷电中点;sshd为浅放荷电点;smin为最小荷电点;smax为最大荷电点;si为即刻荷电状态。
步骤6)将自适应均衡技术应用于辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体上,实现各储能单体的自适应均衡。基于自适应均衡技术的各储能单体i的输出(入)功率关于荷电状态的充放函数p(si)c、p(si)d如下:
式中:Ci为储能单体i的额定容量;CΣ为所有进入调控层的储能单体的总额定容量;Prated为储能单体i的额定功率;Ai为其自适应因子;Ai0为其自适应初等因子;di为其自分配系数;si为储能单体i的即刻荷电状态;sshc=0.4为浅充荷电点;sshd=0.6为浅放荷电点;smax=0.9为最大荷电点;smin=0.1为最小荷电点;smid=0.5为荷电中点。
图1是基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型框图。该模型首先面向各储能单体,收集各储能单体的运行参数;设定储能单体i的输入(出)功率关于荷电状态的自适应均衡充、放电函数;设定储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数;设定储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行点;选取储能单体i适当的即刻运行点和即刻运行区间;将自适应均衡技术应用于每一个储能单体上,实现各储能单体的自适应均衡。
图2辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体参数。图3基于自适应均衡技术的6个储能单体运行特性曲线。选取辽宁省地区内的6个典型工业园区配置的储能单体进行仿真,所选取的6个储能单体的输出(入)功率关于荷电状态的自适应均衡运行特性曲线仿真如图。荷电中点smid=0.5为分界处,左半部分为各储能单体的自适应均衡充电运行曲线,右半部分为各储能单体的自适应均衡的放电运行曲线,分色柱状图代表各储能单体的输出(入)功率在所有储能单体中的贡献程度。在充电部分前期,储能2与储能6的充电运行曲线攀升较快,表明储能2与储能6较先进行功率的输入,故代表储能2和储能6输出功率的柱状体较先显示在图上。在充电部分中、后期,各储能单体的充电运行曲线均有不同程度的攀升,表明各储能单体均参与到自适应均衡的充放电运行中来,进行功率的输入的先后顺序依次为:储能4、3、5、1。再观察柱状图,柱状体代表的储能输出(入)功率的贡献程度从多至少依次为:储能2、4、6、5、3、1,与储能单体的容量从多至少相对应,证明了提出的自适应均衡技术可以将3种储能运行特性的主要参数计及在内,且将储能运行特性规定在有比较空间的同一区间范围内,实现了各储能单体的自适应均衡,使储能单体间的差异性更小。同理,在放电部分后期,储能2和储能6的即刻荷电状态si降落较快,表明储能2和储能6较先进行功率的输出。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型,其特征在于,包括:
获取储能单体各部分的运行参数;
设定储能单体i的输入/出功率关于荷电状态的自适应均衡充、放电函数p(si)c、p(si)d;
设定储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数f(si)c、f(si)d;
设定储能单体i充、放电时荷电状态的即刻运行点scn、sdn:
选取储能单体i适当的即刻运行点和即刻运行区间,scn=(sshc+smid)/2、sdn=(smid+sshd)/2选取的是浅充、浅放荷电点和荷电中点的中值,该点接近荷电中点,储能单体在该点附近运行时,能较好地体现储能单体浅充浅放的特性;lcn=smid-smin、ldn=smax-smid选取的是最小、最大荷电点和荷电中点的运行区间;
将上述选取的即刻运行点和即刻运行区间代入,储能单体i的即刻荷电状态si的充放电运行函数如下:
式中,f(si)c、f(si)d为储能单体i的即刻荷电状态si的充、放电运行函数;si为储能单体i的即刻荷电状态;sshc为浅充荷电点;smid为荷电中点;sshd为浅放荷电点;smin为最小荷电点;smax为最大荷电点;si为即刻荷电状态;
将自适应均衡技术应用于典型工业园区配置的储能单体上,实现各储能单体的自适应均衡。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型,其特征在于:所述运行参数包括:各储能单体的额定容量Ci;额定功率Prated;自适应因子Ai;自适应初等因子Ai0;自分配系数di;即刻荷电状态si。
6.根据权利要求1所述的一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型,其特征在于:充电时即刻运行点scn包括:最小荷电点smin=0.1;低荷电点slow=0.2;浅充荷电点sshc=0.4;荷电中点smid=0.5;放电时即刻运行点sdn包括:浅放荷电点sshd=0.6;高荷电点shigh=0.8;最大荷电点smax=0.9。
7.根据权利要求1所述的一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型,其特征在于:自适应均衡技术是把各储能单体的容量、功率、荷电状态的即刻动态变化行为全部计入其中,并且这种技术手段能将储能运行特性规定在有比较空间的同一范围内,使各储能单体间的差异变得相对均衡,以应用于每一个储能单体上。
8.根据权利要求1所述的一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型,其特征在于:典型工业园区配置的储能单体为:铅酸电池、全钒液流电池、镍镉电池、钠硫电池、锌溴电池、锂电池;其配置参数分别为:4MW/10MW·h、50MW/100MW·h、8MW/20MW·h、25MW/80MW·h、15MW/40MW·h、30MW/60MW·h。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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