基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法的控制目標為設(shè)定發(fā)電計劃上下限GSH和GSL，當(dāng)風(fēng)電場/光伏電站出力功率超過GSH時，為盡量跟蹤發(fā)電計劃，儲能電池開始充電，但此時有可能棄風(fēng)/光；出力功率低于GSL時，為盡量跟蹤發(fā)電計劃，儲能電池開始放電；出力功率高于GSL而GSH時，儲能電池則保持不充電也不放電的狀態(tài)。本優(yōu)化算法以棄電(風(fēng)電、光伏)率和深充放次數(shù)為考核目標，進行優(yōu)化求解。本發(fā)明的儲能配置優(yōu)化方法有利于全面掌握風(fēng)電或光伏發(fā)電的波動特性，能夠充分挖掘風(fēng)電+儲能、光伏+儲能以及風(fēng)電+光伏+儲能的匹配關(guān)系和構(gòu)建合理配比方式，大力提升電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。
【專利說明】
基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電能源管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu) 化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今世界能源消費以煤炭和石油為主，化石燃料的生產(chǎn)和使用影響了全球氣候變 化，造成了環(huán)境污染和生態(tài)破壞，并產(chǎn)生了能源安全問題。據(jù)統(tǒng)計，能源消費產(chǎn)生的碳排放 量占全球碳排放總量的60 %以上?；剂先紵a(chǎn)生的氣體加快了全球氣候變暖，形成了 霧霾，并造成了臭氧層的破壞。能源產(chǎn)品在其燃燒過程中產(chǎn)生的粉塵、有害氣體和其中的微 量重金屬都將最終影響到人體的健康。燃煤發(fā)電排放的冷卻水和高溫?zé)煔?，是造成水體熱 污染和空氣溫度升高的重要原因之一。
[0003] 隨著環(huán)境要求的不斷提高，人類將投入更多的人力和資金來減輕能源的開發(fā)和利 用對環(huán)境造成的污染，必然導(dǎo)致能源成本的增加。此外，由于已經(jīng)探明和易于開采的能源資 源的數(shù)量正在減少，而日益增長的能源消費需求又迫使人們?nèi)ふ倚碌馁Y源，這就使得能 源資源的勘探和開采難度越來越大，成本越來越高。21世紀初期，隨著核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境的 改善和技術(shù)可靠性的增強，核能的發(fā)展進入了全新的時期，核能在能源供應(yīng)總量中所占的 比重逐步增大。2011年3月，日本地震造成的福島核電站事故震撼了全球的能源市場，歐盟、 美國及中國等國家分別重新評估核電行業(yè)的安全，調(diào)整能源產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。中國后 續(xù)停止了核電的審批工作，取而代之的是大幅以風(fēng)力、水力以及太陽能等能源方式替代原 有的核能發(fā)展規(guī)劃。歐盟國家也采取了類似的措施，德國政府已初步表現(xiàn)出削弱核能發(fā)展 的意向，預(yù)計將于2022年全面停止核能的使用。瑞士宣布暫停核能發(fā)展規(guī)劃，意大利和波蘭 政府也表示將重新考慮國家的核能政策。
[0004] 目前，電力系統(tǒng)除了火電、水電等常規(guī)能源外，也正在越來越多地接受風(fēng)能、太陽 能等新能源。風(fēng)能和太陽能作為可再生的清潔能源，其發(fā)電過程除了必要的投資和維護成 本外，并不需要任何燃料成本，與火電相比可以為電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度帶來更多更長遠 的環(huán)境和經(jīng)濟上的收益，而且風(fēng)能和太陽能作為綠色能源，通過替代一部分火電機組容量， 可以節(jié)省燃料成本，有利于環(huán)境保護。然而，與傳統(tǒng)發(fā)電方式不同，風(fēng)電出力和光伏出力具 有隨機性和波動性的特點，并不能像傳統(tǒng)發(fā)電方式那樣能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制和調(diào)節(jié)。在裝機 規(guī)模占總裝機容量比例較小時，這些問題不會對電力系統(tǒng)造成很大影響，但隨著并網(wǎng)規(guī)模 的大幅增加，會給系統(tǒng)的調(diào)度運行和調(diào)峰帶來一系列問題。因此，為了保證電網(wǎng)運行安全和 提高供電質(zhì)量，需要在風(fēng)電場或光伏電站安裝一定容量的儲能系統(tǒng)，以達到提高電網(wǎng)消納 新能源的能力。但現(xiàn)今儲能系統(tǒng)成本昂貴，儲能系統(tǒng)容量配置是否合理，對系統(tǒng)的穩(wěn)定和經(jīng) 濟運行影響很大。若容量選擇偏小，會造成能量的浪費和短缺;容量選得偏大，則會增加投 資。風(fēng)電/光伏中合理的儲能容量配置可以有效地提高電能質(zhì)量，平抑功率波動。因此，如何 在滿足系統(tǒng)要求的同時又具備一定的經(jīng)濟性的條件下，合理地配置儲能裝置的容量，有重 要的理論和實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化 方法，該方法從風(fēng)電、光伏和儲能的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，結(jié)合電網(wǎng)對于新能源的實際要求，將風(fēng) 電場、光伏電站的出力波動和儲能裝置的調(diào)節(jié)特性融為一體，在滿足跟蹤電網(wǎng)計劃出力的 要求下，優(yōu)化得到儲能裝置的容量配置大小。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其 特征在于，包括以下步驟：
[0007] S1、設(shè)定發(fā)電計劃上下限GSH和GSL，同時讀取風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw(N)，電 池額定容量E〇,儲能蓄電池的額定功率P〇,判斷Pw(N)和GSH、GSL的大小關(guān)系；
[0008] S2、在N時刻，若風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw(N)小于GSH而大于GSL，則儲能蓄電 池不需要工作，既不充電也不放電，此狀態(tài)計為CASE3;
[0009] S3、在N時刻，若風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw (N)大于GSH，則蓄電池開始充電，具 體分成兩種情況：
[0010] ⑶若Pw(N)>GSH+Po,即風(fēng)電場/光伏電站輸出功率大于GSH加上儲能蓄電池的額 定功率，此時蓄電池會以P Q充電，g卩:P(N)=P0;
[0011] (4)若Pw(N)彡GSH+Po,即風(fēng)電場/光伏電站輸出功率小于等于GSH加上儲能蓄電池 的額定功率，此時蓄電池會以Pw(N)-GSH充電，即：P(N)=Pw(N)-GSH;
[0012] S4、在N時刻，若風(fēng)電場輸出功率Pw(N)小于GSL，則蓄電池開始放電，棄電量EDIS (N) = 0，具體可分成兩種情況：
[0013] ⑶若Pw(N)<GSL-Po,風(fēng)電場/光伏電站輸出功率小于GSL減去儲能蓄電池的額定 功率，此時蓄電池會以P〇放電，g卩:P(N)=P 0;
[0014] (4)若Pw(N)彡GSL-Po,風(fēng)電場輸出功率大于等于GSL減去儲能蓄電池的額定功率， 此時蓄電池會以GSL-Pw(N)放電，即：P(N) =GSL-Pw(N);
[0015] S5、在完成所有8760小時的計算之后，可以得出棄電量WDIS和棄電率RDIS，其中
[0016] S6、計算深充放次數(shù)TDIS。
[0017] 進一步地，所述步驟S3中第一種情況Pw(N)>GSH+Po又分為兩種情形：
[0018] CASE1:E(N-1)+P(N) · dt>E〇,即上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率 乘以時間間隔之和超過額定容量，則N時刻剩余容量:Ε(Ν)=Ε〇,棄電量表達式為:EDIS(N) = (Pw(N)-GSH) · dt-(E〇-E(N-l))；
[0019] CASE2:E(N-1)+P(N) · dt彡Eo,上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘 以時間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E (N) = E (N-1) +P (N) · dt，棄電量表達 式為:EDIS(N) = (Pw(N)-GSH-P(N)) · dt。
[0020] 進一步地，所述步驟S3中第二種情況Pw(NKGSH+P〇又分為兩種情形：
[0021] CASE1:E(N-1)+P(N) · dt>E〇,即上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率 乘以時間間隔之和超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N) = E〇,棄電量表達式為：
[0022] EDIS(N) = (Pw(N)-GSH) · dt-(E〇-E(N-l));
[0023] CASE2:E(N-1)+P(N) · dt彡Eo,即上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率 乘以時間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-1)+P(N) · dt，棄電量表
[0024] 進一步地，所述步驟S4中第一種情況Pw(N)<GSL-Po又分為兩種情形：
[0025] CASE4:E(N-1)-P(N) · dt彡0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘 以時間間隔之差小于等于〇,則N時刻剩余容量:Ε(Ν)=0,棄電量為:EDIS(N)=0;
[0026] CASE5:E(N-1)-P(N) · dt>0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘 以時間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-l)-P(N)·dt，棄電量為 ： EDIS(N)=0〇
[0027] 進一步地，所述步驟S4中第二種情況Pw(N)彡GSL-Po又分為兩種情形：
[0028] CASE4:E(N-1)-P(N) · dt彡0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘 以時間間隔之差小于等于〇,則N時刻剩余容量:Ε(Ν)=0,棄電量為:EDIS(N)=0;
[0029] CASE5:E(N-1)-P(N) · dt>0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘 以時間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-l)-P(N)·dt，棄電量為 ： EDIS(N)=0〇
[0030] 進一步地，所述步驟S6計算深充放次數(shù)TDIS的方法為：定義荷電狀態(tài)S0C，荷電狀 態(tài)的表達式為
，定義深充放次數(shù)TDIS，即儲能蓄電池從S0C為0到S0C為1的 過程記作一次深充放過程，深充放次數(shù)TDIS計算步驟如下：
[0031] (1)設(shè)向量L1，把S0C的0和1依次按順序提取出來并存放于L1中；
[0032] (2)對L1逐點求異或，將結(jié)果存放于向量L2中；
[0033] (3)對向量L2求和，結(jié)果即為深充放次數(shù)，BP:
[0035] 進一步地，所述步驟S2中CASE3狀態(tài)的剩余容量為:E(N)=E(N-1)，棄電量表達式 為:EDIS(N)=0。
[0036]進一步地，所述發(fā)電計劃上限GSH為風(fēng)電場/光伏電站額定功率的70%，發(fā)電計劃 下限GSL為風(fēng)電場/光伏電站額定功率的30%。
[0037]本發(fā)明的有益效果：
[0038] 1、本發(fā)明的計算優(yōu)化方法從風(fēng)電、光伏和儲能的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，結(jié)合電網(wǎng)對于新 能源的實際要求，將風(fēng)電場、光伏電站的出力波動和儲能裝置的調(diào)節(jié)特性融為一體，在滿足 跟蹤電網(wǎng)計劃出力的要求下，優(yōu)化得到儲能裝置的容量配置大小，在工程中有較高的實用 價值，有利于全面掌握風(fēng)電或光伏發(fā)電的波動特性；
[0039] 2、本發(fā)明的計算優(yōu)化方法能夠充分挖掘風(fēng)電+儲能、光伏+儲能以及風(fēng)電+光伏+儲 能的匹配關(guān)系，構(gòu)建合理的風(fēng)電+儲能、光伏+儲能和風(fēng)電+光伏+儲能的配比方式，從而為大 力提升電網(wǎng)對可再生能源的接納能力奠定了基礎(chǔ)。
[0040] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發(fā)明的優(yōu)化算法流程圖。
[0042]圖2為本發(fā)明的深充放次數(shù)說明示意圖。
[0043]圖3為本發(fā)明的不同儲能容量條件下風(fēng)儲電站棄風(fēng)率分析圖。
[0044]圖4為本發(fā)明的不同儲能容量條件下儲能電站深充放電次數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0045]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，首先，本 發(fā)明基于以下數(shù)學(xué)模型：
[0046] (1)風(fēng)力發(fā)電模型
[0047]風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率所受影響因素眾多，忽略次要因素，將其歸結(jié)為只受到風(fēng) 速的影響，則風(fēng)電機組出力的表達式如下所示：
式中:Pw為風(fēng)電機組出力功率；
[0049] Vi為切入風(fēng)速；
[0050] V。為切出風(fēng)速；
[0051] VR為額定風(fēng)速；
[0052] PR為額定功率。
[0053] (2)太陽能光伏發(fā)電模型
[0054]為便于工程應(yīng)用，光伏組件的輸出功率可采用如下所述簡化模型，認為光伏電池 的出力只跟太陽輻射值和環(huán)境溫度相關(guān)，公式如下所示：
[0056] 式中：Ppv為光伏電池輸出功率；
[0057] Gac為光照強度；
[0058] Pstd為標準測試條件下的最大測試功率；
[0059] Gstd為標準測試條件下的光照強度；
[0060] k為功率溫度系數(shù)；
[0061] Tc為光伏電池工作溫度；
[0062] Tr為參考溫度。
[0063] (3)儲能裝置模型
[0064] 儲能裝置在t時刻的剩余電量與蓄電池在t-Ι時刻的剩余電量、[t_l，t]時段蓄電 池的充放電功率以及自身的電量衰減量有關(guān)。其充電和放電過程用數(shù)學(xué)表達式表示如下：
[0065] 充電時，Ps(t)彡0，E(t) = (l-〇)E(t-l)+ncPs(t) At (3)
[0067]式中:E(t)為蓄電池在t時段結(jié)束時的剩余電量；
[0068] Ps(t)為蓄電池[t_l，t]時段的充放電功率；
[0069] σ為其自放電率；
[0070] η。為其充電效率；
[0071] nd為其放電效率；
[0072] At為時間間隔。
[0073] 為作簡化，考慮理想情況，即自放電率0取為0,充放電效率取為100%。因此，充電 和放電過程可以統(tǒng)一表達如下：
[0074] E(t)=E(t-l)+Ps(t)At (5)
[0075] 根據(jù)上述公式可以發(fā)現(xiàn)，在做了一些理想化假設(shè)之后，儲能裝置的模型十分清晰 明了，當(dāng)前時段結(jié)束后的剩余電量僅與上一時段結(jié)束后的剩余電量以及當(dāng)前時段的充放電 功率有關(guān)，因此有必要依托風(fēng)電場和光伏電站的有功出力數(shù)據(jù)，對蓄電池功率和容量的配 置進行優(yōu)化，以滿足并網(wǎng)發(fā)電要求。
[0076]本優(yōu)化的限制條件如下所述：
[0077]約束條件包括蓄電池自身的約束條件和不同控制目標的約束條件。蓄電池自身的 約束條件有：
[0078] (1)儲能裝置充放電功率的限制，
[0079] -PR^Ps(t)^PR (6)
[0080]其中_Pr的負號表不放電狀態(tài)。
[0081 ] (2)儲能裝置荷電狀態(tài)（state of charge，簡稱S0C)的限制，荷電狀態(tài)（S0C)代表 的是儲能裝置的剩余容量與額定容量的比值，常用百分數(shù)表示，其取值范圍為[0，1]。荷電 狀態(tài)的表達式可以記為：
[0083]其中，Ps(t)為蓄電池[t_l，t]時段的充放電功率；
[0084] S0C為儲能裝置的荷電狀態(tài)；
[0085] S0Cini*儲能裝置的初始荷電狀態(tài)；
[0086] Er為儲能裝置的額定容量。
[0087]儲能裝置荷電狀態(tài)限制有：
[0088] SOCmin^SOC^SOCmax (8)
[0089] 本發(fā)明的優(yōu)化方法的控制目標為設(shè)定發(fā)電計劃上下限GSH和GSL，GSH為風(fēng)電場/光 伏電站額定功率的70 %，GSL為風(fēng)電場/光伏電站額定功率的30 %。當(dāng)風(fēng)電場/光伏電站出力 功率超過GSH時，為盡量跟蹤發(fā)電計劃，儲能電池開始充電，但此時有可能棄風(fēng)/光；出力功 率低于GSL時，為盡量跟蹤發(fā)電計劃，儲能電池開始放電；出力功率高于GSL而GSH時，儲能電 池則保持不充電也不放電的狀態(tài)。本優(yōu)化算法以棄電（風(fēng)電、光伏)率和深充放次數(shù)為考核 目標，進行優(yōu)化求解。優(yōu)化方法詳細情況如下：
[0090] 用E(N)代表N時刻結(jié)束時的蓄電池剩余容量，EDIS(N)代表該時段的棄電量，棄電 量的值會受到蓄電池額定功率和額定容量的制約。
[0091] N時刻結(jié)束時蓄電池的S0C表達式為：
[0092] SOC(N)=E(N)/E〇 (9)
[0093] 在N時刻，若風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw(N)小于GSH而大于GSL，則儲能蓄電池不 需要工作，既不充電也不放電，即為CASE3:
[0094] N時刻剩余容量為：
[0095] E(N)=E(N-1) (10)
[0096] 棄電量表達式為:EDIS(N)=0 (11)
[0097] 在N時刻，若風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw(N)大于GSH，則蓄電池開始充電，具體分 成兩種情況：
[0098] (1)若Pw(N)>GSH+Po
[0099 ]風(fēng)電場/光伏電站輸出功率大于GSH加上儲能蓄電池的額定功率，此時蓄電池會以 Po充電，即:P(N)=Pq (12)
[0100] 接著又可以分為兩種情況：
[0101] CASE1：E(N-1)+P(N) · dt>E〇
[0102] 上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之和超過額定容量， 貝1JN時刻剩余容量：
[0103] E(N)=Eo (13)
[0104] 棄電量表達式為4〇130)=(卩《>0)-63!〇.肚-化()40-1)) (14)
[0105] CASE2：E(N-1)+P(N) · dt^Eo
[0106] 上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之和未超過額定容 量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-1)+P(N) · dt (15)
[0107] 棄電量表達式為:EDIS(N) = (Pw(N)-GSH-P(N)) · dt (16)
[0108] (2)Pw(N)^GSH+Po
[0109] 風(fēng)電場/光伏電站輸出功率小于等于GSH加上儲能蓄電池的額定功率，此時蓄電池 會以Pw(N)-GSH充電，BP:P(N)=Pw(N)-GSH (17)
[0110] 接著又可以分為兩種情況：
[0111] CASE1：E(N-1)+P(N) · dt>E〇
[0112] 上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之和超過額定容量， 貝1JN時刻剩余容量：
[0113] E(N)=Eo (18)
[0114] 棄電量表達式為4〇130)=(卩《>0)-63!〇.肚-化。40-1)) (19)
[0115] CASE2：E(N-1)+P(N) · dt^Eo
[0116] 上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之和未超過額定容 量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-1)+P(N) · dt (20)
[0117] 棄電量表達式為:EDIS(N) = (Pw(N)-GSH-P(N)) · dt (21)
[0118] 在N時刻，若風(fēng)電場輸出功率Pw (N)小于GSL，則蓄電池開始放電，棄電量ED IS (N)= 0。具體可分成兩種情況：
[0119] (l)Pw(N)<GSL-Po
[0120] 風(fēng)電場/光伏電站輸出功率小于GSL減去儲能蓄電池的額定功率，此時蓄電池會以 Po放電，即：
[0121] P(N)=Po (22)
[0122] 接著又可以分為兩種情況：
[0123] CASE4:E(N-1)-P(N) · dt彡0。
[0124] 上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之差小于等于0，則N 時刻剩余容量：
[0125] E(N)=0 (23)
[0126] 棄電量為：
[0127] EDIS(N)=0 (24)
[0128] CASE5：E(N-1)-P(N) · dt>0
[0129] 上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之和未超過額定容 量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-1)-P(N) · dt (25)
[0130] 棄電量為：
[0131] EDIS(N)=0 (26)
[0132] (2)Pw(N)^GSL-Po
[0133] 風(fēng)電場輸出功率大于等于GSL減去儲能蓄電池的額定功率，此時蓄電池會以GSL-Pw(N)放電，即：
[0134] P(N)=GSL-Pw(N) (27)
[0135] 接著又可以分為兩種情況：
[0136] CASE4:E(N-1)-P(N) · dt彡0。
[0137] 上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之差小于等于0，則N 時刻剩余容量：
[0138] E(N)=0 (28)
[0139] 棄電量為：
[0140] EDIS(N)=0 (29)
[0141] CASE5：E(N-1)-P(N) · dt>0
[0142] 上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時間間隔之和未超過額定容 量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-1)-P(N) · dt (30)
[0143] 棄電量為:EDIS(N)=0 (31)
[0144] 在完成所有8760小時的計算之后，可以得出棄電量WDIS和棄電率RDIS:
[0147]深充放次數(shù)的定義和計算需要用到荷電狀態(tài)S0C，荷電狀態(tài)的表達式為：
[0149] 深充放次數(shù)的定義為，儲能蓄電池從S0C為0到S0C為1的過程記作一次深充放過 程，但形如從S0C為0到S0C為0.5再到S0C為0的過程則不計在內(nèi)。用示意圖2作簡要說明，雖 然電池有多次達到S0C為0和S0C為1的狀態(tài)，但深充放次數(shù)只有2次。
[0150] 深充放次數(shù)的計算步驟如下：
[0151] 1，設(shè)向量L1，把S0C的0和1依次按順序提取出來并存放于L1中；
[0152] 2,對L1逐點求異或，將結(jié)果存放于向量L2中；
[0153] 3,對向量L2求和，結(jié)果即為深充放次數(shù)。即：
[0155] 本發(fā)明的一具體應(yīng)用實例如下：
[0156] 根據(jù)某風(fēng)電場99MW的風(fēng)電裝機一年的出力情況，進行儲能容量配比分析和計算。 一年內(nèi)，若不考慮棄風(fēng)措施，本期風(fēng)電場的出力為318946MWh，折合為年發(fā)電小時數(shù)約 3222h。根據(jù)上述優(yōu)化方法計算得到儲能電池在不同容量及功率條件下棄電量的曲線，如圖 3所示。
[0157] 由圖3,可得到以下結(jié)論：
[0158] (1)在不配置儲能系統(tǒng)的條件下，風(fēng)電場的棄風(fēng)率約為16.7%，棄電量約為 53264Mffh〇
[0159] (2)在同一儲能容量的條件下，隨著儲能系統(tǒng)功率的增加，棄風(fēng)率逐步下降，最終 趨于穩(wěn)定。
[0160] (3)隨著儲能系統(tǒng)容量的增加，風(fēng)電場對應(yīng)的穩(wěn)定棄風(fēng)率逐步降低。在考慮lOOMffh 容量的儲能條件下，系統(tǒng)的棄風(fēng)率下降為11.6%，約下降5個百分點，下降幅度較為有限。
[0161] 另一方面，儲能電池的壽命決定于反復(fù)充放電次數(shù)，儲能系統(tǒng)容量功率的配置應(yīng) 在降低棄風(fēng)率的同時確保系統(tǒng)深充放電次數(shù)在合理的范圍內(nèi)。計算儲能電池在不同容量及 功率條件下深充放電次數(shù)的曲線，如圖4所示。
[0162] 由圖4,可得到以下結(jié)論：
[0163] (1)在同一儲能容量的條件下，隨著儲能系統(tǒng)功率的增加，深充放電次數(shù)增加，最 終趨于某一穩(wěn)定值。
[0164] (2)隨著儲能系統(tǒng)容量的增加，儲能電站對應(yīng)的穩(wěn)定深充放電次數(shù)逐步減小?？紤] 10Mffh、50MWh、lOOMffh容量的儲能設(shè)備，系統(tǒng)穩(wěn)定的年深充放電次數(shù)分別約為510次、280次、 200次。
[0165] (3)儲能電池容量為25MWX1.2h的條件下，儲能電池的年深充放電次數(shù)約為210 次，較10麗11容量條件下降低約60%。
[0166] 綜合上述分析，由于風(fēng)電出力的波動性較大，儲能容量的增加對系統(tǒng)棄電率的減 少效果有限，儲能電池的容量配置不宜過高。建議配置儲能設(shè)備后，風(fēng)電場的棄風(fēng)率低于 15%，根據(jù)曲線計算結(jié)果，可采用20MWh或者30MWh儲能容量。由儲能容量與棄風(fēng)率關(guān)系曲線 對應(yīng)20Mffh、30MWh的曲線可以看出，儲能電池功率在25MW左右出現(xiàn)拐點，棄風(fēng)率下降趨勢趨 于穩(wěn)定，儲能電池功率取25MW可得到較好的技術(shù)指標效益，因此該工程儲能電池的容量取 值可為25Mff*0.8h(20Mffh)或25MW*1.2h(30Mffh)。但根據(jù)儲能容量與儲能電池深充放電次數(shù) 曲線可知，20MWh方案深充放電次數(shù)接近300次/年，遠大于30MWh方案(210次/年），從儲能電 池壽命考慮，建議儲能電池的容量取值25MWX1.2h(30Mffh)。
[0167] 根據(jù)上述優(yōu)化算法和算例分析，可以看出本發(fā)明基于風(fēng)電、光伏和儲能發(fā)電模型， 提出了一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，該方法考慮儲能電池功率和容量的約 束條件，以儲能棄電率和充放電次數(shù)作為目標函數(shù)，使用逐點枚舉法來分別求出對應(yīng)的棄 電量、電池深充放次數(shù)等指標，最后得出推薦的儲能功率和容量的最優(yōu)值。該計算優(yōu)化方法 在工程中有較高的實用價值，有利于全面掌握風(fēng)電或光伏發(fā)電的波動特性，同時該軟件能 夠充分挖掘風(fēng)電+儲能、光伏+儲能以及風(fēng)電+光伏+儲能的匹配關(guān)系，構(gòu)建合理的風(fēng)電+儲 能、光伏+儲能和風(fēng)電+光伏+儲能的配比方式，從而為大力提升電網(wǎng)對可再生能源的接納能 力奠定了基礎(chǔ)。
[0168] 以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無 需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù) 人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的 技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 設(shè)定發(fā)電計劃上下限GSH和GSL，同時讀取風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw(N)，電池額 定容量Eo,儲能蓄電池的額定功率Po,判斷Pw(N)和GSH、GSL的大小關(guān)系； 52、 在N時刻，若風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw(N)小于GSH而大于GSL，則儲能蓄電池不 需要工作，既不充電也不放電，此狀態(tài)計為CASE3; 53、 在N時刻，若風(fēng)電場/光伏電站輸出功率Pw (N)大于GSH，則蓄電池開始充電，具體分 成兩種情況： (1) 若Pw(N) >GSH+P〇,即風(fēng)電場/光伏電站輸出功率大于GSH加上儲能蓄電池的額定功 率，此時蓄電池會以Po充電，即:P(N) =P0; (2) 若Pw(N)彡GSH+Po,即風(fēng)電場/光伏電站輸出功率小于等于GSH加上儲能蓄電池的額 定功率，此時蓄電池會以Pw(N)-GSH充電，即：P(N) =Pw(N)-GSH; 54、 在N時刻，若風(fēng)電場輸出功率Pw (N)小于GSL，則蓄電池開始放電，棄電量EDIS (N)= 〇,具體可分成兩種情況： (1) 若Pw(N)<GSL-PQ，風(fēng)電場/光伏電站輸出功率小于GSL減去儲能蓄電池的額定功率， 此時蓄電池會以Po放電，即:P(N) =Po; (2) 若Pw(N)多GSL-Po,風(fēng)電場輸出功率大于等于GSL減去儲能蓄電池的額定功率，此時 蓄電池會以GSL-Pw(N)放電，SP :P(N) =GSL-Pw(N); 55、 在完成所有8760小時的計算之后，可以得出棄電量WDIS和棄電率RDIS，其中56、 計算深充放次數(shù)TDIS。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述步驟S3中第一種情況Pw(N) >GSH+P〇又分為兩種情形： CASEl :E(N-1)+P(N) · dt>E〇,即上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之和超過額定容量，則N時刻剩余容量:E (N )= Eo，棄電量表達式為:EDIS (N ) = ( Pw (N)-GSH) · dt-(E〇-E(N-l))； CASE2:E(N-1)+P(N) · dt彡E〇,上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時間 間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-l)+P(N)·dt，棄電量表達式為： EDIS(N) = (PW(N)-GSH-P(N)) · dt。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述步驟S3中第二種情況Pw(NKGSH+P〇又分為兩種情形： CASEl :E(N-1)+P(N) · dt>E〇,即上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之和超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N) = Eo，棄電量表達式為： EDIS(N) = (Pw(N)-GSH) · dt-(E〇-E(N-l))； CASE2:E(N-1)+P(N) · dt彡E〇,即上一時刻的電池容量加上該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N)=E(N-l)+P(N)·dt，棄電量表達式 為:EDIS(N) = (PW(N)-GSH-P(N)) · dt。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述步驟S4中第一種情況Pw(N) <GSL-P〇又分為兩種情形： CASE4:E(N-1)-P(N) · dt彡0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之差小于等于〇,則N時刻剩余容量:Ε(Ν)=0,棄電量為:EDIS(N)=O; CASE5:E(N-1)-P(N) · dt>0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N) =E(N-I)-P(N) · dt，棄電量為:EDIS (N)=O05. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述步驟S4中第二種情況Pw(N)彡GSL-Po又分為兩種情形： CASE4:E(N-1)-P(N) · dt彡0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之差小于等于〇,則N時刻剩余容量:Ε(Ν)=0,棄電量為:EDIS(N)=O; CASE5:E(N-1)-P(N) · dt>0,即上一時刻的電池容量減去該時段蓄電池的功率乘以時 間間隔之和未超過額定容量，則N時刻剩余容量:E(N) =E(N-I)-P(N) · dt，棄電量為:EDIS (N)=O06. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述步驟S6計算深充放次數(shù)TDIS的方法為：定義荷電狀態(tài)SOC，荷電狀態(tài)的表達式為： ￡'( ,V) ，定義深充放次數(shù)11^，即儲能蓄電池從如(：為〇到如(：為 1的過程記作一次 深充放過程，深充放次數(shù)TDIS計算步驟如下： (1) 設(shè)向量Ll，把SOC的0和1依次按順序提取出來并存放于Ll中； (2) 對Ll逐點求異或，將結(jié)果存放于向量L2中； (3) 對向量L2求和，結(jié)果即為深充放次數(shù)，BP :7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述步驟S2中CASE3狀態(tài)的剩余容量為:E(N) =E(N-I),棄電量表達式為:EDIS(N) =0。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于跟蹤計劃出力的儲能配置優(yōu)化方法，其特征在于，所 述發(fā)電計劃上限GSH為風(fēng)電場/光伏電站額定功率的70%，發(fā)電計劃下限GSL為風(fēng)電場/光伏 電站額定功率的30 %。
【文檔編號】H02J3/28GK106026145SQ201610368121
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】劉波, 袁智強, 曹哲
【申請人】上海電力設(shè)計院有限公司