基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站能量管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)以及能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮風(fēng)功率日前預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站控制方法，尤其適用于各種規(guī)模的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)儲(chǔ)功率的協(xié)調(diào)控制及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理，以實(shí)現(xiàn)基于儲(chǔ)能系統(tǒng)提高風(fēng)功率預(yù)測(cè)能力。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)首批試點(diǎn)工程，以“電網(wǎng)友好型”新能源發(fā)電為目標(biāo)，以“先進(jìn)性、靈活性、示范性、經(jīng)濟(jì)性”為特點(diǎn)，是目前世界上規(guī)模最大、集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能及輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程。其中，國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程(一期)擬建設(shè)風(fēng)電100MW、光伏發(fā)電40MW和儲(chǔ)能裝置20MW(包含14MW磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、2麗全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、4MW鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng))。
[0003]隨著儲(chǔ)能電池及其集成技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用電池儲(chǔ)能電站去實(shí)現(xiàn)平滑風(fēng)光功率輸出、跟蹤計(jì)劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷、暫態(tài)有功出力緊急響應(yīng)、暫態(tài)電壓緊急支撐等多種應(yīng)用，已成為了一種可行方案。
[0004]隨著風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)規(guī)模的逐漸加大，為規(guī)范風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行及風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)度管理，近年相繼出臺(tái)了風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)的管理辦法和實(shí)施細(xì)則，與風(fēng)電場(chǎng)配套的風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)也在普及應(yīng)用。基于風(fēng)功率的日前預(yù)測(cè)結(jié)果，網(wǎng)調(diào)部門(mén)可以合理制定風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電計(jì)劃，優(yōu)化日前機(jī)組組合，減少電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量。在風(fēng)電場(chǎng)與儲(chǔ)能電站聯(lián)合發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)功率，將有助于提高風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)以及電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。其中關(guān)鍵問(wèn)題之一是掌握基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制方法。
[0005]從電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，其充放電功率和儲(chǔ)能容量有限，且過(guò)度的充電和過(guò)度的放電都將對(duì)儲(chǔ)能電池的壽命造成影響。因此，監(jiān)控好儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)，優(yōu)化控制實(shí)時(shí)風(fēng)儲(chǔ)功率，并將儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)控制在一定范圍內(nèi)是必要的。
[0006]目前正在探索基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的功率實(shí)時(shí)控制及能量管理方法，需要結(jié)合電池儲(chǔ)能電站的運(yùn)行特性及儲(chǔ)能電池特性，深入研究和探索基于功率預(yù)測(cè)的大規(guī)模風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行控制的核心技術(shù)，解決大規(guī)模風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電站的協(xié)調(diào)控制及能量管理中的關(guān)鍵問(wèn)題?，F(xiàn)有的大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)/電站的功率控制與能量管理方法中，一般不將儲(chǔ)能電池的充放電倍率特性計(jì)入約束條件進(jìn)行能量管理，因此，有時(shí)會(huì)存在不能充分發(fā)揮不同類(lèi)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的互補(bǔ)特性?xún)?yōu)勢(shì)，影響電池使用壽命等弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種基于風(fēng)功率短期預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站能量管理方法，該方法在實(shí)時(shí)滿(mǎn)足風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差要求的同時(shí)，具備可以?xún)?yōu)化電池儲(chǔ)能電站工作效率及能量存儲(chǔ)狀態(tài)的功能，以確保電池儲(chǔ)能電站穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的控制目的。
[0008]本發(fā)明的控制方法是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站能量管理方法，包括以下步驟:
[0010]步驟I)獲取風(fēng)電功率的日前預(yù)測(cè)值、當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值以及當(dāng)前各儲(chǔ)能機(jī)組的可控狀態(tài)值和荷電狀態(tài)值；
[0011]步驟2)基于風(fēng)電功率的日前預(yù)測(cè)值，分別計(jì)算風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上、下限特征值；
[0012]步驟3)通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)控制模塊實(shí)時(shí)修正風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合出力控制目標(biāo)，并確定電池儲(chǔ)能電站總功率需求值；所述有限狀態(tài)機(jī)控制模塊包括儲(chǔ)能SOC有限狀態(tài)機(jī)和風(fēng)電功率有限狀態(tài)機(jī)。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟2)具體包括:
[0014]所述風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值為風(fēng)電功率的日前預(yù)測(cè)值與預(yù)設(shè)的風(fēng)電功率最大誤差上限值的乘積，所述風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值為風(fēng)電功率日前預(yù)測(cè)值與預(yù)設(shè)的風(fēng)電功率最大誤差下限值的乘積。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟3)具體包括:
[0016]I)在儲(chǔ)能SOC有限狀態(tài)機(jī)中設(shè)置如下三種狀態(tài):
[0017]“S0C狀態(tài)A”:儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值小于SOC1ot的狀態(tài)；
[0018]“S0C狀態(tài)B”:儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值介于S0Cminl、SOCmin2之間的狀態(tài)；
[0019]“S0C狀態(tài)C”:儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值大于SOChigh的狀態(tài)；
[0020]其中，S0Clow<S0Cminl<S0Cmin2<S0Chigh,所述S0Chigh、SOClow 分別為預(yù)設(shè)的儲(chǔ)能機(jī)組荷電狀態(tài)上、下限值，SOCminl和SOCmin2為預(yù)設(shè)的儲(chǔ)能機(jī)組荷電狀態(tài)理想值；
[0021]2)在風(fēng)電功率有限狀態(tài)機(jī)中設(shè)置如下三種狀態(tài):
[0022]“風(fēng)電狀態(tài)A”:當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值小于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值的狀態(tài)；
[0023]“風(fēng)電狀態(tài)B”:當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值介于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上、下限特征值之間的狀態(tài)；
[0024]“風(fēng)電狀態(tài)C”:當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值大于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值的狀態(tài)。
[0025]當(dāng)風(fēng)電功率有限狀態(tài)機(jī)中的風(fēng)電功率處于“風(fēng)電狀態(tài)A”時(shí)，通過(guò)下述方法計(jì)算電池儲(chǔ)能電站總功率需求值:
[0026]Al)當(dāng)前儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值處于“S0C狀態(tài)A”時(shí)，電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值乘以預(yù)測(cè)下限功率修正系數(shù)后，減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0027]A2)當(dāng)前儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值處于“S0C狀態(tài)B”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0028]A3)當(dāng)前儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值處于“S0C狀態(tài)C”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值乘以預(yù)測(cè)上限功率修正系數(shù)后，減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0029]當(dāng)風(fēng)電功率有限狀態(tài)機(jī)中風(fēng)電功率處于“風(fēng)電狀態(tài)B”時(shí)，通過(guò)下述方法計(jì)算電池儲(chǔ)能電站總功率需求值:
[0030]BI)當(dāng)前儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值處于“S0C狀態(tài)A”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0031]B2)當(dāng)前儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值處于“S0C狀態(tài)B”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為零；
[0032]B3)當(dāng)前儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值處于“S0C狀態(tài)C”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0033]當(dāng)風(fēng)電功率有限狀態(tài)機(jī)中風(fēng)電功率處于“風(fēng)電狀態(tài)C ”時(shí)，通過(guò)下述方法計(jì)算電池儲(chǔ)能電站總功率需求值:
[0034]Cl)當(dāng)前儲(chǔ)能SOC處于“S0C狀態(tài)A”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值乘以預(yù)測(cè)下限功率修正系數(shù)后，減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0035]C2)當(dāng)前儲(chǔ)能SOC處于“S0C狀態(tài)B”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值；
[0036]C3)當(dāng)前儲(chǔ)能SOC處于“S0C狀態(tài)C”時(shí):電池儲(chǔ)能電站總功率需求值為當(dāng)前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值乘以預(yù)測(cè)上限功率修正系數(shù)后，減去當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0038]本發(fā)明提供一種基于風(fēng)功率短期預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站能量管理方法，具有可兼顧風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差、儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，從而可實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能電站長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行。該方法主要是結(jié)合風(fēng)功率預(yù)測(cè)結(jié)果、風(fēng)功率允許誤差范圍、儲(chǔ)能電池S0C，應(yīng)用儲(chǔ)能SOC有限狀態(tài)機(jī)和風(fēng)電功率有限狀態(tài)機(jī)，對(duì)電池儲(chǔ)能電站的充放電功率和存儲(chǔ)能量狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)電池儲(chǔ)能電站充放電功率需求的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制的同時(shí)，優(yōu)化了電池儲(chǔ)能電站能量管理。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1是本發(fā)明鐘兆瓦級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能電站實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；
[0040]圖2是本發(fā)明基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站能量管理方法實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]本發(fā)明的控制方法可以應(yīng)用于電池儲(chǔ)能電站的協(xié)調(diào)控制與能量管理中，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的控制方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0042]如圖1所示，鋰電池儲(chǔ)能電站中包括雙向變流器和多個(gè)鋰電池儲(chǔ)能機(jī)組，通過(guò)雙向變流器可執(zhí)行對(duì)鋰電池儲(chǔ)能機(jī)組的啟?？刂萍俺浞烹姽β手噶畹?。
[0043]如圖2所示為基于風(fēng)功率預(yù)測(cè)的電池儲(chǔ)能電站能量管理方法流程圖，包含下列步驟:
[0044]步驟I)獲取風(fēng)電功率的日前預(yù)測(cè)值、當(dāng)前實(shí)際風(fēng)電功率值以及當(dāng)前各儲(chǔ)能機(jī)組的可控狀態(tài)值和荷電狀態(tài)值等數(shù)據(jù)；
[0045]步驟2)通過(guò)日前預(yù)測(cè)曲線(xiàn)直接讀取風(fēng)電功率的日前預(yù)測(cè)值，并進(jìn)一步通過(guò)下式(O- (2)計(jì)算風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差特征值，該預(yù)測(cè)誤差特征值包括風(fēng)電功率預(yù)測(cè)上限特征值
和風(fēng)電功率預(yù)測(cè)下限特征值P 預(yù)測(cè)下限:
[0046]P麵上限=(1+ ε上限)P麵(I)
[0047]P麵下限=(1_ ε下限)卩麵(2)
[0048]上述公式中，Psm為風(fēng)電功率的日前預(yù)測(cè)值、ε ±_為風(fēng)電功率最大誤差上限值、ε 風(fēng)電功率最大誤差下限值。ε ±R、ε Mg是根據(jù)最大允許誤差值預(yù)先設(shè)定的，取值范圍分別在[0，1]之間；例如，當(dāng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)的最大允許誤差值為25%時(shí)，則ε ±_和ε TR的取值為0.25。
[0049]步驟3)基于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差特征值以及當(dāng)前各電池儲(chǔ)能機(jī)組的荷電狀態(tài)值，通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)控制模塊實(shí)時(shí)修正風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合出力控制目標(biāo)，并確定電池儲(chǔ)能電站總功率需求。據(jù)此，基于風(fēng)電預(yù)測(cè)功率實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能電站存儲(chǔ)能量的優(yōu)化控制與管理。所述電池儲(chǔ)能電站總功率需求值的計(jì)算方法如下:
[0050