一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，包括建立光伏混合储能系统柔性并网模型；以配电网“源‑网”经济运行和节点电压优化目标，建立光伏混合储能系统参与配电网优化运行模型，获得混合储能最优目标功率；根据荷电状态及其充放电状态，提出混合储能控制策略，合理分配蓄电池和超级电容器的充放电功率。本发明专利技术不仅可以有效实现配电网经济运行和节点电压越限治理，而且能够充分发挥不同储能介质的技术特性，延长混合储能系统的运行寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法
本专利技术涉及一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，属于储能设备运行控制

技术介绍
在能源与环境的双重压力下，以光伏为代表的清洁能源发电得到了空前的发展。然而，高渗透率分布式光伏并网易引起配网电压越限等问题，影响光伏能源的满额消纳。此外，随着我国城市配电网电缆使用率日益提高，线路阻抗比R/X较大，电压对有功功率的变化较敏感，有功/无功潮流均会对节点电压产生较大影响，进一步加剧了光伏高渗透配电网高电压问题。储能除可抑制清洁能源功率波动、削峰填谷和调度跟踪；更可为配电网优化运行提供新的调控手段。光储一体系统，在满足光伏能源满额消纳的前提下，储能合理调节能量充放，以获得配网经济运行的最优并网功率，同时结合逆变器剩余容量的无功调节，有功/无功综合控制可有效并网节点电压，光储系统这一柔性并网方式加强了对电网的支撑和调节作用。储能本体大致可分为能量密度大、循环寿命短、响应时间长的能量型储能和功率密度大、循环寿命长、响应时间短的功率型储能两大类。混合储能系统(HybridEnergyStorageSystem,HESS)兼具两类储能的优点，充分利用了两者技术、经济和运行寿命的互补性，更有利于实现配电网优化运行的目标。目前HESS主要用于主网平抑新能源实际功率与预测功率的差值，保证安全可靠运行。配电网相对主网而言，潮流调控手段薄弱，分布式光伏出力波动平抑的相对价值较小，而解决高渗透率光伏引起的节点电压越限和提高配网经济运行水平的需求更为突出。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，包括，建立光伏混合储能系统柔性并网模型；以配电网“源-网”经济运行和节点电压优化目标，建立光伏混合储能系统参与配电网优化运行模型，获得混合储能最优目标功率；根据荷电状态及其充放电状态，提出混合储能控制策略，合理分配蓄电池和超级电容器的充放电功率。光伏混合储能系统柔性并网模型为，Ptotal(t)＝ηdc-ac(Ppv(t)+Phess(t))Ppv(t)＝ηdc-dcPMPPT(t)Phess(t)＝Pbat(t)+Pcap(t)其中，Ptotal(t)为t时刻并网有功功率，ηdc-ac为DC/AC转换效率，Phess(t)为t时刻混合储能系统的输出功率，Qtotal(t)为t时刻并网无功功率，Sinverter为AC/DC逆变器额定容量，Ppv(t)为t时刻光伏系统的输出功率，ηdc-dc为DC/DC转换效率，PMPPT(t)为t时刻DC/DC按照最大功率点跟踪控制策略时的最大输出有功功率，Pbat(t)为t时刻蓄电池的输出功率，Pcap(t)为t时刻超级电容器的输出功率，ηbat,c为蓄电池充电效率，ηbat,d为蓄电池放电效率，ηcap,c为超级电容器充电效率，ηcap,d为超级电容器放电效率，Pbat,c(t)为t时刻充电时蓄电池的输出功率，Pbat,d(t)为t时刻放电时蓄电池的输出功率，Pcap,c(t)为t时刻充电时超级电容器的输出功率，Pcap,d(t)为t时刻放电时超级电容器的输出功率。设t时刻蓄电池和超级电容器的荷电状态分别为SOCbat(t)和SOCcap(t)，Pbat(t)和Pcap(t)的输出范围如下：充电过程：其中，Δt为采样时间间隔，Pbat,clim(t)为t时刻蓄电池的充电功率限值，Pcap,clim(t)为t时刻超级电容器的充电功率限值，Cbat为蓄电池的的额定容量，Ccap为超级电容器的的额定容量，Pbat,cmax为蓄电池的最大充电功率，Pcap,cmax为超级电容器的最大充电功率，SOCbat,max为蓄电池的荷电状态最大值，SOCcap,max为蓄电池的荷电状态最大值；放电过程：其中，Pbat,dlim(t)为t时刻蓄电池的放电功率限值，Pcap,dlim(t)为t时刻超级电容器的放电功率限值，Pbat,dmax为蓄电池的最大放电功率，Pcap,dmax为超级电容器的最大放电功率，SOCbat,min为蓄电池的荷电状态最小值，SOCcat,min为蓄电池的荷电状态最小值。蓄电池和超级电容器的荷电状态值在时序上具有连续性；充电过程：放电电过程：配电网“源-网”经济运行模型为，目标函数：F＝min(PL,loss(t)+PPHESS,loss(t))PPHESS,loss(t)＝(1-ηdc-dc)PMPPT(t)+(1-ηbat,c)Pbat,c(t)+(1-ηbat,d)Pbat,d(t)+(1-ηcap,c)Pcap,c(t)+(1-ηcap,d)Pcap,d(t)+ξ(t)·ΔPs-loss+(1-ηdc-ac)(Ppv(t)+Phess(t))其中，F为目标函数，PL,loss(t)为t时刻配网网络损耗，PPHESS,loss(t)为t时刻光伏混合储能系统运行耗损，N为配网系统节点数，Pi(t)为t时刻节点i的注入有功功率，ξ(t)为蓄电池充放电状态变化量纲，ΔPs-loss为t时刻储能充放电状态切换时产生的损耗；约束条件：系统潮流约束：其中，PK,i(t)为t时刻节点i处变电站出口有功功率，QK,i(t)为t时刻节点i处变电站出口无功功率，PD,i(t)为t时刻节点i处负荷有功功率，QD,i(t)为t时刻节点i处负荷无功功率，Ptotal,i(t)为t时刻节点i处光伏混合储能系统有功功率，Qtotal,i(t)为t时刻节点i处光伏混合储能系统无功功率，Ppv,i(t)为t时刻节点i处光伏系统并网功率，Qwt,i(t)为t时刻节点i处风电系统并网功率，Ui(t)为t时刻节点i的电压幅值，Uj(t)为t时刻节点j的电压幅值，n表示配电网节点数，Gij为节点i和节点j之间的互电导，Bij为节点i和节点j之间的互电纳，δij为节点i和节点j之间的相位差；变电站出口功率约束：PK,min≤PK,i(t)≤PK,maxQK,min≤QK,i(t)≤QK,max其中，PK,min为变电站出口有功功率下限，PK,max为变电站出口有功功率上限，QK,min为变电站出口无功功率下限，QK,max为变电站出口无功功率上限；节点电压约束：Umin≤Ui(t)≤Umax其中，Umin和Umax分别为节点电压上下限；线路功率约束：PL,min≤Pij(t)≤PL,max其中，Pij(t)为t时刻节点i和节点j之间的线路功率，PL,min和PL,max分别为线路功率上下限；光伏混合储能系统约束为具体的光伏混合储能系统模型公式。节点电压越限治理模型为，并网点电压达到配电网安全运行允许的上限值Umax时，所对应注入配电网有功功率Plimit限制为，Plimit＝k(Umax-U(ta))+Ptotal(ta)其中，Ptotal(ta)为ta时刻并网有功功率，Ptotal(tb)为tb时刻并网有功功率，U(ta)为ta时刻并网点电压，U(tb)为tb时刻并网点电压；当检测到并网点电压越限时，混合储能系统根据Plimit来抑制过电压，此时混合储能系统输出功率为，Phess(t)＝Plimit-Ppv(t)当AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，其特征在于：包括，建立光伏混合储能系统柔性并网模型；以配电网“源‑网”经济运行和节点电压优化目标，建立光伏混合储能系统参与配电网优化运行模型，获得混合储能最优目标功率；根据荷电状态及其充放电状态，提出混合储能控制策略，合理分配蓄电池和超级电容器的充放电功率。

【技术特征摘要】
1.一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，其特征在于：包括，建立光伏混合储能系统柔性并网模型；以配电网“源-网”经济运行和节点电压优化目标，建立光伏混合储能系统参与配电网优化运行模型，获得混合储能最优目标功率；根据荷电状态及其充放电状态，提出混合储能控制策略，合理分配蓄电池和超级电容器的充放电功率。2.根据权利要求1所述的一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，其特征在于：光伏混合储能系统柔性并网模型为，Ptotal(t)＝ηdc-ac(Ppv(t)+Phess(t))Ppv(t)＝ηdc-dcPMPPT(t)Phess(t)＝Pbat(t)+Pcap(t)其中，Ptotal(t)为t时刻并网有功功率，ηdc-ac为DC/AC转换效率，Phess(t)为t时刻混合储能系统的输出功率，Qtotal(t)为t时刻并网无功功率，Sinverter为AC/DC逆变器额定容量，Ppv(t)为t时刻光伏系统的输出功率，ηdc-dc为DC/DC转换效率，PMPPT(t)为t时刻DC/DC按照最大功率点跟踪控制策略时的最大输出有功功率，Pbat(t)为t时刻蓄电池的输出功率，Pcap(t)为t时刻超级电容器的输出功率，ηbat,c为蓄电池充电效率，ηbat,d为蓄电池放电效率，ηcap,c为超级电容器充电效率，ηcap,d为超级电容器放电效率，Pbat,c(t)为t时刻充电时蓄电池的输出功率，Pbat,d(t)为t时刻放电时蓄电池的输出功率，Pcap,c(t)为t时刻充电时超级电容器的输出功率，Pcap,d(t)为t时刻放电时超级电容器的输出功率。3.根据权利要求2所述的一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，其特征在于：设t时刻蓄电池和超级电容器的荷电状态分别为SOCbat(t)和SOCcap(t)，Pbat(t)和Pcap(t)的输出范围如下：充电过程：其中，Δt为采样时间间隔，Pbat,clim(t)为t时刻蓄电池的充电功率限值，Pcap,clim(t)为t时刻超级电容器的充电功率限值，Cbat为蓄电池的的额定容量，Ccap为超级电容器的的额定容量，Pbat,cmax为蓄电池的最大充电功率，Pcap,cmax为超级电容器的最大充电功率，SOCbat,max为蓄电池的荷电状态最大值，SOCcap,max为蓄电池的荷电状态最大值；放电过程：其中，Pbat,dlim(t)为t时刻蓄电池的放电功率限值，Pcap,dlim(t)为t时刻超级电容器的放电功率限值，Pbat,dmax为蓄电池的最大放电功率，Pcap,dmax为超级电容器的最大放电功率，SOCbat,min为蓄电池的荷电状态最小值，SOCcat,min为蓄电池的荷电状态最小值。4.根据权利要求3所述的一种面向配电网优化运行的混合储能系统控制方法，其特征在于：蓄电池和超级电容器的荷电状态值在时序上具有连续性；充电过程：放电电过程：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雄，葛乐，袁晓冬，陈兵，李强，朱卫平，柳丹，吴楠，周建华，秦冉，郭兴欣，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，南京工程学院，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32