一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，方法如下：确定平抑波动控制目标，构建储能设备工作时的约束条件；获取负荷运行数据和历史气象数据；结合当地负荷情况，求取地区联络线的功率传输数据；滤波结果通过傅里叶反变换返回时域后波动率满足平抑目标要求，记录低通滤波器补偿频率初值；在初值附近设置多组滤波器滤波参数并计算巴特沃兹滤波器系数，对平滑后波动功率进行检验，当波动率不满足控制波动率要求时修改滤波器参数，直至全时段时间窗口功率波动满足要求；计算并最终获得功率型和能量型储能设备的容量配置结果。本发明专利技术避免了由于傅里叶反变换引起的循环卷积带来储能装置配置结果偏大的结果，并保证了储能配置策略经济合理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法
本专利技术涉及一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，属于新能源储能设备规划

技术介绍
储能技术自首次提出以来经历了飞速的发展，现在主流的储能方式可以分为机械储能、电磁储能和电化学储能三种类型。另一方面，按照储能设备的响应速率可以分为功率型储能和能量型储能设备。前者以超级电容器、飞轮储能为代表，具有响应快(快速充放电)、寿命长、容量小等特点，适合补偿短时功率波动；后者以蓄电池为代表，具有容量大、响应慢(相比功率型储能)等特点，适合补偿长时功率波动。我国微电网建设同国外起步相对较晚，现在在国内已有多个微电网示范工程应用中心。在这些微电网区域内接入了大量的分布式发电设备，这些发电设备的有功出力完全依赖于外界的气象条件。因此，环境因素以及微网区域内负荷波动的影响导致了地区同主网联络线存在一定的波动。这些波动无疑增加了电网设备的附加损耗，同时也为微网的稳定运行构成了一定的威胁。而储能装置由于其自身具有充放电特性，可以安装在微网地区并网点以存储或者释放电能平抑联络线中存在的功率波动。但是，由于缺乏针对联络线功率波动性控制的模式及准则，以控制联络线功率波动的储能配置方法相关研究还处于起步阶段。传统的配置方法一般将波动信号视为高频扰动分量运用理想低通滤波器与联络线功率傅里叶变换结果相乘，再通过傅里叶反变换回时域中，对比平滑信号与原波动功率求取功率型和能量型储能配置方案。但是，实际上这样的方法将会不可避免的在反变换的过程中造成频域混叠现象，这样将会使得储能配置结果明显偏大，储能配置的经济性不高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，考虑了频域递归滤波算法对于功率传输中高频分量的去除作用，避免了传统方法中由于傅里叶反变换引起的循环卷积所带来储能装置配置结果偏大的结果；本专利技术求取了满足平抑联络线功率波动要求情况下的最优巴特沃兹滤波器结构，即使得计算所得储能配置更加经济合理(如果巴特沃兹滤波器滤波参数选择不合适，可能会造成储能配置结果偏大)；另外，本配置方法保证系统在正常运行状态时储能装置满足规划约束条件，使得配置结果更具安全性。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：(1)确定联络线平抑波动控制目标，构建储能设备正常工作时的约束条件；所述联络线平抑波动控制目标的确定方法如下：记TE时间段内的输出功率波动率为则在时间段内的输出功率波动率检验指标为；其中，Pn为典型日内功率波动的最大值，分别为该时间段内最大与最小输出功率，判断目标功率输出是否满足功率平滑要求，需保证在全日内，任意TE时间段中的功率波动率不超过设定的上限(2)获取配电网新能源设备建设数据、负荷运行数据和历史气象数据；(3)将步骤(2)所获得的历史气象数据代入光伏和风机模型中，根据该模型的安装功率求出风电场的输出功率和光伏电站的输出功率；并将区域配网作为一个整体，该整体通过地区联络线与主网连接，计算该地区典型日联络线传输功率，所述地区典型日联络线传输功率为该地区新能源发电功率和负荷的差值，即需要通过储能装置平抑的波动功率；(4)对步骤(3)中计算所得的地区典型日联络线传输功率进行傅里叶分析，将所获得的傅里叶变换结果与一个理想低通滤波器相乘进行功率平滑，通过傅里叶反变换，检验获得的平滑功率是否满足步骤(1)中的波动率检验指标，如果不满足则逐次减小低通滤波器的通带大小，直至满足功率平滑要求，记录此时理想低通滤波器的截止频率，将该截止频率作为巴特沃兹滤波器的截止频率初始值；(5)运用巴特沃兹滤波器结构，在步骤(4)中所获得的截止频率初始值的±20％范围内设置多组截止频率，按照截止频率从高到低的顺序计算相应巴特沃兹滤波器系数，并用计算得到的巴特沃兹滤波器系数对已获得的联络线传输功率数据进行低通滤波，检验滤波后联络线功率是否满足步骤(1)中的波动率检验指标，如果不满足则修改巴特沃兹滤波器的滤波参数，直至滤波后联络线功率达到平滑性要求则执行步骤(6)；(6)计算通过滤波器后的联络线输出功率与联络线原始功率的差值，根据储能设备运行情况考虑储能系统的综合效率，可计算储能系统实际充放电功率，进而计算基于巴特沃兹滤波器结构下的功率型和能量型储能设备的容量配置结果。步骤(1)中，所述约束条件包括储能荷电状态运行约束条件和储能设备连续运行约束。步骤(2)中，为获取所述负荷运行数据和历史气象数据需获得一年12个月的典型日逐分钟的数值；所述配电网新能源设备建设数据包括配电网风机、光伏装机容量；所述负荷运行数据包括地区一年中不同时刻每分钟的实际运行数据；所述历史气象数据包括配电网地区的风力数据和光照数据。步骤(3)中，所述风电场的输出功率是所有风电机组输出功率之和，因此，为了计算风电场的输出功率，必须首先确定风电机组的输出功率特性，确定风电机组的输出功率，风电机组是否处于发电状态以及输出功率的大小都取决于风速的状况，风电机组的输出功率特性可由下式表示：式中，PR是风电机组的额定功率、Vci是风电机组切入风速，Vco是切出风速；VR是额定风速；f(V)表示风速在Vci和VR之间时，风电机组输出功率与风速之间的函数关系；即风电机组的功率特性包括以下运行状态：(a)当V<Vci时，风速小于机组的切入风速，机组的输出功率为0；当V≥Vco时，即风速超过切出风速值时，出于保护机组的目的将使整个机组停止运行；(b)当Vci≤V<VR时，即风速处于切入风速和额定风速之间，在理想情况下，机组可以实现风功率的最大转换；(c)当VR≤V<Vco时，即风速处于额定风速与切出风速之间，考虑到风电机组容量的限制，机组运行在额定负荷状态；在计算所述光伏电站的输出功率时，给出以下公式：P＝ηmodAItiltηwrηpc(4)ηmod＝fm[1-β(Tcell-28)]ηsd(5)Tcell＝0.032Itilt+Ten(6)Itilt＝IhorizonalR(7)其中，R为Ihorizonal到Itilt的折算系数、P为输出功率，ηmod为该小时环境温度下的模块效率，A为光照总表面积，ηwr为配线效率系，ηpc为功率调节系统效率，Itilt为倾斜面的光照，Ihorizonal为水平面的光照，ηsd为模块的标准效率，fm为匹配系数，β为效率改变的温度系数，Tcell为光伏电池的温度，Ten为环境温度；这些公式是基于固定的倾斜平面，如果计算一年总的最大输出功率，倾斜角即为所在位置的纬度，联立以上公式，将气象数据代入即可求得光伏电站的输出功率。步骤(4)中，所述巴特沃兹滤波器的截止频率初始值计算方法如下：(4-1)对典型日联络线功率进行傅里叶分析：将联络线功率波动向量Pg进行离散傅里叶变换，获得幅频结果Sg：Sg＝F(Pg)＝[Sg(1),…,Sg(n),…,Sg(NS)]T(8)其中Pg为联络线功率波动向量，F(Pg)表示对于功率数据进行傅里叶变换，Sg为傅里叶变换结果，Sg(n)为傅里叶变换结果的第n个分量，Ns为傅里叶变换后频域中离散点的个数，其中，傅里叶变换结果中每一分量所对应的频率分量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：(1)确定联络线平抑波动控制目标，构建储能设备正常工作时的约束条件；所述联络线平抑波动控制目标的确定方法如下：记T

【技术特征摘要】
1.一种基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：(1)确定联络线平抑波动控制目标，构建储能设备正常工作时的约束条件；所述联络线平抑波动控制目标的确定方法如下：记TE时间段内的输出功率波动率为则在时间段内的输出功率波动率检验指标为；其中，Pn为典型日内功率波动的最大值，分别为该时间段内最大与最小输出功率，判断目标功率输出是否满足功率平滑要求，需保证在全日内，任意TE时间段中的功率波动率不超过设定的上限(2)获取配电网新能源设备建设数据、负荷运行数据和历史气象数据；(3)将步骤(2)所获得的历史气象数据代入光伏和风机模型中，根据该模型的安装功率求出风电场的输出功率和光伏电站的输出功率；并将区域配网作为一个整体，该整体通过地区联络线与主网连接，计算该地区典型日联络线传输功率，所述地区典型日联络线传输功率为该地区新能源发电功率和负荷的差值，即需要通过储能装置平抑的波动功率；(4)对步骤(3)中计算所得的地区典型日联络线传输功率进行傅里叶分析，将所获得的傅里叶变换结果与一个理想低通滤波器相乘进行功率平滑，通过傅里叶反变换，检验获得的平滑功率是否满足步骤(1)中的波动率检验指标，如果不满足则逐次减小低通滤波器的通带大小，直至满足功率平滑要求，记录此时理想低通滤波器的截止频率，将该截止频率作为巴特沃兹滤波器的截止频率初始值；(5)运用巴特沃兹滤波器结构，在步骤(4)中所获得的截止频率初始值的±20％范围内设置多组截止频率，按照截止频率从高到低的顺序计算相应巴特沃兹滤波器系数，并用计算得到的巴特沃兹滤波器系数对已获得的联络线传输功率数据进行低通滤波，检验滤波后联络线功率是否满足步骤(1)中的波动率检验指标，如果不满足则修改巴特沃兹滤波器的滤波参数，直至滤波后联络线功率达到平滑性要求则执行步骤(6)；(6)计算通过滤波器后的联络线输出功率与联络线原始功率的差值，根据储能设备运行情况考虑储能系统的综合效率，可计算储能系统实际充放电功率，进而计算基于巴特沃兹滤波器结构下的功率型和能量型储能设备的容量配置结果。2.根据权利要求1所述的基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，步骤(1)中，所述约束条件包括储能荷电状态运行约束条件和储能设备连续运行约束。3.根据权利要求1所述的基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，步骤(2)中，为获取所述负荷运行数据和历史气象数据需获得一年12个月的典型日逐分钟的数值；所述配电网新能源设备建设数据包括配电网风机、光伏装机容量；所述负荷运行数据包括地区一年中不同时刻每分钟的实际运行数据；所述历史气象数据包括配电网地区的风力数据和光照数据。4.根据权利要求1所述的基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，步骤(3)中，所述风电场的输出功率是所有风电机组输出功率之和，因此，为了计算风电场的输出功率，必须首先确定风电机组的输出功率特性，确定风电机组的输出功率，风电机组是否处于发电状态以及输出功率的大小都取决于风速的状况，风电机组的输出功率特性可由下式表示：式中，PR是风电机组的额定功率、Vci是风电机组切入风速，Vco是切出风速；VR是额定风速；f(V)表示风速在Vci和VR之间时，风电机组输出功率与风速之间的函数关系；即风电机组的功率特性包括以下运行状态：(a)当V<Vci时，风速小于机组的切入风速，机组的输出功率为0；当V≥Vco时，即风速超过切出风速值时，出于保护机组的目的将使整个机组停止运行；(b)当Vci≤V<VR时，即风速处于切入风速和额定风速之间，在理想情况下，机组可以实现风功率的最大转换；(c)当VR≤V<Vco时，即风速处于额定风速与切出风速之间，考虑到风电机组容量的限制，机组运行在额定负荷状态；在计算所述光伏电站的输出功率时，给出以下公式：P＝ηmodAItiltηwrηpc(4)ηmod＝fm[1-β(Tcell-28)]ηsd(5)Tcell＝0.032Itilt+Ten(6)Itilt＝IhorizonalR(7)其中，R为Ihorizonal到Itilt的折算系数、P为输出功率，ηmod为该小时环境温度下的模块效率，A为光照总表面积，ηwr为配线效率系，ηpc为功率调节系统效率，Itilt为倾斜面的光照，Ihorizonal为水平面的光照，ηsd为模块的标准效率，fm为匹配系数，β为效率改变的温度系数，Tcell为光伏电池的温度，Ten为环境温度；这些公式是基于固定的倾斜平面，如果计算一年总的最大输出功率，倾斜角即为所在位置的纬度，联立以上公式，将气象数据代入即可求得光伏电站的输出功率。5.根据权利要求1所述的基于巴特沃兹滤波器的储能配置方法，其特征在于，步骤(4)中，所述巴特沃兹滤波器的截止频率初始值计算方法如下：(4-1)对典型日联络线功率进行傅里叶分析：将联络线功率波动向量Pg进行离散傅里叶变换，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖永，顾全，文贤馗，林呈辉，徐玉韬，陈建国，徐梅梅，顾威，范强，龙秋风，徐长宝，杨兆军，宁楠，雷鸣，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司电力科学研究院，南京南瑞继保电气有限公司，贵州电网有限责任公司六盘水供电局，
类型：发明
国别省市：贵州,52