一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，步骤1：确定储能单元的容量配比；步骤2：设计储能电池的最大充放电速率约束函数；步骤3：确定主调控单元调节能力约束条件；步骤4：储能单元功率调度。本发明专利技术能够延长电池使用寿命和保证储能系统安全可靠运行，同时保证主调控单元这一缓冲池的持续缓冲能力。

An optimal allocation and coordination control method for large scale energy storage in an independent microgrid

The invention discloses a micro mass storage network independent can optimize the allocation and coordination control method, step 1: determine the energy unit capacity ratio; step 2: the maximum discharge rate constraint function design of storage battery; step 3: determine the main control unit to adjust the capacity constraints; step 4: energy storage power dispatching unit. The invention can prolong the service life of the battery and ensure the safe and reliable operation of the energy storage system, while ensuring the continuous buffering capacity of the main regulating unit, the buffer pool.

【技术实现步骤摘要】
一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法
本专利技术属于新能源微电网领域，具体是一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法。
技术介绍
在海岛、高原等偏远地区，多采用由小水电或柴油发电机组成的小型独立电力系统对居民进行供电，然而，小水电受到地理条件和季节的限制，柴油发电的燃料及其运输成本昂贵，且会对环境造成严重污染。近年来，利用储能系统和可再生能源发电对偏远地区和海岛进行供电发展迅猛，然而，储能系统的投资成本在独立微电网中占据了相当重的比例，经济可行的大规模储能仍然是技术难点，效率、寿命、容量规划、协调运行等问题还有待解决。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，解决现有的独立微网存在的效率、寿命、容量规划、协调运行等问题，延长电池的使用寿命并确保储能系统安全可靠地允许，同时保证主调控单元的持续缓冲能力。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案实现：一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：确定储能单元的容量配比；步骤2：设计储能电池的最大充放电速率约束函数；步骤3：确定主调控单元调节能力约束条件；步骤4：储能单元功率调度。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤1中的储能单元的容量配比分为主储能单元的容量配比和从储能单元的容量配比。进一步地，作为优选技术方案，所述主储能单元的容量配比的具体过程为：步骤1-1-1：计算出电网在某一时刻的最大功率变化其中，为输出功率，其大小由光伏发电和负荷的瞬时最大功率差决定；步骤1-1-2：计算出保证超级电容的最大充放电倍率满足逆变器的最大功率输出时的容量比：其中，QM为超级电容单元的储能总电量(Wh)，Cd、Cc分别为超级电容的最大放电倍率、最大充电倍率(A/Ah)，Vb为超级电容工作电压(V)，Vrb为超级电容的额定电压(V)，к为安全系数，根据系统需要选取，为主控单元的最大输出功率。进一步地，作为优选技术方案，所述从储能单元的容量配比的具体过程为：步骤1-2-1：根据整个微电网的功率平衡和能量平衡关系，得到从储能单元的功率需满足：其中，为从储能系统额定输出功率，为负载最大功率；步骤1-2-2：根据微电网的备电要求，得到锂离子电池的容量关系式：QS≥β·QL,day/DOD，其中，Qs为所有锂离子电池单元的总容量(Wh)，β为需要满足的连续不发电天数，QL,day为负荷的日均用电量(Wh)，DOD为蓄电池放电深度；步骤1-2-3：为了保障蓄电池充电的高效性和发电储能配比的合理性，逆变器的输入应满足最大倍率充电需求，其功率和容量配比需要满足如下关系：其中，Cc为锂离子电池的最大充电倍率(A/Ah)，Vb为锂离子电池工作电压(V)，Vrb为锂离子电池的额定电压(V)。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤2的具体过程为：根据选取的储能电池参数及其充放电特性，计算出储能电池的最大可充放电速率：其中，Psc为充电速率，Psd为放电速率，fcha(soc)为电池处于充电时的荷电状态，fdis(soc)为电池处于放电时的荷电状态。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤3的具体过程为：步骤3-1：计算出负载总功率PL，PM+PS+PV＝PL，其中，PM为主控调控单元的输出功率，PS为从储能单元的输出总功率，PV为光伏发电单元的输出总功率；步骤3-2：计算出主调控单元的最大可输出功率以及最大可输入功率：其中，为主调控单元的最大可输出功率，为主调控单元的最大可输入功率，PM为主调控单元的当前输出功率。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤4的具体过程为：步骤4-1：判断主调控单元的输出功率与蓄电池状态，计算需要调度的目标功率；步骤4-2：对从储能单元进行功率调度；步骤4-3：计算并执行对光伏发电单元的功率调度。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤4-1的具体过程为：步骤4-1-1：将主调控单元的输出功率表示为上一次清零操作到当前时刻微电网的功率变化；步骤4-1-2：当输出功率的变化在一定范围内时不进行功率操作；当输出功率超出这一范围时，则进行功率调度控制。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤4-2的具体过程为：步骤4-2-1：计算出从储能单元SSU当前的输出功率Ps步骤4-2-2：根据当前各个从储能单元SSU的蓄电池的SOC状态，计算出当前的可充电功率Psc和可放电功率Psc；步骤4-2-3：从储能单元SSU当前需要调调度功率Ps_reg等于当前输出的功率Ps加上需要节的功率ΔPgrid，当Ps_reg<0时，进行步骤4-2-4，当Ps_reg>0时，则进行步骤4-2-5；步骤4-2-4：从储能单元SSU将设置为充电，当最大的可充电功率Psc能满足Ps_reg时，通过从储能单元SSU功率优化调度算法将Ps_reg分配到各个单元，当最大可充电功率不能满足Ps_reg时，将各单元的充电功率设置到最大，不足的功率部分通过限制光伏发电单元PVU的供电实现调节；步骤4-2-5：从储能单元SSU单元将被进行放电，当最大可放电功率能够满足Ps_reg时，将功率分配到各个单元，当设置到最大放电功率仍不能满足Ps_reg时，将从储能单元SSU各单元的放电功率设置到最大。进一步地，作为优选技术方案，所述步骤4-3的具体过程为：步骤4-3-1：判断SSU处于充电还是放电状态，若处于充电状态，则进行步骤4-3-2，否则进行步骤4-3-3；步骤4-3-2：根据第二步的执行结果，如果所有从储能单元SSU单元充电功率调节到最大功率，微电网功率仍有富余时，对光伏发电进行限功率操作，并保存限制功率步骤4-3-3：当光伏发电单元PVU正处于限制功率状态，先调度光伏发电功率，再进行从储能单元SSU的功率调度；如果当光伏发电单元PVU和从储能单元SSU调节到最大仍不能满足预期功率调度目标时，不能调控的部分仍由主调控单元MCU单元输出，同时，启动负载管理来判断当前情况是否需要进行负载供电限制。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术提供一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，该方法采用储能系统容量规划，按新能源发电和负荷的瞬时最大功率差决定主调控单元的容量，根据总容量需要满足微电网的备电要求确定从储能单元的容量，并根据电池SOC及其性能参数设计其最大充放电速率约束函数，延长了电池使用寿命和保证储能系统安全可靠运行。(2)本专利技术通过提供一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，通过对其他储能单元和发电单元的功率重新设置，及时对主调控单元这一缓冲池的功率进行清理，保证了其持续的缓冲能力。附图说明图1为大规模混合储能独立微电网的系统结构；图2为多主调控单元逆变器并联控制框图；图3为从储能单元逆变器控制框图；图4为储能单元协调控制流程图；图5为主控单元锂电池不同SOC区间功率波动范围。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例：如图1～图5所示，本实施例所述的一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：确定储能单元的容量配比；步骤2：设计储能电池的最大充放电速率约束函数；步骤3：确定主调控单元调节能力约束条件；步骤4：储能单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定储能单元的容量配比；步骤2：设计储能电池的最大充放电速率约束函数；步骤3：确定主调控单元调节能力约束条件；步骤4：储能单元功率调度。

【技术特征摘要】
1.一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定储能单元的容量配比；步骤2：设计储能电池的最大充放电速率约束函数；步骤3：确定主调控单元调节能力约束条件；步骤4：储能单元功率调度。2.根据权利要求1所述的一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，所述步骤1中的储能单元的容量配比分为主储能单元的容量配比和从储能单元的容量配比。3.根据权利要求2所述的一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，所述主储能单元的容量配比的具体过程为：步骤1-1-1：计算出电网在某一时刻的最大功率变化其中，为输出功率，其大小由光伏发电和负荷的瞬时最大功率差决定；步骤1-1-2：计算出保证超级电容的最大充放电倍率满足逆变器的最大功率输出时的容量比：其中，QM为超级电容单元的储能总电量(Wh)，Cd、Cc分别为超级电容的最大放电倍率、最大充电倍率(A/Ah)，Vb为超级电容工作电压(V)，Vrb为超级电容的额定电压(V)，к为安全系数，根据系统需要选取，为主控单元的最大输出功率。4.根据权利要求2所述的一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，所述从储能单元的容量配比的具体过程为：步骤1-2-1：根据整个微电网的功率平衡和能量平衡关系，得到从储能单元的功率需满足：其中，为从储能系统额定输出功率，为负载最大功率；步骤1-2-2：根据微电网的备电要求，得到锂离子电池的容量关系式：QS≥β·QL,day/DOD，其中，Qs为所有锂离子电池单元的总容量(Wh)，β为需要满足的连续不发电天数，QL,day为负荷的日均用电量(Wh)，DOD为蓄电池放电深度；步骤1-2-3：为了保障蓄电池充电的高效性和发电储能配比的合理性，逆变器的输入应满足最大倍率充电需求，其功率和容量配比需要满足如下关系：其中，Cc为锂离子电池的最大充电倍率(A/Ah)，Vb为锂离子电池工作电压(V)，Vrb为锂离子电池的额定电压(V)。5.根据权利要求1所述的一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：根据选取的储能电池参数及其充放电特性，计算出储能电池的最大可充放电速率：其中，Psc为充电速率，Psd为放电速率，fcha(soc)为电池处于充电时的荷电状态，fdis(soc)为电池处于放电时的荷电状态。6.根据权利要求1所述的一种独立微网中大规模储能优化配置与协调控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：步骤3-1：计算出负载总功率PL，PM+PS+PV＝PL，其中，PM为主控调控单元的输出功率，PS为从储能单元的输出总功率，PV为光伏发电单元的输出总功率；步骤3-2：计算出主调控单元的最大可输出功率以及最大可输入功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕城，伍春生，熊书华，
申请(专利权)人：北京索英电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11