一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统。该方法包括：获取微电网储能系统的能量存储模型；确定微电网储能系统的成本函数，微电网储能系统的成本与锂电池的寿命相关；根据能量存储模型，以微电网储能系统的日均成本最小为目标函数，以微电网储能系统的功率平衡、锂电池的储能功率及储能容量和飞轮的储能功率及储能容量为约束，确定能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；根据高通滤波器滤波时间常数的最优值以及功率指令确定锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令；根据锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。本发明专利技术能够延长储能系统的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统
本专利技术涉及微电网能量管理领域，特别是涉及一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统。
技术介绍
风、光等可再生能源发电的间歇性和波动性，一直是制约可再生能源大规模并网的原因，而作为微电网能量管理系统中重要的组成部分，储能系统可以提高电力系统对可再生能源的消纳水平，降低分布式电源对电网的冲击，成为目前微电网研究的热点。然而，由于储能介质的自身局限，任何一种单一的储能介质都无法达到微电网对其功率与能量的要求，因此，需要一种功能上具有互补特性的复合储能。这种复合储能由响应速度快的功率型储能与储能容量大的能量型储能组合而成，两种不同的储能介质发挥其各自的优点，使得复合储能的性能可以得到最大程度的发挥。因此，深入研究复合储能的工作原理和协调控制策略，对微电网的进一步发展和应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统，能够延长储能系统的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，包括：获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。可选的，所述能量存储模型为：其中，τlife-li为锂电池的寿命，τ为时间段，Savg-li为τ时间段内锂电池SOC的平均值，Lli为锂电池寿命损耗系数，Tref为参考环境温度，Pref-li(t)为锂电池的有功指令，Trefa为参考环境温度的绝对温度值，Tlia为锂电池实际温度的绝对温度值，ΔLli(m)为锂电池损耗系数的增量，Nli为τ时间段内锂电池的等效吞吐周期，Sdev-li为锂电池SOC的归一化偏差，KSOC、KT、Kco、Kex、Rth均为经验常数。可选的，所述微电网储能系统的功率平衡约束为Pli+Pfes＝PHESS；锂电池的储能功率约束为|Pli(t)|≤Prated.li和锂电池的储能容量约束为Erated.liSL.li≤Eli(t)≤Erated.liSU.li；飞轮的储能功率约束为|Pfes(t)|≤Prated.fes、飞轮的储能容量约束为Erated.fesSL.fes≤Efes(t)≤Erated.fesSU.fes，其中，Pli为锂电池吸收或释放的功率，Pfes为飞轮的吸收或释放功率，PHESS为复合储能系统的功率指令，Prated.li为锂电池的额定功率，ηd.li为锂电池的放电效率，ηc.li为锂电池的充电效率，Erated.li为锂电池的额定容量，SL.li为锂电池的SOC上限值，Eli(t)为锂电池t时刻的容量，SU.li为锂电池的SOC下限值，Pfes(t)为飞轮t时刻吸收或释放的功率，Prated.fes为飞轮的额定功率，Pchar.fes为飞轮的最大充电功率，Emax为飞轮的最大存储容量，Emin为飞轮的最小存储容量，Er为飞轮储能当前存储能量，Pdisc.fes为飞轮的最大放电功率，Erated.fes为飞轮储能的额定容量，SL.fes为飞轮的SOC上限值，Efes(t)为飞轮t时刻的容量，SU.fes为飞轮的SOC下限值。可选的，所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值，具体包括：采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。可选的，所述根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电，具体包括：当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；当风电输出功率小于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率，ΔTf为设定值。本专利技术还提供了一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统，包括：能量存储模型获取模块，用于获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；成本函数确定模块，用于确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；最优值确定模块，用于根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，包括：获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。

【技术特征摘要】
1.一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，包括：获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。2.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述能量存储模型为：其中，τlife-li为锂电池的寿命，τ为时间段，Savg-li为τ时间段内锂电池SOC的平均值，Lli为锂电池寿命损耗系数，Tref为参考环境温度，Pref-li(t)为锂电池的有功指令，Trefa为参考环境温度的绝对温度值，Tlia为锂电池实际温度的绝对温度值，ΔLli(m)为锂电池损耗系数的增量，Nli为τ时间段内锂电池的等效吞吐周期，Sdev-li为锂电池SOC的归一化偏差，KSOC、KT、Kco、Kex、Rth均为经验常数。3.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述微电网储能系统的功率平衡约束为Pli+Pfes＝PHESS；锂电池的储能功率约束为|Pli(t)|≤Prated.li和锂电池的储能容量约束为Erated.liSL.li≤Eli(t)≤Erated.liSU.li；飞轮的储能功率约束为|Pfes(t)|≤Prated.fes、和飞轮的储能容量约束为Erated.fesSL.fes≤Efes(t)≤Erated.fesSU.fes，其中，Pli为锂电池吸收或释放的功率，Pfes为飞轮的吸收或释放功率，PHESS为复合储能系统的功率指令，Prated.li为锂电池的额定功率，ηd.li为锂电池的放电效率，ηc.li为锂电池的充电效率，Erated.li为锂电池的额定容量，SL.li为锂电池的SOC上限值，Eli(t)为锂电池t时刻的容量，SU.li为锂电池的SOC下限值，Pfes(t)为飞轮t时刻吸收或释放的功率，Prated.fes为飞轮的额定功率，Pchar.fes为飞轮的最大充电功率，Emax为飞轮的最大存储容量，Emin为飞轮的最小存储容量，Er为飞轮储能当前存储能量，Pdisc.fes为飞轮的最大放电功率，Erated.fes为飞轮储能的额定容量，SL.fes为飞轮的SOC上限值，Efes(t)为飞轮t时刻的容量，SU.fes为飞轮的SOC下限值。4.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值，具体包括：采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。5.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电，具体包括：当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；若Emax-fes＜Eref-fes+...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秋霞，杨海华，杨海兴，谢逸桢，王煜程，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13