一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，包括：数据初始化；确定本周期的功率基准值；将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；计算MPFR

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法及系统


[0001]本专利技术涉及储能系统
，尤其涉及一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法及系统。

技术介绍

[0002]随着全球石化能源过度消耗和环境污染问题的日益加剧，以可再生能源大规模开发利用和新能源快速发展为特征的新一轮能源革命兴起。然而，这些都离不开储能装置进行能量转化、存储和使用。根据储能特性，储能装置分为能量型储能技术与功率型储能技术，其中能量型储能器件主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠离子电池、液流电池等，功率型储能器件主要包括飞轮储能、超级电容器、锂离子电容器等。不同能量型储能器件含有不同技术参数，然而单一储能系统ESS仍然存在功率密度和能量密度不能兼顾、高温性能和低温性能不能兼容、工作倍率和循环寿命不能协同的关键问题。
[0003]电池有两个关键参数：能量密度和功率密度。其中能量密度是电池每千克重量下可以存储的能量重量；功率密度则是设备在充电和放电时可以多块地移动能量。一直以来，锂电池以化学性是存储能量，由于其能量密度较高而被广泛使用，但是，锂电池的充电速度相当缓慢。另一方面，超级电容器以静态方式而不是以化学形式存储能量，这意味着，超级电容器可以更快速充放电，而不会降低其内部结构，具有非常高的功率密度，然而，这却被其能量密度远低于化学电池的事实所抵消。
[0004]能量型储能技术与功率型储能技术组成的混合储能系统HESS是能量管理和功率管理的高效系统，充分发挥了能量型储能的持久性和功率型储能的快速性，大幅提升储能系统的综合性能和经济性，为工况复杂的电网储能，特别是包含场站应用领域提供了一种重要的解决方案。这是由于HESS可以改善风能的波动，储能技术适用于可再生能源大规模发电并网应用场景。风力发电由不同幅值的频率分量组成，由于HESS同时包含低速和高速响应，同单一ESS相比，可以获得更好的平滑性。
[0005]然而，现有技术中还没有特定的用于超级电容和锂电池混合储能系统在电网动态并网状态下容量的选取方法，从而使得延长锂电池的使用寿命的同时，解决电能波动的问题，保证电网稳定性，并且可以为新能源场站的启停瞬间或者电网的大幅波动瞬间提供高倍率电流进行充放电。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了如下技术方案，一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，在结合场站实时发电数据的基础上进行超级电容和锂电池的容量选取，达到容量的合理分配，同时能够获得度电储存成本的核算，从而降低混合储能系统的储能成本。
[0007]本专利技术一方面提供了一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，包括：
[0008]S1，获得场站实时发电数据，并进行数据初始化，所述数据初始化包括：将所述超
级电容和所述锂电池的SOC均设置为第一阈值；设定第一次容量选取的功率基准值为第二阈值，设定周期时间参数T为0，并在每次子循环开始时将单次时间参数t设定为0；
[0009]S2，将上一周期超级电容和锂电池的功率平均值作为本周期的功率基准值；
[0010]S3,将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；
[0011]S4，计算MPFR
10
平抑需求，并向本周期的功率基准值进行结算；
[0012]S5，计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d，包括：在每个周期中创建小循环，以1s为步长，通过计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d作为每一秒的储能需求量；
[0013]S6，通过判断差值d的正负取值判断所述混合储能系统处于充电区间还是放电区间；
[0014]S7，进行上一周期的超级电容和锂电池SOC结算；
[0015]S8，进行当前周期的MPFR
10
的平抑效果结算，当前周期的MPFR
10
的平抑效果结算方式与所述上一周期的超级电容和锂电池SOC结算类似，均为每个周期保持一个固定的数值补偿；
[0016]S9，当前时间点递增1，令t＝t+1，判断t是否达到60s，如果达到60s，则返回步骤S5，如果没有，则继续步骤S10；
[0017]S10，完成每个时刻的结算后，计算每个时刻的超级电容和锂电池的充放电功率、并网功率、超级电容和锂电池的SOC，并计算每个时刻是否存在失负荷和弃风情况；
[0018]S11，在上述一个完整的60s周期结束后，开始下个周期的超级电容SOC需求结算值的计算，而每十个完整周期，为下十个周期的锂电池SOC需求结算值进行一次计算；
[0019]S12，计算本周期风电出力的平均值，并将其作为下一周期的基准值；
[0020]S13，将当前周期时间T递增1，令T＝T+1,判断T是否达到T
max
，如果没有达到，则返回步骤S2，如果达到，则表示当前每个时刻的数据均接受过一次结算，结束当前超级电容数值的程序；
[0021]S14，选择不同的超级电容数值重复运行S1
‑
S13，确定度电储存成本及混合储能系统初始投资成本变化。
[0022]优选的，所述第一阈值为50％。
[0023]优选的，所述第二阈值为0.8MW。
[0024]优选的，所述S4中所述计算MPFR
10
平抑需求包括：
[0025](1)基于每分钟的MPFR容限计算每十分钟的容许范围；
[0026](2)设置一个最大容量为十的数组T
d
，将每个十个周期中的第一周期的基准值在周期开始前输入到数组T
d
中，定义T
d
中的最大值为a
max
，最小值为a
min
；
[0027](3)计算当前基准值与a
max
和a
min
的关系，若大于a
max
则计算当前基准值与最小值的差是否超越容限，若超越容限，则将超越值注入储能系统，并将容限作为新的a
max
，若并未超越容限，则直接将此值作为a
max
；小于a
min
的情况与大于a
max
的情况相同；
[0028](4)经过上述处理后的基准值作为本周期真正的基准值，被按顺序放入T
d
中；
[0029](5)对于第一周期的基准值直接放入到T
d
中，后面每个周期的基准值都需要进行上述操作，直到第十个周期完结，重新进行一个新的循环。
[0030]优选的，所述S6中，当处于充电区间时，电网向储能装置充电，包括：
[0031](1)将需要电网放出的电量乘以第一系数作为充入超级电容的电量，即从电网向储能装置充入时，需要损失一定的能量；所述第一系数为0.95；
[0032](2)充电时先向超级电容充电，然后再向锂电池充电；在每次充电时对于超级电容的数据进行一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，其特征在于，包括：S1，获得场站实时发电数据，并进行数据初始化，所述数据初始化包括：将所述超级电容和所述锂电池的SOC均设置为第一阈值；设定第一次容量选取的功率基准值为第二阈值，设定周期时间参数T为0，并在每次子循环开始时将单次时间参数t设定为0；S2，将上一周期超级电容和锂电池的功率平均值作为本周期的功率基准值；S3,将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；S4，计算MPFR
10
平抑需求，并向本周期的功率基准值进行结算；S5，计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d，包括：在每个周期中创建小循环，以1s为步长，通过计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d作为每一秒的储能需求量；S6，通过判断差值d的正负取值判断所述混合储能系统处于充电区间还是放电区间；S7，进行上一周期的超级电容和锂电池SOC结算；S8，进行当前周期的MPFR
10
的平抑效果结算，当前周期的MPFR
10
的平抑效果结算方式与所述上一周期的超级电容和锂电池SOC结算类似，均为每个周期保持一个固定的数值补偿；S9，当前时间点递增1，令t＝t+1，判断t是否达到60s，如果达到60s，则返回步骤S5，如果没有，则继续步骤S10；S10，完成每个时刻的结算后，计算每个时刻的超级电容和锂电池的充放电功率、并网功率、超级电容和锂电池的SOC，并计算每个时刻是否存在失负荷和弃风情况；S11，在上述一个完整的60s周期结束后，开始下个周期的超级电容SOC需求结算值的计算，而每十个完整周期，为下十个周期的锂电池SOC需求结算值进行一次计算；S12，计算本周期风电出力的平均值，并将其作为下一周期的基准值；S13，将当前周期时间T递增1，令T＝T+1,判断T是否达到T
max
，如果没有达到，则返回步骤S2，如果达到，则表示当前每个时刻的数据均接受过一次结算，结束当前超级电容数值的程序；S14，选择不同的超级电容数值重复运行S1
‑
S13，确定度电储存成本及混合储能系统初始投资成本变化。2.根据权利要求1所述的一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，其特征在于，所述第一阈值为50％。3.根据权利要求1所述的一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，其特征在于，所述第二阈值为0.8MW。4.根据权利要求1所述的一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，其特征在于，所述S4中所述计算MPFR
10
平抑需求包括：(1)基于每分钟的MPFR容限计算每十分钟的容许范围；(2)设置一个最大容量为十的数组T
d
，将每个十个周期中的第一周期的基准值在周期开始前输入到数组T
d
中，定义T
d
中的最大值为a
max
，最小值为a
min
；(3)计算当前基准值与a
max
和a
min
的关系，若大于a
max
则计算当前基准值与最小值的差是否超越容限，若超越容限，则将超越值注入储能系统，并将容限作为新的a
max
，若并未超越容限，则直接将此值作为a
max
；小于a
min
的情况与大于a
max
的情况相同；(4)经过上述处理后的基准值作为本周期真正的基准值，被按顺序放入T
d
中；
(5)对于第一周期的基准值直接放入到T
d
中，后面每个周期的基准值都需要进行上述操作，直到第十个周期完结，重新进行一个新的循环。5.根据权利要求1所述的一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，其特征在于，，所述S6中，当处于充电区间时，电网向储能装置充电，包括：(1)将需要电网放出的电量乘以第一系数作为充入超级电容的电量，即从电网向储能装置充入时，需要损失一定的能量；所述第一系数为0.95；(2)充电时先向超级电容充电，然后再向锂电池充电；在每次充电时对于超级电容的数据进行一个模拟计算，若充入本次需求电量后，超级电容的SOC仍小于最大值的要求则直接完成本次充电；若充入本次需求电量后，超级电容的SOC超过了最大值的需求，则将超级电容的SOC置为最大值，而剩余未...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞涛，朱天宇，叶强，史影甲，苏剑涛，李传锐，
申请(专利权)人：北京智慧空间科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：