一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，方法包括下述步骤：分别采集混合储能系统和光伏电站输送到并网点处的有功功率，确定并网点出光伏功率波动允许范围的上限和下限；确定平抑光伏并网功率波动所需的混合储能系统功率指令；建立混合储能系统功率协调控制的多目标优化问题，利用第二代非支配排序遗传算法求解得到帕累托解集；引入模糊隶属度函数，计算满意度得出最优折中解；根据混合储能系统安全运行的约束条件以及当前的SOC值，对最优折中解所对应的功率指令进行调整。本发明专利技术对不同循环寿命、不同初始荷电状态的混合储能系统具有较好的适用性，量化了储能系统循环寿命损耗、实现了光伏并网功率波动的平抑。波动的平抑。波动的平抑。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法


[0001]本专利技术属于混合储能系统功率协调控制的
，具体涉及一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国大力发展光伏发电技术，光伏渗透率不断提高，而光伏发电受气象条件影响较大，其输出功率具有一定的波动性与间歇性；同时光伏的大规模并网给电网的安全、稳定运行带来严峻挑战，根据现行的光伏电站并网标准Q/GDW 1617
‑
2015，光伏电站并网有功功率的变化速率应不超过每分钟10％的光伏电站额定功率，其中光伏电站并网有功功率的变化速率的定义为1分钟内光伏输出功率的最大值与最小值的差值；因此，光伏的并网功率波动必须要被限制在一定的范围内。
[0003]现有的光伏并网功率波动平抑策略主要依赖储能系统实现，按储能系统的构成可分成混合储能系统和单一类型的储能系统；由于混合储能系统具有更低的建设成本，目前光伏并网功率波动平抑策略主要基于混合储能系统，其研究热点主要为如何获得目标并网功率并在混合储能之间实现功率分配。有文献利用一阶低通滤波器将光伏功率曲线分解为低频分量和高频分量两部分，分别作为目标并网功率和储能的功率指令，再根据储能荷电状态(State of Charge，SOC)调整低通滤波器的滤波时间常数，防止过充过放，但在不同天气下低通滤波器的截止频率难以确定，且光伏输出功率存在一定的延迟。还有文献针对小波包分解的延迟效应，设置光伏功率波动阈值以判断是否进行小波包分解，降低了计算量与延迟，并利用模糊控制优化混合储能系统的功率分配，但是考虑到储能系统的成本问题，要完全实现平抑目标，在实际中很难满足对储能系统功率和容量的要求。同时储能系统在运行过程中还会因充放电循环而产生一定的循环老化，使得储能系统的成本相对较高，因此优化储能系统的功率控制有利于储能系统的经济运行。有文献根据放电深度(Depth of Discharge，DOD)与循环寿命的关系，将任意DOD下的充放电过程均等效为100％ DOD下的充放电过程，建立计及储能电池循环损耗成本的多目标优化模型，降低了储能电池循环损耗成本，但该方法不适合混合储能系统，无法实时评估储能系统的循环寿命损耗。还有文献根据储能电池的工作特性，通过改变小波包分解的层数，减少了能量型储能的充放电次数，以延长其使用寿命，但该方法没有定量分析储能电池的循环寿命消耗。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题及不足，本专利技术的主要目的在于克服传统光伏功率波动平抑方法的缺点，提供一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，该方法根据光伏功率与并网功率波动允许范围的关系确定混合储能系统动作状态及功率指令，实现了光伏并网功率波动的平抑，减小了光伏并网功率波动对电网的冲击；以混合储能系统寿命损耗百分比之和最小、荷电状态中心偏离度最小为目标建立多目标优化问题，利用第二代非支配排序遗传算法求解多目标优化问题，实现混合储能系统功率的协调控制，对不
同循环寿命、不同初始荷电状态的混合储能系统具有较好的适用性，实现了光伏并网功率波动的平抑，且量化了储能系统循环寿命损耗。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术一方面采用一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，所述储能系统包括光伏电站和混合储能系统；所述光伏电站运行于MPPT模式并通过DC/AC光伏逆变器连接到交流母线上；所述混合储能系统包括锂电池和超级电容；所述锂电池和超级电容各经过一个双向DC/AC储能变流器连接到交流母线上；所述储能系统通过变压器与交流电网相连；方法包括下述步骤：
[0006]分别采集混合储能系统和光伏电站输送到并网点处的有功功率，确定并网点处光伏功率波动允许范围的上限和下限；
[0007]根据储能系统输送到并网点处的有功功率与并网点功率波动允许范围的关系，确定平抑光伏并网功率波动所需的混合储能系统功率指令；
[0008]以混合储能系统寿命损耗最小和SOC中心偏离度最小为目标，并结合混合储能系统运行的约束条件，建立混合储能系统功率协调控制的多目标优化问题，利用第二代非支配排序遗传算法求解得到帕累托解集；
[0009]引入模糊隶属度函数，计算各目标函数对帕累托解集中每个解的满意度，将具有最高标准化满意度的解作为混合储能系统优化调度的最优折中解；其中，最优折中解对应锂电池和超级电容的功率指令；
[0010]根据混合储能系统安全运行的约束条件以及当前的SOC值，对最优折中解所对应的功率指令进行调整。
[0011]作为优选的技术方案，所述光伏电站输出的有功功率为P
PV
；所述锂电池的功率指令为P1；所述超级电容的功率指令为P2；所述混合储能系统总的输出功率为P
HESS
，当P
HESS
(t)＜0时，混合储能系统充电，当P
HESS
(t)＞0时，混合储能系统放电；
[0012]所述储能系统输送到并网点处的有功功率P
out
，即光伏并网功率，表示为：
[0013]P
out
＝P
PV
+P
HESS
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0014]所述确定并网点处光伏功率波动允许范围的上限和下限，具体为：
[0015]设储能系统采样时间间隔Δt，光伏并网功率在一分钟内的最大值和最小值分别为：
[0016][0017][0018]其中，t为当前时间；k为一分钟内采样点的数量；
[0019]根据光伏并网功率波动速率的定义和并网要求，为避免光伏并网功率变化速率越限，则并网点处光伏功率波动允许范围的下限P
out，min
(t)通过一分钟内储能系统输送到交流母线上的有功功率的最大值确定，且满足最大值与并网点处光伏功率波动允许范围的下限的差值为10％的光伏电站额定功率P
N
；同理，并网点处光伏功率波动允许范围的上限P
out，max
(t)通过一分钟内储能系统输送到交流母线上的有功功率的最小值确定，且满足最小值与并网点处光伏功率波动允许范围的上限的差值为10％的光伏电站额定功率P
N
，则光伏并网功率波动允许范围的上限和下限计算公式为：
[0020][0021][0022]作为优选的技术方案，为实现储能系统的安全并网，光伏并网功率P
out
满足关系：P
out
(t)∈[P
out，min
(t)，P
out，max
(t)]；
[0023]根据关系，确定平抑光伏并网功率波动所需的混合储能系统功率指令，即确定混合储能系统的动作状态及对应的总功率指令：
[0024]1)混合储能系统不动作：当P
PV
(t)∈[P
out，min
(t)，P
out，max
(t)]时，表明光伏并网功率波动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，所述储能系统包括光伏电站和混合储能系统；所述光伏电站运行于MPPT模式并通过DC/AC光伏逆变器连接到交流母线上；所述混合储能系统包括锂电池和超级电容；所述锂电池和超级电容各经过一个双向DC/AC储能变流器连接到交流母线上；所述储能系统通过变压器与交流电网相连；其特征在于，所述方法包括下述步骤：分别采集混合储能系统和光伏电站输送到并网点处的有功功率，确定并网点处光伏功率波动允许范围的上限和下限；根据储能系统输送到并网点处的有功功率与并网点功率波动允许范围的关系，确定平抑光伏并网功率波动所需的混合储能系统功率指令；以混合储能系统寿命损耗最小和SOC中心偏离度最小为目标，并结合混合储能系统运行的约束条件，建立混合储能系统功率协调控制的多目标优化问题，利用第二代非支配排序遗传算法求解得到帕累托解集；引入模糊隶属度函数，计算各目标函数对帕累托解集中每个解的满意度，将具有最高标准化满意度的解作为混合储能系统优化调度的最优折中解；其中，最优折中解对应锂电池和超级电容的功率指令；根据混合储能系统安全运行的约束条件以及当前的SOC值，对最优折中解所对应的功率指令进行调整。2.根据权利要求1所述的一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，其特征在于，所述光伏电站输出的有功功率为P
PV
；所述锂电池的功率指令为P1；所述超级电容的功率指令为P2；所述混合储能系统总的输出功率为P
HESS
，当P
HESS
(t)＜0时，混合储能系统充电，当P
HESS
(t)＞0时，混合储能系统放电；所述储能系统输送到并网点处的有功功率P
out
，即光伏并网功率，表示为：P
out
＝P
PV
+P
HESS
(1)；所述确定并网点处光伏功率波动允许范围的上限和下限，具体为：设储能系统采样时间间隔Δt，光伏并网功率在一分钟内的最大值和最小值分别为：设储能系统采样时间间隔Δt，光伏并网功率在一分钟内的最大值和最小值分别为：其中，t为当前时间；k为一分钟内采样点的数量；根据光伏并网功率波动速率的定义和并网要求，为避免光伏并网功率变化速率越限，则并网点处光伏功率波动允许范围的下限P
out,min
(t)通过一分钟内储能系统输送到交流母线上的有功功率的最大值确定，且满足最大值与并网点处光伏功率波动允许范围的下限的差值为10％的光伏电站额定功率P
N
；同理，并网点处光伏功率波动允许范围的上限P
out,max
(t)通过一分钟内储能系统输送到交流母线上的有功功率的最小值确定，且满足最小值与并网点处光伏功率波动允许范围的上限的差值为10％的光伏电站额定功率P
N
，则光伏并网功率波动允许范围的上限和下限计算公式为：
3.根据权利要求2所述的一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，其特征在于，为实现储能系统的安全并网，光伏并网功率P
out
满足关系：P
out
(t)∈[P
out,min
(t),P
out,max
(t)]；根据关系，确定平抑光伏并网功率波动所需的混合储能系统功率指令，即确定混合储能系统的动作状态及对应的总功率指令：1)混合储能系统不动作：当P
PV
(t)∈[P
out,min
(t),P
out,max
(t)]时，表明光伏并网功率波动速率不越限，允许光伏电站直接并网，此时混合储能系统的总功率指令P
HESS
(t)＝0；2)混合储能系统充电：当P
PV
(t)＞P
out,max
(t)时，表明光伏电站的输出功率增大，且导致光伏并网功率大于波动允许范围的上限，此时控制混合储能系统充电，并使得P
out
(t)＝P
out,max
(t)，即：P
out
(t)＝P
PV
(t)+P
HESS
(t)＝P
out,max
(t) (4)进而得到混合储能系统的总功率指令P
HESS
(t)：P
HESS
(t)＝P
out,max
(t)
‑
P
PV
(t) (5)3)混合储能系统放电：当P
PV
(t)＜P
out,min
(t)时，表明光伏电站的输出功率减小，导致光伏并网功率小于波动允许范围的上限，此时控制混合储能系统放电，并使得P
out
(t)＝P
out,min
(t)，即：P
out
(t)＝P
PV
(t)+P
HESS
(t)＝P
out,min
(t) (6)进而得混合储能系统的总功率指令P
HESS
(t)：P
HESS
(t)＝P
out,min
(t)
‑
P
PV
(t)(7)。4.根据权利要求3所述的一种考虑寿命损耗和SOC中心偏离的储能系统功率控制方法，其特征在于，设t
i
‑1和t
i
为锂电池或超级电容相邻的两个充放电转换时刻，则将区间[t
i
‑1,ti]表示第i个充放电循环半周期，D
i
为第i个充放电循环半周期的放电深度，表示为：D
i
＝|S
SoC
(t
i
)
‑
S
SOC
(t
i
‑1)| (8)其中，S
SOC
(t
i
)为t
i
时刻锂电池或超级电容的SOC值；计算放电深度D
i
对应的等效全循环次数，计算公式为：其中，为放电深度D
i
对应的等效全循环次数，数值越大，表明循环寿命损耗越大；k
p
为混合储能系统的特征常数，锂电池和超级电容的特征常数分别为k
p1
和k
p2
；统计一天内锂电池充放电转换时刻对应的SOC值，得到锂电池一天的等效全循环次数统计一天内锂电池充放电转换时刻对应的SOC值，得到锂电池一天的等效全循环次数其中，为锂电池第i个循环半周期内的放电深度所对应的等效全循环次数；j为一天内记录的锂电池循环半周期数量；
同理计算超级电容一天的等效全循环次数自第i个循环半周期结束时起，估算锂电池或超级电容第k+1个时长为Δt的控制周期所对应的等效全循环次数，估算公式为：式中：表示自第i个循环半周期结束时起，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，蔡燕春，张少凡，李欣，陈明辉，李妍红，李俊格，秦绮蒨，高强，田慧丽，汪华，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：