[发明专利]一种在孤岛微网场景内延长储能设备使用寿命的方法

说明书

本发明公开一种在孤岛微网场景内延长储能设备使用寿命的方法，包括以下步骤：步骤1，针对可再生发电设备与负载功率建模；步骤2，针对可控发电装置功率建模；步骤3，针对储能设备建模；步骤4，获得微网动态综合系统数学模型；步骤5，针对延长储能设备寿命设计控制目标函数；步骤6，求解最优控制问题；步骤7，将所得控制信号输入系统。本发明针对性较强，对于大量孤岛微网场景具有普适性，使得建模结果更接近真实效果，可精准获得最优控制信号，可以与已有在储能设备内部设置控制器的传统方法结合使用，两者互补且不冲突，一定程度上保护了这些可控发电装置。

技术领域

本发明提出了一种在孤岛微网场景内延长储能设备使用寿命的方法。本发明考虑的场景是孤岛微网，其包括光伏、风机、微型燃气涡轮机(简称：微机)、柴油发电机、燃料电池、储能设备、负载。

背景技术

在某些偏远地区，如岛屿、山地、戈壁等，如果需要设立类似军事基地、民用气象观察站等用电量不是特别巨大的用电区域，由于架设主干网成本较高，自给自足的孤岛微网是最适合的解决用电需求的方案。由于孤岛微网不与主干网相连，其涉及的能量管理问题等具有一定挑战性，使之成为了当下电力系统研究领域中的热点。

当前可再生能源如光伏发电，风机发电发展迅速。光伏发电和风机发电可以看作是孤岛微网内较为经济环保的发电方式。这些可再生能源发电具有清洁无污染、可重复使用等优势，但他们也存在一些缺陷。光伏和风机发电很大程度上依赖于天气条件。例如，光伏发电取决于光照条件。光照角度、强度都会对光伏发电功率产生影响。如果是阴天，或者雨雪天气，光伏发电设备可能无法正常工作。风机发电取决于风向与风速。如果风速较小，或者风向变化特别频繁，都会降低风机发电量。如果某一天基本无风，则风机无法对微网提供电能。

在某些特定条件下，光伏、风机可能同时无法工作。这时候微网供电就需要依赖其他发电设备，以及储能设备提供电能，否则微网会发生电能供需不平衡，以至于崩溃。目前一些较为常见的发电设备包括微型燃气涡轮机(简称：微机)，柴油发电机，燃料电池等，均为可控分布式发电设备。微网管理者可以根据实际电能供需情况，通过控制这些发电设备，使得整个微网实现功率供需平衡。

在极端天气条件下，如果光伏、风机不能生产电能，且所有可控发电设备均已于最大发电功率工作，在这种情况下，所有发电量仍无法满足负荷需求，此时储能设备就显得尤为关键。储能设备可以在微网电能供应不足的情况下提供能量。在另一种极端天气条件下，如果光伏和风机都可以持续生产充足电能供所有微网内负载使用且仍有富余，此时微网内其他可控发电设备均无需启动，多余的能量可以被储能设备存储，以备不时之需。

当下，生产和生活中对于储能设备的需求，激发了诸多工业领域突飞猛进的发展。例如当下电动汽车的迅速发展即得益于相关储能技术的突破。制约储能设备发展的主要有两点：一，某些特殊的储能设备购置与维护成本居高不下；二，储能设备的最大储存能量总量有限。本发明主要探讨有关储能设备购置与成本维护的问题。储能设备，主要指的是电池储能，都受制于有限的使用寿命。如果储能设备使用不合理，会加速对储能寿命的损耗。目前已经有很多针对储能设备本身设计控制策略以延长其使用寿命的方式方法。但是，在孤岛微网内，结合实际天气条件，如果不合理使用可控发电设备，也会对储能设备造成损耗。例如，在可再生能源发电量不是特别充裕时，可以通过调节可控发电设备电能输出来实现微网内电能供需平衡，此时电池理论上无需工作。在这种情况下，如果可控发电设备发电量较少，过度依赖电池供电，则显得没有必要，毕竟储能总循环使用次数有限。另一种情况是由于可再生能源发电用电功率变化都比较剧烈的情况下，如果可控发电设备不介入调节，微网内母线功率波动会较大，这种短时间内较为剧烈的功率波动需要依赖储能设备去吸纳和补偿。如果储能设备在短期内持续大幅功率波动，则必然对其造成较大损耗。

根据以上描述，在孤岛微网中，有必要在目前已有对储能设备本身设置控制器方法的基础上，通过调节其他可控发电设备，从孤岛微网系统合理运行的角度延长储能寿命。针对保护储能设备的孤岛微网的控制问题尚未被单独研究，尤其是当大量可再生发电设备接入的情况下。

发明内容