[发明专利]一种配电网自动化系统中复合储能装置的容量优化配置方法

摘要

本发明公开了一种配电网自动化系统中复合储能装置的容量优化配置方法。该方法通过建立储能装置荷电状态况的计算模型，提出一种合理配置复合储能容量的能量调度策略，确定了以年成本最小为目标的优化目标函数，考虑瞬时功率平衡、负荷状态、负荷缺电率和能量溢出比等约束条件，建立负荷储能容量配置的优化模型，并采用模拟退火粒子群优化算法求解此优化问题，从而可以节省复合储能容量配置的成本，为配电网自动化系统中储能装置的容量配置问题提供更为经济有效的解决方案。

主权项

1.一种配电网自动化系统中复合储能装置的容量优化配置方法，其特征在于,该方法包括以下步骤：步骤(1)，获取蓄电池和超级电容的相关参数，包括：蓄电池荷电状态最大值SOCbat,max和最小值SOCbat,min、额定功率Pbat,N、运行系数γbat,p、维护系数γbat,o、折旧系数γuc,m、放电效率ηbat,d、充电效率ηbat,c、单价Cbat；超级电容荷电状态最大值SOCuc,max和最小值SOCuc,min、额定功率Puc,N、运行系数γuc,p、维护系数γuc,o、折旧系数γbat,m、放电效率ηbat/uc,d、充电效率ηuc,c、单价Cuc；能量溢出比最大值δsmax、负荷失电率最大值δlmax；以及获取独立微网系统的负荷值；步骤(2)，构建储能装置荷电状态况SOC的计算模型：当储能系统为充电状态，针对蓄电池，其中，SOC_bat,t表示在t时段结束时蓄电池的荷电状态值，ω_bat表示蓄电池的自动放电损失率；P_bat,t表示在t时间段内，蓄电池的充放电功率，为正值时表示放电，负值时表示充电；Δt表示采样周期；η_bat,c表示蓄电池充电效率；E_bat表示蓄电池的容量，单位为kwh。针对超级电容，其中SOC_uc,t表示在t时段结束时超级电容的荷电状态值，ω_uc表示超级电容的自动放电损失率；P_uc,t表示在t时间段内，超级电容的充放电功率，为正值时表示放电，负值时表示充电；η_uc,c表示超级电容充电效率；E_uc表示超级电容的容量，单位为kwh；当储能系统为放电状态，针对蓄电池其中，η_bat,d表示蓄电池放电效率；针对超级电容其中，η_uc,d表示超级电容放电效率步骤(3),建立目标函数minf＝γbatCbatEbat+γucCucEuc，其中，f表示年均成本，Cbat表示蓄电池的单价($/kwh)，Cuc表示超级电容的单价($/kwh)，γbat、γuc表示蓄电池和超级电容的投资成本系数，γbat＝γbat,p+γbat,o+γbat,m，γuc＝γuc,p+γuc,o+γuc,m，其中，γbat,p和γuc,p分别表示蓄电池和超级电容的运行系数，γbat,o和γuc,o分别表示蓄电池和超级电容的维护系数，γbat,m和γuc,m分别表示蓄电池和超级电容的折旧系数；步骤(4)，建立目标函数的约束条件，包括：(4.1)，瞬时功率平衡约束：Ppv,t+P″bat,t+P″uc,t+λPlack,t＝Pload,t+(1‑λ)Pwaste,t，其中λ表示系统状态取值，只有0或者1两个取值，当系统处于盈余状态时，取值为0，当系统处于缺电状态时，取值为1；Pwaste,t表示发电系统盈余功率，Plack,t表示发电系统缺额功率；(4.2)，荷电状态约束：SOCbat,min≤SOC″bat,t≤SOCbat,max，SOCuc,min≤SOC″uc,t≤SOCuc,max，其中，SOCbat,min和SOCbat,max分别表示蓄电池荷电状态的最小值和最大值，SOCuc,min和SOCuc,max分别表示超级电容荷电状态的最小值和最大值；(4.3)，能量溢出比约束：其中，δ_s表示能量溢出比，δ_smax为能量溢出比最大值；(4.4)，负荷失电率约束：其中，δ_l表示负荷失电率，δ_lmax表示负荷失电率最大值；其中，P”uc,t为超级电容在第t时时间段内的充放电实际功率；P”bat,t为蓄电池在第t时时间段内的充放电实际功率；上述两个修正值通过基于低通滤波原理的能量分配策略得到，具体如下：(a)，复合储能装置理想的功率补偿值的获取：假设第t个采样时段内，光伏发电功率为Ppv,t，且光伏发电功率在该时段内为恒值，负荷功率为Pload,t，复合储能装置的理想功率补偿值为Pt*，放电时为正值，充电时为负值，则Pt*＝Pload,t‑Ppv,t；(b)，对复合储能装置的理想功率补偿值Pt*进行修正，其修正过程为七个步骤，以复合储能装置放电为例，其具体步骤如下：(b1)，获取蓄电池的充放电理想功率首先对理想功率补偿值P_t^*进行频谱分析，得到超级电容和蓄电池的分界补偿频率f_L，0～f_L范围内的波动分量由蓄电池补偿，超级电容则承担高于f_L的频段分量；然后通过低通滤波获取蓄电池的充放电理想功率(b2)，对蓄电池充放电理想功率进行一次修正。若则P′_bat,t＝P_bat,N，若则其中，P_bat,N表示蓄电池的额定功率，P′_bat,t表示蓄电池充放电理想功率的一次修正后的修正值。(b3)，蓄电池功率二次修正。通过判断蓄电池一次修正的补偿能量后的荷电状态是否低于荷电状态限定值，对蓄电池理想充放电功率进行二次修正：通过一次修正的补偿能量后蓄电池的荷电状态表示为：若则令若则令P″bat,t＝P′bat,t其中，SOCbat,min表示蓄电池荷电状态最小值；(b4)，计算超级电容器的充放电理想功率其为在第t时间段内储能装置所需的理想充放电功率和蓄电池在第t时间段内的充放电实际功率之差，即(b5)，对超级电容充放电理想功率进行一次修正。若则令P'_uc,t＝P_uc,N，若则令其中，P_uc,N表示超级电容的额定功率，P′_uc,t表示超级电容充放电理想功率的一次修正后的修正值。(b6)，超级电容功率二次修正。通过判断蓄电池一次修正的补偿能量后的荷电状态是否低于荷电状态限定值，对蓄电池理想充放电功率进行二次修正：通过一次修正的补偿能量后超级电容的荷电状态表示为：若则令若则令P″uc,t＝P′uc,t其中，SOCuc,min表示超级电容荷电状态最小值；荷电状态值SOC″bat,t和SOC″uc,t根据修正后的蓄电池和超级电容的充放电实际功率计算获得。步骤(5)，运用模拟退火粒子群算法，求解步骤(3)、(4)所构造的优化问题，得到优化后的蓄电池容量、超级电容容量以及年均成本。