本发明涉及一种储能电站的经济优化调度方法,该方法用的系统包括独立可调电池组、变压器、变压器母线和储能监控系统功率调度中心;独立可调电池组接入变压器低压侧的母线上;变压器、储能监控系统功率调度中心与电网调度系统依次进行通信;该方法包括下述步骤:初始化储能电站数据;确定独立可调度电池组的组数;读入独立可调度电池组的运行参数并上传至储能监控系统功率调度中心;确定最优经济优化调度方案,得出最优经济优化调度模型;输出储能电站电池组的功率调度指令。该方法充分考虑了储能电站的具体构成和储能电池的技术特性,以总成本最低为优化目标,以电池运行和调度功率需求为约束条件,同时适用于能量型储能电站和功率型储能电站。
1.一种储能电站的经济优化调度方法,所述方法用的系统包括独立可调电池组、变压器、变压器母线和储能监控系统功率调度中心;所述独立可调电池组接入变压器低压侧的母线上;所述变压器与所述储能监控系统功率调度中心进行通信;所述储能监控系统功率调度中心与电网调度系统进行通信;其特征在于,所述方法包括下述步骤:(1)初始化储能电站数据;(2)确定独立可调度电池组的组数;(3)读入所述独立可调度电池组的运行参数并上传至储能监控系统功率调度中心;(4)确定最优经济优化调度方案,得出最优经济优化调度模型;(5)输出储能电站电池组的功率调度指令。
2.如权利要求1所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述储能电站包括独立可调度电池组;所述独立可调度电池组包括储能支路;所述储能支路由储能变流器PCS、电池管理系统BMS和电池堆BP;所述储能电站数据指的是储能变流器PCS、电池管理系统BMS和电池堆BP的储能类型及参数。
3.如权利要求1所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述独立可调电池组是指在调度运行中电池工作状态相同、参数同步改变的储能电池组;确定每一个独立可调电池组作为一个独立的控制变量,以A_i表示,其中i=1,...,N。
4.如权利要求1所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述步骤(3)中,所述独立可调度电池组的运行参数包括充电效率η_c、放电效率η_d、电池的最小允许充放电功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="104"/>电池的最大允许充放电功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="110"/>荷电量值SOC、电池的最小允许荷电量ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="173"/>电池的最大允许荷电量ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="160"/>和前一个调度周期电池组工作状态u_i(t-1)。
5.如权利要求4所述的经济优化调度方法,其特征在于,将独立可调度电池组的运行参数上传至储能监控系统功率调度中心,同时储能监控系统功率调度中心从数据库读取独立可调度电池组的组数N、电池组投入的建设成本C_fl,允许的无功功率放电系数β_i和电池组的已充放电次数r_i。
6.如权利要求1所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述步骤(4)中,确定最优经济优化调度方案包括确定储能电站的目标函数和约束条件。
7.如权利要求6所述的经济优化调度方法,其特征在于,经济优化调度方案的目标函数以总成本C最低为优化目标,控制变量取为电池组的有功功率P_i和无功功率Q_i,其中:i=1,...,N;所述总成本C包括固定成本C_f和可变成本C_r;在储能电站,固定成本指安装建设成本;可变成本包括运行维护成本C_m和损耗成本C_l。
8.如权利要求7所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述运行维护成本C_m用下式表示: C m = Σ i = 1 N [ ( ∫ 0 T k ri · P it 2 + Q it 2 · dt ) · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]> = T · Σ i = 1 N [ k ri · P it 2 + Q it 2 · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]>1;式中:T为调度周期;k_ri为第i组独立可调电池组运行维护系数,单位为元/kWh;P_it和Q_it为独立可调电池组的调度有功和无功功率;r_i和R_i分别为第i组独立可调电池组已充放电次数和允许的总循环次数;α为老化系数,取α=1。
9.如权利要求7所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述损耗成本C_l用下述表达式组表示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:k_l为电池组电能损耗系数,单位为元/kWh;当独立可调电池组A_i充电时,其调度周期内T电量增加量为: Δ E i = ∫ 0 T η ci · P it 2 + Q it 2 dt = η ci · P it 2 + Q it 2 · T ]]>2;当独立可调电池组A_i放电时,其调度周期T内电量增加量为: Δ E i = ∫ 0 T ( P it 2 + Q it 2 / η di ) dt = P it 2 + Q it 2 · T η di ]]>4;式中:η_c为充电效率;η_d为放电效率。
10.如权利要求7所述的经济优化调度方法,其特征在于,在储能电站中,判断电池组是否称为一次独立充放电行为的标志位为ρ_i,用下式表示: ρ i = 0 u i ( t - 1 ) · u i ( t ) = 1 1 else ]]>5;式中:u_i(t)为当前调度周期T电池组工作状态;u_i(t-1)为前一个调度周期电池组工作状态;所述固定成本C_f用下式表示: C f = Σ i = 1 N ρ i · C fi R i ]]> 式中:C_fi为任一独立可调电池组的建设成本;R_i为第i组独立可调电池组充放电允许的总循环次数。
11.如权利要求7所述的经济优化调度方法,其特征在于,经济优化调度方案的目标函数用下式表示:minxa0C=C_m+C_l+C_fxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa07。
12.如权利要求6所述的经济优化调度方法,其特征在于,经济优化调度方案的约束条件包括功率平衡约束、电池充放电功率约束和荷电量约束。
13.如权利要求12所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述功率平衡约束用下式表示: P total = Σ i = 1 N P i Q total = Σ i = 1 N Q i ]]>8;式中:P_total和Q_total分别为总调度有功功率需求和无功功率需求,单位为kW,电池组充电为正。
14.如权利要求12所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述电池充放电功率的上下限范围如下:充电时,u_i=1,P_i为正, P ci min ≤ P i ≤ P ci max ; ]]>9;放电时,u_i=1,P_i为负, P di min ≤ - P i ≤ P di max ; ]]>10;式中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="79"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="83"/>分别为第i组独立可调电池的最小和最大充电有功功率,单位为kW,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="79"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="83"/>分别为第i组独立可调电池的最小和最大放电有功功率,单位为kW;储能电站的充放电功率满足下式: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="80"/>分别为第i组电池的最小和最大总充放电功率;在电池组充放电过程中,无功功率满足下式: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:β_i为允许释放无功的系数,β_i≤1;-Q_i为电池组发出的无功功率。
15.如权利要求12所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述荷电量约束用下式表示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="129"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="130"/>分别为第i组电池允许的最小和最大荷电量。
16.如权利要求6所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述最优经济优化调度模型用下述表达式组表示: min C = C m + C l + C f ]]> = T · Σ i = 1 N [ k ri · P it 2 + Q it 2 · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]> + k l T Σ i = 1 N [ ( 1 - η ) · P it 2 + Q it 2 ] + Σ i = 1 N ρ i · C fi R i ]]> 其中, P total = Σ i = 1 N P i ]]> Q total = Σ i = 1 N Q i ]]> S i min ≤ P i 2 + Q i 2 ≤ S i max ]]> β i · S i min ≤ - Q i ≤ β i · S i max ]]> SOC i min ≤ SOC i ≤ SOC i max ]]> Δ E i = η · P it 2 + Q it 2 · T ]]> ρ i = 0 u i ( t - 1 ) · u i ( t ) = 1 1 else ]]> ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>
17.如权利要求1-16中任一项所述的经济优化调度方法,其特征在于,所述方法中储能电站的储能支路发生故障时,对最优经济优化调度模型按照下述方式进行修正:1)若第i组独立可调电池组整体发生故障,则退出运行,待维修后再投入使用;强行去掉第i组独立可调电池组的控制变量P_i和Q_i,控制变量维数减1;2)若第i组独立可调电池组中某储能支路发生故障,该故障储能支路退出运行待维修,此独立可调电池组中剩余电池组继续运行,对第i组独立可调电池组的所有参数做降容处理;进行参数修正后,优化调度模型不变。技术领域
本发明涉及电力储能系统运行和优化调度技术领域,具体涉及一种储能电站的经济优化调度方法。
背景技术
大规模储能电站由多个、多类型储能系统构成,电池数量多,构成复杂,优化的调度策略是确保整个电站经济、安全、可靠运行的重要依据之一。当储能电站接收电网功率调度指令后,通过合理的分配原则进行计算,然后将计算得到的功率值最终下发至各条储能支路,以满足电网总调度功率要求和储能系统优化运行的目标。目前,国内MW级储能电站正处于示范运行阶段,储能电站的优化调度策略尚处于理论研究阶段,暂时没有公认的成熟解决方案。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供储能电站的经济优化调度方法,该方法充分考虑了储能电站的具体构成和储能电池的技术特性,以总成本最低为优化目标,以电池运行和调度功率需求为约束条件,该方法同时适用于能量型储能电站和功率型储能电站。本发明的目的是采用下述技术方案实现的:一种储能电站的经济优化调度方法,所述方法用的系统包括独立可调电池组、变压器、变压器母线和储能监控系统功率调度中心;所述独立可调电池组接入变压器低压侧的母线上;所述变压器与所述储能监控系统功率调度中心进行通信;所述储能监控系统功率调度中心与电网调度系统进行通信;其改进之处在于,所述方法包括下述步骤:(1)初始化储能电站数据;(2)确定独立可调度电池组的组数;(3)读入所述独立可调度电池组的运行参数并上传至储能监控系统功率调度中心;(4)确定最优经济优化调度方案,得出最优经济优化调度模型;(5)输出储能电站电池组的功率调度指令。其中,所述步骤(1)中,所述储能电站包括独立可调度电池组;所述独立可调度电池组包括储能支路;所述储能支路由储能变流器PCS、电池管理系统BMS和电池堆BP;所述储能电站数据指的是储能变流器PCS、电池管理系统BMS和电池堆BP的储能类型及参数。其中,所述步骤(2)中,所述独立可调电池组是指在调度运行中电池工作状态相同、参数同步改变的储能电池组;确定每一个独立可调电池组作为一个独立的控制变量,以A_i表示,其中i=1,...,N。其中,所述步骤(3)中,所述独立可调度电池组的运行参数包括充电效率η_c、放电效率η_d、电池的最小允许充放电功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="103"/>电池的最大允许充放电功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="109"/>荷电量值SOC、电池的最小允许荷电量ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="173"/>电池的最大允许荷电量ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="161"/>和前一个调度周期电池组工作状态u_i(t-1)。其中,将独立可调度电池组的运行参数上传至储能监控系统功率调度中心,同时储能监控系统功率调度中心从数据库读取独立可调度电池组的组数N、电池组投入的建设成本C_fl,允许的无功功率放电系数β_i和电池组的已充放电次数r_i。其中,所述步骤(4)中,确定最优经济优化调度方案包括确定储能电站的目标函数和约束条件。其中,经济优化调度方案的目标函数以总成本C最低为优化目标,控制变量取为电池组的有功功率P_i和无功功率Qi,其中:i=1,...,N;所述总成本C包括固定成本C_f和可变成本C_r;在储能电站,固定成本指安装建设成本;可变成本包括运行维护成本C_m和损耗成本C_l。其中,所述运行维护成本C_m用下式表示: C m = Σ i = 1 N [ ( ∫ 0 T k ri · P it 2 + Q it 2 · dt ) · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]> = T · Σ i = 1 N [ k ri · P it 2 + Q it 2 · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]>1;式中:T为调度周期;k_ri为第i组独立可调电池组运行维护系数,单位为元/kWh;P_it和Q_it为独立可调电池组的调度有功和无功功率;r_i和R_i分别为第i组独立可调电池组已充放电次数和允许的总循环次数;α为老化系数,取α=1。其中,所述损耗成本C_l用下述表达式组表示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:k_l为电池组电能损耗系数,单位为元/kWh;当独立可调电池组A_i充电时,其调度周期内T电量增加量为: Δ E i = ∫ 0 T η ci · P it 2 + Q it 2 dt = η ci · P it 2 + Q it 2 · T ]]>3;当独立可调电池组A_i放电时,其调度周期T内电量增加量为: Δ E i = ∫ 0 T ( P it 2 + Q it 2 / η di ) dt = P it 2 + Q it 2 · T η di ]]>4;式中:η_c为充电效率;η_d为放电效率。其中,在储能电站中,判断电池组是否称为一次独立充放电行为的标志位为ρ_i,用下式表示: ρ i = 0 u i ( t - 1 ) · u i ( t ) = 1 1 else ]]>5;式中:u_i(t)为当前调度周期T电池组工作状态;u_i(t-1)为前一个调度周期电池组工作状态;所述固定成本C_f用下式表示: C f = Σ i = 1 N ρ i · C fi R i ]]>6;式中:C_fi为任一独立可调电池组的建设成本;R_i为第i组独立可调电池组充放电允许的总循环次数。其中,经济优化调度方案的目标函数用下式表示:minxa0C=C_m+C_l+C_fxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa07。其中,经济优化调度方案的约束条件包括功率平衡约束、电池充放电功率约束和荷电量约束。其中,所述功率平衡约束用下式表示: P total = Σ i = 1 N P i Q total = Σ i = 1 N Q i ]]>8;式中:P_total和Q_total分别为总调度有功功率需求和无功功率需求,单位为kW,电池组充电为正。其中,所述电池充放电功率的上下限范围如下:充电时,u_i=1,P_i为正,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="700"/>9;放电时,u_i=-1,P_i为负,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="700"/>10;式中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="79"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="83"/>分别为第i组独立可调电池的最小和最大充电有功功率,单位为kW,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="79"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="83"/>分别为第i组独立可调电池的最小和最大放电有功功率,单位为kW;储能电站的充放电功率满足下式: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="80"/>分别为第i组电池的最小和最大总充放电功率;在电池组充放电过程中,无功功率满足下式: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:β_i为允许释放无功的系数,β_i≤1;-Q_i为电池组发出的无功功率。其中,所述荷电量约束用下式表示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="129"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="131"/>分别为第i组电池允许的最小和最大荷电量。其中,所述最优经济优化调度模型用下述表达式组表示: min C = C m + C l + C f ]]> = T · Σ i = 1 N [ k ri · P it 2 + Q it 2 · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]> + k l T Σ i = 1 N [ ( 1 - η ) · P it 2 + Q it 2 ] + Σ i = 1 N ρ i · C fi R i ]]> 其中, P total = Σ i = 1 N P i ]]> Q total = Σ i = 1 N Q i ]]> S i min ≤ P i 2 + Q i 2 ≤ S i max ]]> β i · S i min ≤ - Q i ≤ β i · S i max ]]> SOC i min ≤ SOC i ≤ SOC i max ]]> Δ E i = η · P it 2 + Q it 2 · T ]]> ρ i = 0 u i ( t - 1 ) · u i ( t ) = 1 1 else ]]> ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 其中,所述方法中储能电站的储能支路发生故障时,对最优经济优化调度模型按照下述方式进行修正:1)若第i组独立可调电池组整体发生故障,则退出运行,待维修后再投入使用;强行去掉第i组独立可调电池组的控制变量P_i和Q_i,控制变量维数减1;2)若第i组独立可调电池组中某储能支路发生故障,该故障储能支路退出运行待维修,此独立可调电池组中剩余电池组继续运行,对第i组独立可调电池组的所有参数做降容处理;进行参数修正后,优化调度模型不变。与现有技术比,本发明达到的有益效果是:1、储能监控系统作为储能系统的重要组成部分和高级控制中枢,是整个储能系统安全、可靠、经济运行的重要保障。储能监控系统不仅接收上级电网的调度指令,也对系统内部的电池堆、储能变流器、开关状态和配电电路进行监视和控制,确保储能系统处于最优的工作状态。2、储能电站的优化调度方法是储能监控系统的核心技术,本专利首次提出了一种以经济优化为目标,考虑了以储能本体特性为约束条件的优化调度算法,同时适用于功率型和能量型储能电站,充分体现储能监控系统的高级控制功能,为促进储能电站在智能电网和可再生能源领域的经济运行和应用推广提供理论参考。
附图说明
图1是本发明提供的储能电站的经济优化调度方法的流程图;图2是储能电站结构示意图;图3是各调度周期内独立可调度电池组充放电功率;图4是各调度周期内独立可调电池组荷电量SOC变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。首先对储能电站中的相关参数进行定义和简化:(1)独立可调电池组为一支在调度运行中电池工作状态相同、参数同步改变的储能电池组。它作为一个独立的控制变量,以Ai(i=1,...,N)表示。独立可调电池组中可能存在多条储能支路,储能支路中的储能类型和参数均相同。储能支路由一台储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)和一个电池堆(BP)组成。(2)独立可调电池组中的参数相同,包括:电池组投入建设成本、充电功率Pc、充电效率ηc、放电功率Pd、放电效率η_d、电池组充放电的总循环次数R,荷电量SOC等。(3)在一个调度周期T内,总调度需求功率给定,电池的运行状态不发生变化,且充放电功率恒定。(4)电池组工作状态有3种,以u来区分。充电状态时,u=1,充电功率为Pc;放电状态时,u=-1,放电功率为Pd;热备用状态时,u=0,功率损耗为Pw,本模型中忽略此功率损耗。(5)在一个调度周期T内,SOC变化范围不大,最大充放电功率保持恒定,分别为Pcmax和Pdmax。(6)本模型中忽略变压器和线路的网络损耗,仅计由PCS和BP引起的充放电损耗,以充放电效率ηc和ηd表示。(7)同一种类的电池组的建设成本相同,忽略折现率。(8)其中Pi为第i个独立可调的电池组注入电网的功率,当电池处于充电工作状态时,Pi为正;当电池处于放电工作状态时,Pi为负。(9)本发明提供的数学模型考虑充放电状态的高频变化对电池组寿命的影响,以惩罚项计入目标函数。(10)储能电站的功率调度原则。一般为优先调度有功功率,在储能电站充放电功率和容量允许的情况下,按电网要求调度无功功率。本调度策略的优化建立在储能电站能够满足总调度需求的前提条件下,因此在上级电网调度系统给出总功率需求ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="376"/>时,不分有功功率和无功功率调度的先后顺序,统一优化。储能电站的结构如图2所示,包括4组独立可调电池组、变压器、变压器母线和储能监控系统功率调度中心;所述独立可调电池组接入变压器低压侧的母线上;所述变压器与储能监控系统功率调度中心进行通信;储能监控系统功率调度中心与电网调度系统进行通信;独立可调电池组的电池类型为铁锂电池,均接入在10kV/380V变压器低压侧的母线上,其功率/容量分别为100kW/100kWh,100kW/150kWh,120kW/200kWh,100kW/250kWh。本发明提供的储能电站的经济优化调度方法的流程如图1所示,包括下述步骤:步骤(1)初始化储能电站数据:储能电站包括独立可调度电池组;所述独立可调度电池组包括储能支路;所述储能支路由储能变流器PCS、电池管理系统BMS和电池堆BP;所述储能电站数据指的是储能变流器PCS、电池管理系统BMS和电池堆BP的储能类型及参数。步骤(2)确定独立可调度电池组的组数:独立可调电池组是指在调度运行中电池工作状态相同、参数同步改变的储能电池组;确定每一个独立可调电池组作为一个独立的控制变量,以A_i表示,其中i=1,...,N。步骤(3)读入独立可调度电池组的运行参数并上传至储能监控系统功率调度中心:独立可调度电池组的运行参数包括充电效率η_c、放电效率η_d、电池的最小允许充放电功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="104"/>电池的最大允许充放电功率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="109"/>荷电量值SOC、电池的最小允许荷电量ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="174"/>电池的最大允许荷电量ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="160"/>和前一个调度周期电池组工作状态u_i(t-1)。将独立可调度电池组的运行参数上传至储能监控系统功率调度中心,同时储能监控系统功率调度中心从数据库读取独立可调度电池组的组数N、电池组投入的建设成本C_fl,允许的无功功率放电系数β_i和电池组的已充放电次数r_i。步骤(4)确定最优经济优化调度方案,得出最优经济优化调度模型:确定最优经济优化调度方案包括确定储能电站的目标函数和约束条件。1、目标函数本数学模型以总成本C最低为优化目标,控制变量取为各可调电池组的有功功率P_i,无功功率Q_i,i=1,K,N。其中,总成本包括固定成本C_f和可变成本C_r两部分。对于储能电站,固定成本指安装建设成本;可变成本包括运行维护成本C_m和损耗成本C_l。(1)运行维护成本C_m:储能电站建成后,要进行定期或不定期的检修与维护等工作,以减少设备故障,保证电池组的可用性。运行维护成本与电站规模、电池种类、充放电工况、电池老化程度等相关,引入老化系数α和运行维护系数k_r。 C m = Σ i = 1 N [ ( ∫ 0 T k ri · P it 2 + Q it 2 · dt ) · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]> = T · Σ i = 1 N [ k ri · P it 2 + Q it 2 · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]>1;式中,T为调度周期;k_ri分别为第i组独立可调电池组运行维护系数(元/kWh);P_it和Q_it为独立可调电池组的调度有功和无功功率;r_i和R_i分别为第i组独立可调电池组已充放电次数和可允许的总循环次数;老化系数α可根据周围环境情况取值,例如取α=1。(2)损耗成本C_l。在有功调度的过程中,考虑储能系统(电池组和PCS)在充放电过程中有一定的功率损耗,引入充电效率η_c和放电效率η_d。当某独立可调电池组A_i充电时,其某调度周期内电量增加量为: Δ E i = ∫ 0 T η ci · P it 2 + Q it 2 dt = η ci · P it 2 + Q it 2 · T ]]>3;当放电时,某调度周期内电量增加量为: Δ E i = ∫ 0 T ( P it 2 + Q it 2 / η di ) dt = P it 2 + Q it 2 · T η di ]]>4;则损耗成本为 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中,k_l为电池组电能损耗系数(元/kWh)。(3)固定成本C_f。任一可调电池组的建设成本C_fi和充放电总循环次数R_i是确定的,假设电池经过R_i次充放电操作后报废,忽略其残余价值,则可将固定建设成本C_fi均分到R_i次的独立充放电操作中。假设一次独立的充放电操作会减少电池组固定成本C_fi/R_i,而某调度周期内电池组处于不充电模式或者充放电模式与上一调度周期相同,则可认为此调度周期内消耗的固定成本为零。模型引入是否成为一次独立充放电行为的标志位ρ_i: ρ i = 0 u i ( t - 1 ) · u i ( t ) = 1 1 else ]]>5;则一个调度周期内的固定成本消耗为: C f = Σ i = 1 N ρ i · C fi R i ]]>6;因此,总目标函数为:minxa0C=C_m+C_l+C_fxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa07。2.约束条件(1)功率平衡约束。总调度需求功率应正确的分配给各独立可调度电池组,存在功率等式 P total = Σ i = 1 N P i Q total = Σ i = 1 N Q i ]]>8;式中,P_total和Q_total分别为总调度有功功率需求和无功功率需求(kW),电池组充电为正。(2)电池功率约束。电池充放电功率受自身条件限制,应满足一定上下限范围。充电时,u_i=1,P_i为正, P ci min ≤ P i ≤ P ci max ]]>9;放电时,u_i=-1,P_i为负, P di min ≤ - P i ≤ P di max ]]>10;式中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="80"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="84"/>分别为第i组独立可调电池的最小和最大充电有功功率(kW),ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="80"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="83"/>分别为第i组独立可调电池的最小和最大放电有功功率(kW)。对于系统总功率也应满足: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="75"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="79"/>分别为第i组电池的最小和最大总充放电功率。有时,为了满足电池组经济运行的要求,限制无功充放电功率的大小不超过设定值(电池组一般不吸收无功功率,只发出无功功率Q_i,取为负),即: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中,系数β_i≤1,为允许释放无功的系数。(3)荷电量约束。在电池的充放电循环过程中,电池内部所存储的能量需在自身允许范围之内,即: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 式中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="130"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="131"/>分别为第i组电池允许的最小和最大荷电量。储能电站的总调度优化数学模型如下: min C = C m + C l + C f ]]> = T · Σ i = 1 N [ k ri · P it 2 + Q it 2 · ( 1 + α ) r i / R i ] ]]> + k l T Σ i = 1 N [ ( 1 - η ) · P it 2 + Q it 2 ] + Σ i = 1 N ρ i · C fi R i ]]> 其中, P total = Σ i = 1 N P i ]]> Q total = Σ i = 1 N Q i ]]> S i min ≤ P i 2 + Q i 2 ≤ S i max ]]> β i · S i min ≤ - Q i ≤ β i · S i max ]]> SOC i min ≤ SOC i ≤ SOC i max ]]> Δ E i = η · P it 2 + Q it 2 · T ]]> ρ i = 0 u i ( t - 1 ) · u i ( t ) = 1 1 else ]]> ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 其中:1)控制变量为充放电功率P_i和Q_i,i=1,...,N,共2N个。当储能电站只进行有功功率调度时,取Q_i=0,则优化模型降维,控制变量变为N个。2)来源于PCS、BMS的数据包括:η_c—充电效率;η_d—放电效率; ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="87"/>—第i组电池的最小允许充放电功率(kVA); ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="92"/>—第i组电池的最大允许充放电功率(kVA);SOC—荷电量值(kWh); ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="155"/>—第i组电池的最小允许荷电量(kWh); ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="163"/>第i组电池的最大允许荷电量(kWh);u(t-1)前调度周期电池组工作状态;3)根据各电池组的情况和经验数据可获知如下数据:k_ri-电池组运行维护系数(元/kWh);α-老化系数;k_l-电池组电能损耗系数(元/kWh)。4)来源于上级调度中心数据:T—调度周期;P_total—调度有功功率总需求(kW);Q_total—调度无功功率总需求(kvar)。5)来源于后台数据库的数据:N—可用的可独立调度的电池组总数;C_fl—电池组投入的建设成本(元);β_i—允许的无功功率放电系数。r_i—电池组已充放电次数。若部分储能支路发生故障,将导致储能支路退出运行或者降容使用,对应需要对数学模型进行修正:i、若第i组独立可调电池组整体发生故障,则应退出运行,待维修后再投入。故障期间,此独立可调电池组不控制,应强行去掉对应的控制变量Pi和Q_i,控制变量维数减1。ii、若第i组独立可调电池组中某电池支路发生故障,该故障支路退出运行待维修,此独立可调电池组中剩余电池组仍可继续运行,但对应此独立可调电池组的所有参数应做降容处理。参数修正后,优化调度模型不变。步骤(5)输出储能电站电池组的功率调度指令。实施例一)为各参数赋值如下表1-表3所示:表1为各独立可调电池组相同的固定参数 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 表2为各独立可调电池组不同的固定参数、非固定参数 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 表3为各独立可调电池组的非固定参数 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 二)约束条件取值如下:I、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="346"/>取ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="199"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="205"/>(P_Ni为独立可调电池组的额定功率,i∈{1,2,3,4});II、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="377"/>取ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="202"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="205"/>(P_Ni为独立可调电池组的额定功率,i∈{1,2,3,4});III、 SOC i min ≤ SOC i ≤ SOC i max , ]]>取 SOC i min = 20 % , ]]> SOC i max = 100 % , ]]>i∈{1,2,3,4};IV、ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="250"/>式中P_i为独立可调电池组的充放功率。三)设定调度周期T=5min,进行了5个连续周期的调度的仿真,结果如表4。表4调度周期T内仿真结果表 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="506"/> ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 仿真结果表明:A、任一调度周期内,均能达到调度的要求,即满足ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="259"/>B、各调度周期内独立可调电池组均能满足充放电功率约束条件:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="339"/> P di min ≤ - P i ≤ P di max , ]]>如图3所示。C、各调度周期内独立可调电池组的荷电量SOC的变化情况如图4所示,均能满足荷电量的约束条件: SOC i min ≤ SOC i ≤ SOC i max . ]]>D、比较不同调度周期内的总成本看到:下一调度周期无充放电状态变化时,总成本相对较小;当下一调度周期与前一周期发生充放电状态变化时,总成本相对较大。这表明本调度策略有效反应了频繁切换充放电状态对总成本的影响。本发明提出了以总成本最低为目标的功率调度优化方法,通过仿真算例验证了储能支路功率优化调度的可行性,实现了储能电站的经济调度优化。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。