[发明专利]一种混合储能系统分层动态控制方法

权利要求书

1.一种混合储能系统分层动态控制方法，该方法实现在有风电和光伏发电接入的新能源配电网中，对包含锂电池和超级电容器的混合储能系统进行充放电优化控制，其特征在于，

a、建立包括冷热电联产微燃机、储能运行和负荷调度在内的新能源配电网运行成本模型及其约束模型，构建以经济性最优为目标的日前调度模型；

b、以混合储能系统的需求出力与实际出力偏差和累计寿命损伤两项指标作为日内调度模型惩罚函数，建立计及新能源消纳收益的日内调度模型，并基于日内调度模型求解结果，安排混合储能系统未来4小时内SOC变化曲线；

c、实时计算混合储能系统的累计损伤，并构建实时成本函数，根据最优化结果对锂电池和超级电容器进行功率分配；

步骤a中，

a1、日前调度模型如下：

max f(P,sw,u)

其中，f(P,sw,u)为目标函数，为可调度型分布式微源发电成本、储能运行成本和负荷调度成本之和；h(P,sw,u)和g(P,sw,u)分别为混合储能系统的等式约束和不等式约束，g和分别对应混合储能系统不等式约束的上、下限；P为可调度型分布式微源及弹性负荷功率值的集合，sw为启停状态集合，u为运行状态值的集合，P、sw、u均为混合储能系统的优化决策变量；D为可调度型分布式微源及弹性负荷功率值的取值范围集合；

a2、依据光伏/风电出力短期预测数据和负荷短期预测数据，根据建立的日前调度模型，计算得到次日24小时内、以15分钟为间隔的96个点的决策变量值；因超级电容器用于平抑新能源出力的实时波动，故得到的混合储能系统运行功率曲线即为锂电池的24小时功率曲线，由下式计算锂电池24小时SOC变化曲线：

上式中，t的取值范围为0-24小时，SOC(0)表示锂电池在0时刻的SOC值，SOC_24h(t)表示锂电池在t时刻的SOC值，P是锂电池的充放电功率；将所述的SOC_24h(t)作为混合储能系统未来4小时出力曲线的参考。

2.根据权利要求1所述的混合储能系统分层动态控制方法，其特征在于，步骤b的具体过程如下：

b1、为量化混合储能系统日内充放电过程对电池寿命的累计损伤，将不充放电过程等效成规则充放电过程，再利用循环次数-放电深度曲线折算；

b2、建立日内调度模型惩罚函数，包括混合储能系统的需求出力与实际出力的偏差，混合储能系统的日内充放电过程对电池寿命的累计损伤；

b3、基于日内调度模型惩罚函数，构建日内调度模型：

s.t.max{20％,SOC_24h(t)·(1-15％)}≤SOC(t)≤min{80％,SOC_24h(t)·(1+15％)}

其中，g(SOC(t))是日内调度模型的目标函数，由混合储能系统消纳新能源出力产生的经济收益、出力偏差惩罚函数与寿命损伤惩罚函数组成，新能源出力产生的经济收益近似等于未来4小时内电池SOC波动值之和，即∑ΔSOC；SOC_REQ(t)是锂电池的SOC需求函数；SOC(t)表示未来4小时内安排锂电池SOC的变化曲线；K₁和K₂分别表示出力偏差惩罚函数和寿命损伤惩罚函数的惩罚因子，R_4h表示该日内调度模型对电池寿命造成的损伤值。

3.根据权利要求2所述的混合储能系统分层动态控制方法，其特征在于，基于锂电池的需求功率曲线，得锂电池的SOC需求曲线SOC_REQ(t)，依据下式计算：

上式中，SOC(0)表示锂电池在0时刻的SOC值，P是锂电池的充放电功率，t的取值范围为0-4小时。

4.根据权利要求2所述的混合储能系统分层动态控制方法，其特征在于，将SOC(t)离散化，每15分钟时间点的SOC值作为粒子的一维，采用粒子群算法求解全局最优解，该解即为满足新能源消纳最优的SOC(t)安排变化曲线。

5.根据权利要求2所述的混合储能系统分层动态控制方法，其特征在于，步骤c的具体过程如下：

c1、在三分钟时间尺度内，由下式计算锂电池的实时累计损伤：

L₂＝L₁exp(K_SOC(S_avg-0.5)/0.25)(1-L_Li)

L_Li＝∑ΔL_Li

上式中，L₁和L₂为计算ΔL_Li的中间变量，ΔL_Li表示时间τ内锂电池的寿命损耗增量；T_REF和T_Li分别为参考环境温度和锂电池的实际温度的摄氏温度值，即T_REF＝25℃；T_REFa和T_Lia分别为参考环境温度和锂电池的实际温度的绝对温度值；τ_{life_Li}为容量衰减为80％标称容量的日历寿命估算值；K_T代表温度每升高10℃时，锂电池寿命衰减率加倍；K_CO、K_ex和K_SOC均为经验常数，通过实验和查出厂参数获取；L_Li表示锂电池的寿命损耗系数；S_avg和SOC_dev分别表示在该时间段内SOC的平均值和标准差；N表示锂电池充放电吞吐量的标幺值；P_out(t)是锂电池实时充放电功率；R_TH是经验常数；

c2、基于锂电池的实时累计损伤，构建3分钟尺度内实时成本函数：

其中，第一项表示储能系统总体出力与实际需求出力的偏差，第二项表示寿命损耗折算的成本，第三项表示未来三分钟内电池的荷电状态与4小时规划荷电状态的偏差，该实时成本函数是滤波时间常数T_f的函数；

上式中，P(t)和P_REQ(t)分别表示混合储能系统的总体出力和实际需求出力；SOC_REQ2(t)为4小时规划中锂电池的荷电状态；K₂和K₃分别表示寿命损伤惩罚函数和荷电状态偏差惩罚函数的惩罚因子；R_3min为该实时调度方案对电池寿命造成的损伤值；

c3、为制定储能系统中锂电池/超级电容器的功率分配计划，对于储能系统的功率指令P_HESS，采用低通滤波器对其滤波，得到低频分量P_LOW和高频分量P_HIGH，并由下式计算：

上式是功率滤波的s域形式，其中，T_f是滤波时间常数，P_LOW是令锂电池消纳低频分量，P_HIGH是令超级电容器消纳高频分量，求解令目标成本函数取得最小值的滤波时间常数T_f，并用于实时的功率分配。