[发明专利]一种风电场中电池储能系统的充放电控制方法

摘要

本发明涉及一种风电场中电池储能系统的充放电控制方法，属于电力系统最优化计算技术领域。本发明方法针对风电削峰填谷、功率平滑、跟踪曲线三种模式下风电场中BESS的充放电控制模型，采用基于现代内点法的两阶段计算方法求解模型，从而快速、有效地求解充放电控制模型，得到控制时间内每个时间段电池储能系统输出的有功功率值。本发明方法具有良好的收敛性；限制一个周期内BESS充放电能量，有助于延长电池寿命。通过对风电场有功功率预测数据进行插值，可减小BESS的有功功率调整间隔，从而对不同时间尺度上的风电场有功功率波动进行限制。

主权项

1.一种风电场中电池储能系统的充放电控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）建立风电场中电池储能系统的充放电控制模型：minSf]]>s.t.TNPcharge≤Si-Si+1≤TNPdischarge,]]>i=0,1,L,N-1S_low≤S_i≤S_high,i=0,1,L,NTN(-Pmpc+Wi-Wi+1)≤2Si+1-Si-Si+2]]>≤TN(Pmpc+Wi-Wi+1),]]>i=0,1,L,N-20≤Σi=0N-1zi(Si-Si+1)≤k·SN]]>0≤(zi-12)(Si-Si+1)<∞,i=0,1,L,N-1]]>zi=0,Si-Si+1≤01,Si-Si+1>0]]>其中，T为对风电场中电池储能系统的控制时间长度，N为控制时间长度内的有功功率预测点数，W₀,W₁,L,W_N-1为预测得到的风电场有功功率，W_i为i～(i+1)时间内的风电场有功功率，i=0,1,L,N-1，S_i为i时刻电池储能系统的剩余能量，初始时刻的剩余能量为S₀，S_high为电池储能系统的最大剩余能量，S_low为电池储能系统的最小剩余能量，S_N为电池储能系统的额定能量；d(S)为电池储能系统在控制时间内的总放电能量；P_discharge为电池储能系统的最大放电功率，P_charge为电池储能系统的最大充电功率，P_mpc为控制时间内相邻时段间风电场输出的有功功率最大变化值，k为在控制时间内的电池储能系统的最大放电能量与电池储能系统的额定能量的比值；（2）为风电场中电池储能系统的充放电控制设定目标函数如下：（2-1）削峰填谷的目标函数表示为：f=1NΣi=0N-1[(Wi+Bi)-1NΣi=0N-1(Wi+Bi)]2]]>B₀,B₁,L,B_N-1为电池储能系统输出的有功功率，为i～(i+1)时间内电池储能系统输出的有功功率，i=0,1,L,N-1；（2-2）有功功率平滑的目标函数表示为：f=1NΣi=0N-2[(Wi+1+Bi+1)-(Wi+Bi)]2]]>B₀,B₁,L,B_N-1为电池储能系统输出的有功功率，为i～(i+1)时间内电池储能系统输出的有功功率，i=0,1,L,N-1；（2-3）跟踪曲线的目标函数表示为：f=1NΣi=0N-1[(Wi+Bi)-Pi]2]]>B₀,B₁,L,B_N-1为电池储能系统输出的有功功率，为i～(i+1)时间内电池储能系统输出的有功功率，i=0,1,L,N-1；（3）设定风电场中电池储能系统的充放电控制模型的约束条件如下：（3-1）风电场中电池储能系统的功率和能量约束条件如下：P_charge≤B_i≤P_discharge,i=0,1,L,N-1S_low≤S_i≤S_high,i=1,2,L,N其中：B₀,B₁,L,B_N-1为电池储能系统输出的有功功率，为i～(i+1)时间内电池储能系统输出的有功功率，i=0,1,L,N-1，设定电池储能系统放电时的有功功率B为正，充电时有功功率B为负，S_i为i时刻电池储能系统的剩余能量，初始时刻的剩余能量为S₀，S_high为电池储能系统的最大剩余能量，S_low为电池储能系统的最小剩余能量，P_discharge为电池储能系统的最大放电功率，P_charge为电池储能系统的最大充电功率；（3-2）风电场功率变化约束：设定控制时间内相邻两个时间段的风电场有功功率之间的差值的约束条件如下：|(B_i+1+W_i+1)-(B_i+W_i)|≤P_mpc,i=0,1,L,N-2P_mpc为控制时间内相邻时段间风电场输出的有功功率最大变化值；（3-3）电池储能系统放电能量约束条件如下：d(S)=Σi=0N-1zi(Si-Si+1)≤kSN]]>(zi-12)(Si-Si+1)≥0,]]>i＝0,1,L,N-1zi=0,Si-Si+1≤01,Si-Si+1>0,]]>i＝0,1,L,N-1（4）采用两阶段现代内点法，求解步骤（1）-（3）中所建立的控制模型，包括以下步骤：（4-1）从风电场监控系统中读取风电场有功功率预测值W₀,W₁,L,W_N-1、电池储能系统的当前剩余能量S₀、电池储能系统的最大剩余能量S_high、电池储能系统的最小剩余能量S_low、电池储能系统的额定能量S_N、电池储能系统的最大放电功率P_discharge、电池储能系统的最大充电功率P_charge、控制时间内相邻时段间风电场输出的有功功率最大变化值P_mpc以及控制时间内的电池储能系统的最大放电能量与电池储能系统的额定能量的比值k；（4-2）设定控制模型计算所采用的现代内点法的迭代求解次数阈值，将控制模型中的z_i作为变量，根据读取的步骤（4-1）的参数，用现代内点法对控制模型进行求解，若计算结果满足上述各约束条件，且计算结果使得风电场中电池储能系统的充放电控制目标函数f的值最小，则结束计算，得到控制时间内每个时间段电池储能系统输出的有功功率值；若计算结果不满足所有上述各约束条件中任何一条，则对重复次数进行判断，若重复次数小于迭代求解次数阈值，则重复本步骤，直到计算结果使得风电场中电池储能系统的充放电控制目标函数f的值最小，若重复次数大于迭代求解次数阈值，则进入步骤（4-2）；（4-3）修改步骤（4-2）求解中未满足的约束条件，若为风电场有功功率最大变化约束未得到满足，则根据步骤（4-2）的风电场有功功率最大变化值，修改控制时间内相邻两个时间段的风电场有功功率之间的差值P_mpc，进行计算，若为电池储能系统放电能量未满足约束条件，则根据步骤（4-2）的计算结果，计算z_i的值，zi=0,Si-Si+1≤01,Si-Si+1>0,i=0,1,L,N-1,]]>将该z_i的值代入步骤（1）的控制模型，进行计算，得到控制时间内每个时间段电池储能系统输出的有功功率值。