[发明专利]提高风电/光伏混合储能系统经济性的协调优化控制方法

摘要

本发明涉及一种提高风电/光伏混合储能系统经济性的协调优化控制方法，其特征在于所述的其特征在于充分考虑风电/光伏有功功率的平滑效果、混合储能系统成本及风电/光伏并网收益等指标，以以风电/光伏联合混合储能发电系统整体收益最大为目标，构建了基于复合滤波结构的风电/光伏联合储能发电系统协调优化控制模型。其能得到两个滤波器时间常数和的最优组合及整个系统的最大经济效益，实现了风电/光伏和混合储能发电系统之间的协调优化控制。

主权项

1.一种提高风电/光伏联合混合储能系统经济性的协调控制方法，其特征在于，包括：步骤1：由数据采集与监视控制系统采集风电/光伏实时功率Pw，由第一个一阶低通滤波环节进行滤波，得到并网功率Pset和储能系统吸收功率Pε，实现风电/光伏功率的平滑控制；步骤2：选取区间限定波动率Δδ，计算反映风电/光伏输出功率平滑程度的比例函数LOS，判断比例函数LOS是否满足要求，如果满足则进入步骤3；否则修正一阶低通滤波时间常数T1；步骤3：将储能系统吸收功率Pε由第二个一阶低通滤波环节分解为稳态波动功率Pb和尖峰波动功率Pc，定量实现混合储能系统的能量分配；储能电池吞吐稳态波动功率Pb，超级电容器吞吐尖峰波动功率Pc；步骤4：计算风电/光伏发电系统并入电网的总收入I及混合储能系统的储能成本C；步骤5：在充分考虑风电/光伏有功功率的平滑效果、混合储能系统的储能成本及风电/光伏发电并网总收入指标的基础上，建立风电/光伏联合混合储能系统合作博弈模型，并利用PSO算法进行求解；当风电/光伏联合混合储能发电系统经济性未达到最优时，分别将一阶低通滤波时间常数T1和T2返回步骤1和步骤5，重复步骤1到步骤5，直至满足整个系统整体收益最大；步骤6：根据最优解一阶低通滤波时间常数T1和T2计算混合储能系统容量及分析整个系统的经济性；所述步骤1中的并网功率Pset和储能系统吸收功率Pε的获取方法：并网功率Pset的计算公式：风电/光伏实时功率由第一个一阶低通滤波环节进行平滑控制，得到并网功率Pset：其中，Pw是风电/光伏实时功率；储能系统吸收功率Pε的计算公式：Pε(s)＝Pw(s)‑Pset(s)一阶滤波器时间常数T1初始值的确定：对并网功率的1min内相邻采样时间间隔的最大功率变化值进行约束，确定一阶滤波器时间常数T1的初始值：其中，ΔPset_i是第i分钟内相邻采样时间间隔的最大功率变化值；Q为风电场/光伏电站装机容量；γ是1min内相邻采样时间间隔的最大功率变化值与装机容量的比值；所述步骤2中的风电/光伏输出功率平滑程度的比例函数LOS的计算过程为：1)将风电/光伏系统一天的输出功率按Δt＝1min划分；定义“区间波动率”Δδi为：其中，M是采样点数；PW(i)为第i分钟的风电/光伏有功功率；Q为风电场/光伏电站装机容量；2)设风电/光伏系统1min/时段的区间限定波动率为Δδ，可定义函数L(i)为：3)区间限定波动率Δδ越小，说明对并网功率的平滑度要求越高；由此，可定义反映风电/光伏输出功率平滑程度的比例函数LOS为4)在给定区间限定波动率Δδ的情况下，比例函数LOS越小，说明并网功率曲线平滑度越好；为进一步保证并网功率的平滑程度，比例函数LOS应满足：LOS≤LOSratedLOSrated是限定比例函数；所述步骤3中的混合储能系统的能量分配方法：采用混合储能系统中的超级电容器平抑fc以上较高频率的波动功率，此时时间常数T2的临界值为其中，T2‑min是一阶低通滤波器时间常数T2的初始值；所述步骤4中的风电/光伏发电系统并网总收入和储能系统总成本计算过程如下：1)风电/光伏发电系统并网总收入：I＝I1+I2；2)将并网功率Pset送给电网，获得风电/光伏并网收入I1：其中，t0是并网功率Pset送入电网开始时间；t是并网功率Pset送入电网结束时间；q0是风电/光伏并网的单位电价收入；3)储能装置在某一时段把吸纳的能量送给电网，形成基于峰谷分时电价的并网收入I2：其中，q₁是t₁到t₂的分时电价；是此时混合储能系统向外输出的功率；3)混合储能系统在吸收稳态波动功率Pb和尖峰波动功率Pc时会产生储能成本C：其中，t0是并网功率Pset送入电网开始时间；t是并网功率Pset送入电网结束时间；cb是电池吞吐单位波动能量的成本；cc是超级电容吞吐单位波动能量的成本；将储能成本C分解为安装单位能量和维护单位能量的成本：(1)安装设备的成本Cd＝nb,p·Pbat+nb,c·Cbat+nc,p·Pcap+nc,c·Ccap(2)运行维护的成本运行维护成本主要包括正常维护成本Cm和由设备寿命终止产生的更换成本Cc；Cm＝N·(mbat·Cbat+mcap·Ccap)Cc＝qbat·(nb,p·Pbat+nb,c·Cbat)+qcap·(nc,p·Pcap+nc,c·Ccap)因此储能系统总成本：C＝(Cc+Cm+Cd)其中，mbat和mcap分别代表电池和超级电容器的维护单价；N代表设备使用期数；qbat和qcap分别代表电池和超级电容器的更换次数；Pbat、Cbat、Pcap和Ccap分别代表电池和超级电容器的额定功率和额定容量；nb,p、nb,c、nc,p和nc,c分别代表电池和超级电容器的功率单价和容量单价；Cd是设备在设计安装阶段的费用；Cm是对储能系统进行日常维护的费用；Cc是储能设备由于寿命终止进行更换的费用；所述步骤5中的合作博弈模型的建模及求解过程如下：参与者：B‑{风电/光伏‑储能电池}；S‑{风电/光伏‑超级电容器}策略集合：P_W＝P_set+P_b+P_c；目标收益函数为：max W＝I‑C其中，I为风电/光伏发电系统并网总收入；C为储能系统总成本；[P_i^min,P_i^max]表示储能电池或超级电容可吞吐功率的取值范围；W是关于时间常数T₁和时间常数T₂的函数；上述合作博弈模型存在纳什均衡点，利用PSO算法寻找全局最大值，得出使W取最值时的一组时间常数(T₁^*,T₂^*)，由(T₁^*,T₂^*)确定的即是合作博弈的纳什均衡点；依据纳什均衡的定义，应满足：