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基于下垂控制的储能方法、装置、介质及设备

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


基于下垂控制的储能方法、装置、介质及设备

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域,尤其涉及基于下垂控制的储能方法、装置、介质及设备。

背景技术

近年来随着光伏发电的发展,提倡清洁能源发电,预计在接下来的几年里可能会大力发展由大量的光伏发电连接到电网,从而增强配电系统的可靠运行。

注入电网的大量光伏发电有功功率以及光伏发电的间歇性性质可能对配电网构成若干的技术挑战。配电系统运营商可能会遇到保护问题、设备过载和电压控制问题。在在高产低耗期间,产消者装置向电网注入大量电力,导致电力反向流向变电站。反向潮流可能会导致拥塞问题,并且电压会超过运行极限,尤其是在光伏渗透率增加的低压馈线上,上述问题成为了光伏在有源配电馈线中进一步发展的主要障碍。

现有的线性下垂控制由于是线性的,就是在光伏发电的最大发电功率时储能设备可能已经从充满了电,而在负载需要大量电能的晚上可能出现已经放完电的情况,进而造成在交流母线上出现较大的功率交换,没有达到储能设备降低功率失配问题的目的,同时现有的线性下垂控制进行控制后会导致降低功率,进而导致失配非常的小,从而达不到其实际的运行目的。因此,如何提供一种基于下垂控制的储能方法、装置、介质及设备是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提出基于下垂控制的储能方法、装置、介质及设备,本发明可以有效的缓解沿馈线的过电压和可能的拥塞。

根据本发明实施例的一种基于下垂控制的储能方法,包括:

步骤S1、对当前日期之前所有的光伏发电功率P

步骤S2、基于样本数据预测未来一天的光伏发电功率及负载消耗功率,得到光伏发电功率P

步骤S3、通过得到的光伏发电功率P

步骤S4、将得到的参数a和b输入到ESS控制器内,ESS控制器进行判断得出储能系统的充电的时间t

步骤S5、根据充电的时间t

在可选的实施方式中,所述预测未来一天的光伏发电功率及负载消耗功率根据样本数据中往年同期记录的光伏发电功率及负载消耗功率数据进行确定。

在可选的实施方式中,确定储能系统的指数下垂控制其公式为:

其中,参数a和b是变常数,通过调节参数a和b来调节储能系统的充电和放电的曲线。

在可选的实施方式中,储能系统的控制进程根据P

其中,通过上式光伏的发电功率和负载消耗功率计算得出。。

在可选的实施方式中,所述S5中对储能系统的控制通过电池的最大SoC和最小SoC限制,如果SoC值由于先前的控制动作而达到限制中的一条,则ESS控制器保持空闲,即既不充电也不放电的状态,否则,控制进程继续进行运行用于确定P

在可选的实施方式中,将所得储能系统的控制与光伏发电功率P

在可选的实施方式中,所述ESS控制器内编程有储能系统。

一种基于下垂控制的储能装置,包括:

统计模块,用于对当前日期之前所有的光伏发电功率及负载消耗的功率进行统计;

预测模块,用于根据统计模块来预测未来一天的光伏发电功率及负载消耗的功率,计算指数下垂控制的参数;

判断模块,用于将计算指数下垂控制的参数输入至ESS控制器内进行判断,得出充电和放电时间;

主控制模块,用于通过充电和放电时间进行对储能系统的控制。

一种计算机可读存储介质,其特征在于,用于保存计算机程序,其中,所述计算机程序被处理器执行时实现基于下垂控制的储能方法的步骤。

一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行基于下垂控制的储能方法的步骤。

本发明的有益效果是:

本发明的分布式储能系统可以有效地缓解配电网中的过电压和拥塞,ESS可以在本地存储多余的PV能量,以这种方式缓解反向功率流,从而缓解沿馈线的过电压和可能的拥塞,ESS本地化控制方法不需要通信系统,为集成PV和ESS的控制提供了一个方便且随时可用的解决方案。

附图说明

在附图中:

图1为本发明提出的基于下垂控制的储能方法的整体控制示意图;

图2为本发明提出的基于下垂控制的储能方法的整体方法流程图;

图3为本发明提出的基于下垂控制的储能方法的储能系统控制流程图;

图4为本发明提出的基于下垂控制的储能方法的两种控制方式下的交流母线电压与时间的关系曲线图;

图5为本发明提出的基于下垂控制的储能方法的现有下垂控制和本发明下垂控制的电压与时间的关系曲线图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案。参考图1-3,一种基于下垂控制的储能方法,包括:

步骤S1、对当前日期之前所有的光伏发电功率P

步骤S2、基于样本数据预测未来一天的光伏发电功率及负载消耗功率,得到光伏发电功率P

步骤S3、通过得到的光伏发电功率P

步骤S4、将得到的参数a和b输入到ESS控制器(Energy Storage Systems控制器,储能系统控制器)内,ESS控制器进行判断得出储能系统的充电的时间t

步骤S5、根据充电的时间t

在可选的实施方式中,所述预测未来一天的光伏发电功率及负载消耗功率根据样本数据中往年同期记录的光伏发电功率及负载消耗功率数据进行确定。

在可选的实施方式中,确定储能系统的指数下垂控制其公式为:

其中,参数a和b是变常数,通过调节参数a和b来调节储能系统的充电和放电的曲线。

本实施方式中,储能系统的控制进程根据P

其中,通过上式光伏的发电功率和负载消耗功率计算得出。。

在可选的实施方式中,所述S5中对储能系统的控制通过电池的最大SoC(Systemon Chip,系统级芯片)和最小SoC限制,如果SoC值由于先前的控制动作而达到限制中的一条,则ESS控制器保持空闲,即既不充电也不放电的状态,否则,控制进程继续进行运行用于确定P

参考图3所示,本实施方式中,控制进程的其余部分同样适用于充电模式和放电模式,计算P

如果该值低于最大允许ESS功率P

本实施方式中,将所得储能系统的控制与光伏发电功率P

本发明所提出的下垂控制的主要原理是随着P

考虑到ESS的充电放电限制,比如额定的充电放电功率,可以将储能系统的功率描述为分布函数:

式中,P

1)当P

2)当P

3)当

ESS运行策略的开发功能可用于控制充电和放电过程。在前者中,它在增加光伏产量的几个小时内向电网注入了更低的功率,而在后者中,它可以防止负载需求达到峰值。

本实施方式中,实际运行时,首先控制系数a和b是通过优化进程以24小时为基础计算的,基于前一天的预测光伏发电量和负荷需求。一旦这些系数被确定,它们就会被转发到ESS控制器,并在第二天的实时ESS控制中使用。

所提出的ESS控制策略通过减少消耗与PV生产之间的高功率不匹配,同时确保增加自耗,缓解了交流母线功率分布的峰值。然而,为了实现自耗的最大化,应根据每个产消者的个体特征,即光伏系统和负载功率曲线以及ESS容量和运行限制,对控制系数a和b进行微调。因此,可以制定一个优化问题,以每天以最佳方式对a和b系数进行微调。充电和放电操作的控制系数每24小时更新一次,基于光伏发电和消费进行提前预测。

通过在24小时间隔内最大限度地减少产消者与公用电网之间的能量交换,可以实现自我消耗的最大化。这可以通过在检查周期内的所有时刻最小化交流母线有功功率(P

优化问题如(4)-(19)所示。每个时刻在交流母线处与电网交换的功率总和最小化的目标函数P

P

上式中P

上式的s(t)是一个辅助的二进制参数,用于表示不同的电池运行模式。

式(7)和(8)中P

式(10)用来计算SoC的下一个时间步长的值,其中a

k

k

k

k

式(12)—(17)式约束了控制函数的边界条件。η

SoC

SoC

式(18)、(19)限制ESS的SoC,其中SoC

由上述实施方式中,参考图5,比较传统的下垂控制与改进的下垂控制得到的实验图所示,其中纵轴表示的是交流母线电压,横轴是一天的时间,根据实验所得图可知,改进的下垂控制其交流母线电压绝大部分时间明显要低于传统的下垂控制。因此可以很有效的减少母线电压,更大程度的形成自我消耗。

本实施方式中,所述ESS控制器内编程有储能系统。

一种基于下垂控制的储能装置,包括:

统计模块,用于对当前日期之前所有的光伏发电功率及负载消耗的功率进行统计;

预测模块,用于根据统计模块来预测未来一天的光伏发电功率及负载消耗的功率,计算指数下垂控制的参数;

判断模块,用于将计算指数下垂控制的参数输入至ESS控制器内进行判断,得出充电和放电时间;

主控制模块,用于通过充电和放电时间进行对储能系统的控制。

一种计算机可读存储介质,其特征在于,用于保存计算机程序,其中,计算机程序被处理器执行时实现基于下垂控制的储能方法的步骤。

一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,处理器执行基于下垂控制的储能方法的步骤。

在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是服务器,其内部结构图可以如图1所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储静态信息和动态信息数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述方法实施例中的步骤。

本领域技术人员可以理解,图1中示出的结构,仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图,并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。

在此发明中,引入了一种新的本地化控制策略。控制的目标双重的,它的目标是通过增加光伏渗透率来改善沿馈线的电压分布,最大限度地提高产消者安装的自用电率。在两个低压测试网络上评估了所提出的ESS控制方法对电网运行的影响,同时与其他传统控制方法进行了比较,证明了其优越的性能,仿真结果也验证了控制的适用性,考虑到不同电池压力因素的影响,与之前讨论的局部控制相比,所提出的ESS控制策略有利于电池寿命。具体来说,它主要以低功率对电池进行充电或放电,并在最大SoC时减少储能系统的空闲时间。

在本实施方式中,最完善的ESS本地操作策略是自消耗最大化控制方案。该方案的范围是通过在每个时刻t消除交流母线的电力交换来最小化产消者和公用电网之间的能量交换。它在时刻t以功率P

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,其中,本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。

本发明中引入了一种依赖于本地测量的新控制策略来有效管理ESS控制器。拟议控制的目标是双重的;它旨在通过减轻产消者交流母线处净功率分布的峰值来改善配电馈线的电压分布,同时最大限度地提高产消者的自我消耗。为了减少净功率曲线的峰值,发明了一种新的指数下垂控制。

参考图4-5,在本实施方式中,具体来说,建议的控制在高光伏发电期间以更高的速率对ESS控制器充电,并在峰值负载需求出现时以更高的速率对ESS控制器放电,为了最大化生产者的自我消耗,提出了一种优化方法来微调下垂控制参数。所开发策略的效率在两个光伏渗透率增加的低压配电网络上进行了评估,并与其他两个成熟的本地ESS控制器控制方案进行了比较,基于仿真结果,可以得出,所提出的指数下垂控制方案通过减少母线电压,同时最大化产消者的自我消耗,优化了ESS控制器的利用率,因此,它优于传统方法,构成了管理分布式ESS控制器的可靠替代解决方案。此外,实验结果证明了所提出的控制策略的适用性,经过实验得出,所提出的控制可以使用传统的ESS控制器轻松应用。

本发明的分布式储能系统可以有效地缓解配电网中的过电压和拥塞,ESS可以在本地存储多余的PV能量,以这种方式缓解反向功率流,从而缓解沿馈线的过电压和可能的拥塞,ESS本地化控制方法不需要通信系统,为集成PV和ESS的控制提供了一个方便且随时可用的解决方案。

技术分类

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