一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法及系统

技术领域

本发明涉及储能系统技术领域，尤其涉及一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法及系统。

背景技术

随着全球石化能源过度消耗和环境污染问题的日益加剧，以可再生能源大规模开发利用和新能源快速发展为特征的新一轮能源革命兴起。然而，这些都离不开储能装置进行能量转化、存储和使用。根据储能特性，储能装置分为能量型储能技术与功率型储能技术，其中能量型储能器件主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠离子电池、液流电池等，功率型储能器件主要包括飞轮储能、超级电容器、锂离子电容器等。不同能量型储能器件含有不同技术参数，然而单一储能系统ESS仍然存在功率密度和能量密度不能兼顾、高温性能和低温性能不能兼容、工作倍率和循环寿命不能协同的关键问题。

电池有两个关键参数：能量密度和功率密度。其中能量密度是电池每千克重量下可以存储的能量重量；功率密度则是设备在充电和放电时可以多块地移动能量。一直以来，锂电池以化学性是存储能量，由于其能量密度较高而被广泛使用，但是，锂电池的充电速度相当缓慢。另一方面，超级电容器以静态方式而不是以化学形式存储能量，这意味着，超级电容器可以更快速充放电，而不会降低其内部结构，具有非常高的功率密度，然而，这却被其能量密度远低于化学电池的事实所抵消。

能量型储能技术与功率型储能技术组成的混合储能系统HESS是能量管理和功率管理的高效系统，充分发挥了能量型储能的持久性和功率型储能的快速性，大幅提升储能系统的综合性能和经济性，为工况复杂的电网储能，特别是包含场站应用领域提供了一种重要的解决方案。这是由于HESS可以改善风能的波动，储能技术适用于可再生能源大规模发电并网应用场景。风力发电由不同幅值的频率分量组成，由于HESS同时包含低速和高速响应，同单一ESS相比，可以获得更好的平滑性。

然而，现有技术中还没有特定的用于超级电容和锂电池混合储能系统在电网动态并网状态下容量的选取方法，从而使得延长锂电池的使用寿命的同时，解决电能波动的问题，保证电网稳定性，并且可以为新能源场站的启停瞬间或者电网的大幅波动瞬间提供高倍率电流进行充放电。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案，一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，在结合场站实时发电数据的基础上进行超级电容和锂电池的容量选取，达到容量的合理分配，同时能够获得度电储存成本的核算，从而降低混合储能系统的储能成本。

本发明一方面提供了一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，包括：

S1，获得场站实时发电数据，并进行数据初始化，所述数据初始化包括：将所述超级电容和所述锂电池的SOC均设置为第一阈值；设定第一次容量选取的功率基准值为第二阈值，设定周期时间参数T为0，并在每次子循环开始时将单次时间参数t设定为0；

S2，将上一周期超级电容和锂电池的功率平均值作为本周期的功率基准值；

S3,将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；

S4，计算MPFR

S5，计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d，包括：在每个周期中创建小循环，以1s为步长，通过计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d作为每一秒的储能需求量；

S6，通过判断差值d的正负取值判断所述混合储能系统处于充电区间还是放电区间；

S7，进行上一周期的超级电容和锂电池SOC结算；

S8，进行当前周期的MPFR

S9，当前时间点递增1，令t＝t+1，判断t是否达到60s，如果达到60s，则返回步骤S5，如果没有，则继续步骤S10；

S10，完成每个时刻的结算后，计算每个时刻的超级电容和锂电池的充放电功率、并网功率、超级电容和锂电池的SOC，并计算每个时刻是否存在失负荷和弃风情况；

S11，在上述一个完整的60s周期结束后，开始下个周期的超级电容SOC需求结算值的计算，而每十个完整周期，为下十个周期的锂电池SOC需求结算值进行一次计算；

S12，计算本周期风电出力的平均值，并将其作为下一周期的基准值；

S13，将当前周期时间T递增1，令T＝T+1,判断T是否达到T

S14，选择不同的超级电容数值重复运行S1-S13，确定度电储存成本及混合储能系统初始投资成本变化。

优选的，所述第一阈值为50％。

优选的，所述第二阈值为0.8MW。

优选的，所述S4中所述计算MPFR

(1)基于每分钟的MPFR容限计算每十分钟的容许范围；

(2)设置一个最大容量为十的数组T

(3)计算当前基准值与a

(4)经过上述处理后的基准值作为本周期真正的基准值，被按顺序放入T

(5)对于第一周期的基准值直接放入到T

优选的，所述S6中，当处于充电区间时，电网向储能装置充电，包括：

(1)将需要电网放出的电量乘以第一系数作为充入超级电容的电量，即从电网向储能装置充入时，需要损失一定的能量；所述第一系数为0.95；

(2)充电时先向超级电容充电，然后再向锂电池充电；在每次充电时对于超级电容的数据进行一个模拟计算，若充入本次需求电量后，超级电容的SOC仍小于最大值的要求则直接完成本次充电；若充入本次需求电量后，超级电容的SOC超过了最大值的需求，则将超级电容的SOC置为最大值，而剩余未被充入的电量则充入锂电池中；若此时锂电池的电量也处于最大值的位置，则设置锂电池的SOC为最大值，将多余的电量返回电网，作为不能够消纳的电量，完成充能的主体部分。

优选的，所述S6中，当处于放电区间时，从储能装置向电网中释放能量，包括：

(1)将超级电容中的电量乘以第二系数作为储能装置向电网中释放的电量，即从储能装置向电网释放电量时，需要损失一定的能量；所述第二系数为0.95；

(2)启动超级电容先放电，若放电完毕后仍不足以达到电网需要的电量则通过所述锂电池放电，将锂电池中的电量乘以第三系数作为储能装置向电网中释放的电量，即从储能装置向电网释放电量时，需要损失一定的能量；所述第三系数为0.95。

优选的，所述S7包括：

S71，对于超级电容的SOC进行结算，包括：每个周期结束后，计算超级电容SOC与50％的差值，若差值为正，则在下一个周期每秒都额外向电网放出固定数值的电量，若电量不足则由锂电池补足，若均不足则为无法消纳的部分；若差值为负则在下个周期的每秒都从电网吸收固定数值的电量，被充满的情况同上；

S72，对于锂电池的SOC进行结算，包括：结算总值的计算在超级电容计算之后，每十个周期进行一次结算，结算规则和程序所在位置与超级电容相同。

本发明的第二方面提供一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取系统，包括：

数据获取及初始化模块，用于获得场站实时发电数据，并进行数据初始化，所述数据初始化包括：将所述超级电容和所述锂电池的SOC均设置为第一阈值；设定第一次容量选取的功率基准值为第二阈值，设定周期时间参数T为0，并在每次子循环开始时将单次时间参数t设定为0；

周期功率基准值确定模块，用于将上一周期超级电容和锂电池的功率平均值作为本周期的功率基准值；

第一结算模块,用于将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；

第二结算模块，用于计算MPFR

储能需求量计算模块，用于计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d，包括：在每个周期中创建小循环，以1s为步长，通过计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d作为每一秒的储能需求量；

判断模块，用于通过判断差值d的正负取值判断所述混合储能系统处于充电区间还是放电区间；

第三结算模块，用于进行上一周期的超级电容和锂电池SOC结算；

第四结算模块，用于进行当前周期的MPFR

时间点设置及判断模块，用于将当前时间点递增1，令t＝t+1，判断t是否达到60s，如果达到60s，则返回步骤S5，如果没有，则继续步骤S10；

时刻计算模块，用于完成每个时刻的结算后，计算每个时刻的超级电容和锂电池的充放电功率、并网功率、超级电容和锂电池的SOC，并计算每个时刻是否存在失负荷和弃风情况；

周期计算模块，在上述一个完整的60s周期结束后，开始下个周期的超级电容SOC需求结算值的计算，而每十个完整周期，为下十个周期的锂电池SOC需求结算值进行一次计算；

下一周期基准值确定模块，用于计算本周期风电出力的平均值，并将其作为下一周期的基准值；

周期时间设置及判断模块，用于将当前周期时间T递增1，令T＝T+1,判断T是否达到T

超级电容数值选择模块，用于选择不同的超级电容数值重复运行S1-S13，确定度电储存成本及混合储能系统初始投资成本变化。

本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。

本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。

本发明提供的一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法、系统和电子设备，具有如下有益效果：

在结合场站实时发电数据的基础上进行超级电容和锂电池的容量选取，达到容量的合理分配，同时能够获得度电储存成本的核算，从而降低混合储能系统的储能成本。

附图说明

图1为本发明所述的超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法流程示意图。

图2为本发明提供的超级电容和锂电池混合储能系统容量选取系统原理结构图。

图3为本发明提供的电子设备一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

本发明提供的方法可以在如下的终端环境中实施，该终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储器和显示屏。其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现下述实施例所述的方法。

处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。

存储器可以包括随机存储器(RandomAccessMemory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令。

显示屏用于显示各个应用程序的用户界面。

除此之外，本领域技术人员可以理解，上述终端的结构并不构成对终端的限定，终端可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，终端中还包括射频电路、输入单元、传感器、音频电路、电源等部件，在此不再赘述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取方法，包括：

S1，获得场站实时发电数据，并进行数据初始化，所述数据初始化包括：将所述超级电容和所述锂电池的SOC均设置为第一阈值；设定第一次容量选取的功率基准值为第二阈值，设定周期时间参数T为0，并在每次子循环开始时将单次时间参数t设定为0。

作为优选的实施方式，所述第一阈值为50％，从而确保超级电容和锂电池可充可放，能够根据电网要求灵活配置。SOC是stateof charge的简称，表示电池的荷电状态，是电池中剩余电荷的可用状态，一般用一个百分比表示，通常是电池中剩余的电荷余量与电池的标称(额定)的电荷容量之比。本实施例中，所述第二阈值为0.8MW。

S2，将上一周期超级电容和锂电池的功率平均值作为本周期的功率基准值；

S3,将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；

S4，计算MPFR

作为优选的实施方式，所述计算MPFR

(1)基于每分钟的MPFR容限计算每十分钟的容许范围；

(2)设置一个最大容量为十的数组T

(3)计算当前基准值与a

(4)经过上述处理后的基准值作为本周期真正的基准值，被按顺序放入T

(5)对于第一周期的基准值并不进行上述操作，而是直接放入到T

需要注意，此部分程序需要置于SOC对于基准值的结算程序之后

S5，计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d，包括：在每个周期中创建小循环，以1s为步长，通过计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d作为每一秒的储能需求量；

S6，通过判断差值d的正负取值判断所述混合储能系统处于充电区间还是放电区间；

本实施例中，当处于充电区间时，电网向储能装置充电，分析如下：

(1)将需要电网放出的电量乘以第一系数(本实施例中，将第一系数设置为0.95)作为充入超级电容的电量，即从电网向储能装置充入时，需要损失一定(本实施例中，为5％)的能量，仅有95％的能量充入储能设备中；

(2)充电时先向超级电容充电，然后再向锂电池充电；在每次充电时对于超级电容的数据进行一个模拟计算，若充入本次需求电量后，超级电容的SOC仍小于最大值的要求则直接完成本次充电；若充入本次需求电量后，超级电容的SOC超过了最大值的需求，则将超级电容的SOC置为最大值，而剩余未被充入的电量则充入锂电池中；若此时锂电池的电量也处于最大值的位置，则设置锂电池的SOC为最大值，将多余的电量返回电网，作为不能够消纳的电量，完成充能的主体部分；

当处于放电区间时，从储能装置向电网中释放能量，分析如下：

(1)将超级电容中的电量乘以第二系数(本实施例中，将第二系数设置为0.95)作为储能装置向电网中释放的电量，即从储能装置向电网释放电量时，需要损失一定(本实施例中，为5％)的能量，仅有95％的能量从储能设备释放到电网中，也存在5％的能量损耗，仅有95％可以顺利充入电网中；

(2)启动超级电容先放电，若放电完毕后仍不足以达到电网需要的电量则通过所述锂电池放电，将锂电池中的电量乘以第三系数(本实施例中，将第三系数设置为0.95)作为储能装置向电网中释放的电量，即从储能装置向电网释放电量时，需要损失一定(本实施例中，为5％)的能量，仅有95％的能量从储能设备释放到电网中，也存在5％的能量损耗，仅有95％可以顺利充入电网中。

S7，进行上一周期的超级电容和锂电池SOC结算，包括：

S71，对于超级电容的SOC进行结算，包括：每个周期结束后，计算超级电容SOC与50％的差值，若差值为正，则在下一个周期每秒都额外向电网放出固定数值的电量，若电量不足则由锂电池补足，若均不足则为无法消纳的部分；若差值为负则在下个周期的每秒都从电网吸收固定数值的电量，被充满的情况同上；

S72，对于锂电池的SOC进行结算，包括：结算总值的计算在超级电容计算之后，每十个周期进行一次结算，结算规则和程序所在位置与超级电容相同；

S8，进行当前周期的MPFR

S9，当前时间点递增1，令t＝t+1，判断t是否达到60s，如果达到60s，则返回步骤S5，如果没有，则继续步骤S10；

S10，完成每个时刻的结算后，计算每个时刻的超级电容和锂电池的充放电功率、并网功率、超级电容和锂电池的SOC，并计算每个时刻是否存在失负荷和弃风情况；

S11，在上述一个完整的60s周期结束后，开始下个周期的超级电容SOC需求结算值的计算，而每十个完整周期，为下十个周期的锂电池SOC需求结算值进行一次计算；

S12，计算本周期风电出力的平均值，并将其作为下一周期的基准值；

S13，将当前周期时间T递增1，令T＝T+1,判断T是否达到T

S14，选择不同的超级电容数值重复运行S1-S13，确定度电储存成本及混合储能系统初始投资成本变化，从而能够根据风场实时发电数据分配混合储能系统容量的目的。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种超级电容和锂电池混合储能系统容量选取系统，包括：

数据获取及初始化模块101，用于获得场站实时发电数据，并进行数据初始化，所述数据初始化包括：将所述超级电容和所述锂电池的SOC均设置为第一阈值；设定第一次容量选取的功率基准值为第二阈值，设定周期时间参数T为0，并在每次子循环开始时将单次时间参数t设定为0。

作为优选的实施方式，所述第一阈值为50％，从而确保超级电容和锂电池可充可放，能够根据电网要求灵活配置。SOC是stateof charge的简称，表示电池的荷电状态，是电池中剩余电荷的可用状态，一般用一个百分比表示，通常是电池中剩余的电荷余量与电池的标称(额定)的电荷容量之比。本实施例中，所述第二阈值为0.8MW。

周期功率基准值确定模块102，用于将上一周期超级电容和锂电池的功率平均值作为本周期的功率基准值；

第一结算模块103,用于将超级电容和锂电池的SOC对本周期的功率基准值进行结算；

第二结算模块104，用于计算MPFR

作为优选的实施方式，所述计算MPFR

(1)基于每分钟的MPFR容限计算每十分钟的容许范围；

(2)设置一个最大容量为十的数组T

(3)计算当前基准值与a

(4)经过上述处理后的基准值作为本周期真正的基准值，被按顺序放入T

(5)对于第一周期的基准值并不进行上述操作，而是直接放入到T

需要注意，此部分程序需要置于SOC对于基准值的结算程序之后

储能需求量计算模块105，用于计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d，包括：在每个周期中创建小循环，以1s为步长，通过计算实际风机出力值与第一次容量选取的功率基准值之间的差值d作为每一秒的储能需求量；

判断模块106，用于通过判断差值d的正负取值判断所述混合储能系统处于充电区间还是放电区间；

本实施例中，当处于充电区间时，电网向储能装置充电，分析如下：

(1)将需要电网放出的电量乘以第一系数(本实施例中，将第一系数设置为0.95)作为充入超级电容的电量，即从电网向储能装置充入时，需要损失一定(本实施例中，为5％)的能量，仅有95％的能量充入储能设备中；

(2)充电时先向超级电容充电，然后再向锂电池充电；在每次充电时对于超级电容的数据进行一个模拟计算，若充入本次需求电量后，超级电容的SOC仍小于最大值的要求则直接完成本次充电；若充入本次需求电量后，超级电容的SOC超过了最大值的需求，则将超级电容的SOC置为最大值，而剩余未被充入的电量则充入锂电池中；若此时锂电池的电量也处于最大值的位置，则设置锂电池的SOC为最大值，将多余的电量返回电网，作为不能够消纳的电量，完成充能的主体部分；

当处于放电区间时，从储能装置向电网中释放能量，分析如下：

(1)将超级电容中的电量乘以第二系数(本实施例中，将第二系数设置为0.95)作为储能装置向电网中释放的电量，即从储能装置向电网释放电量时，需要损失一定(本实施例中，为5％)的能量，仅有95％的能量从储能设备释放到电网中，也存在5％的能量损耗，仅有95％可以顺利充入电网中；

(2)启动超级电容先放电，若放电完毕后仍不足以达到电网需要的电量则通过所述锂电池放电，将锂电池中的电量乘以第三系数(本实施例中，将第三系数设置为0.95)作为储能装置向电网中释放的电量，即从储能装置向电网释放电量时，需要损失一定(本实施例中，为5％)的能量，仅有95％的能量从储能设备释放到电网中，也存在5％的能量损耗，仅有95％可以顺利充入电网中。

第三结算模块107，用于进行上一周期的超级电容和锂电池SOC结算，包括：

超级电容SOC结算子模块1071，用于对于超级电容的SOC进行结算，包括：每个周期结束后，计算超级电容SOC与50％的差值，若差值为正，则在下一个周期每秒都额外向电网放出固定数值的电量，若电量不足则由锂电池补足，若均不足则为无法消纳的部分；若差值为负则在下个周期的每秒都从电网吸收固定数值的电量，被充满的情况同上；

锂电池SOC结算子模块1072，用于对于锂电池的SOC进行结算，包括：结算总值的计算在超级电容计算之后，每十个周期进行一次结算，结算规则和程序所在位置与超级电容相同；

第四结算模块108，用于进行当前周期的MPFR

时间点设置及判断模块109，用于将当前时间点递增1，令t＝t+1，判断t是否达到60s，如果达到60s，则返回步骤S5，如果没有，则继续步骤S10；

时刻计算模块110，用于完成每个时刻的结算后，计算每个时刻的超级电容和锂电池的充放电功率、并网功率、超级电容和锂电池的SOC，并计算每个时刻是否存在失负荷和弃风情况；

周期计算模块111，在上述一个完整的60s周期结束后，开始下个周期的超级电容SOC需求结算值的计算，而每十个完整周期，为下十个周期的锂电池SOC需求结算值进行一次计算；

下一周期基准值确定模块112，用于计算本周期风电出力的平均值，并将其作为下一周期的基准值；

周期时间设置及判断模块113，用于将当前周期时间T递增1，令T＝T+1,判断T是否达到T

超级电容数值选择模块114，用于选择不同的超级电容数值重复运行S1-S13，确定度电储存成本及混合储能系统初始投资成本变化，从而能够根据风场实时发电数据分配混合储能系统容量的目的。

该系统可实现上述实施例一提供的方法，具体的方法可参见实施例一中的描述，在此不再赘述。

本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，指令用于实现如实施例一的方法。

如图3所示，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器301和与处理器301连接的存储器302，存储器302存储有多条指令，指令可被处理器加载并执行，以使处理器能够执行如实施例一的方法。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。