本發(fā)明涉及蓄電池容量預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于追蹤風(fēng)功率預(yù)測的蓄電池容量配置系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

研究表明，如果需要風(fēng)場的有功功率輸出與24h風(fēng)功率預(yù)測輸出達(dá)到零誤差，則1-MW風(fēng)機(jī)需要配備24MWh的儲能系統(tǒng)。對于風(fēng)場主而言，意味著巨大的投資，且不現(xiàn)實。但是，當(dāng)風(fēng)場輸出與預(yù)測輸出之間允許存在一定的誤差時，所需ESS容量將顯著下降。風(fēng)功率預(yù)測的時間尺度不同，風(fēng)場所在位置的風(fēng)功率波動情況不同，控制目標(biāo)不同，均會影響所需的蓄電池儲能系統(tǒng)的容量。需要根據(jù)具體風(fēng)場的風(fēng)功率波動情況以及需要達(dá)到的控制目標(biāo)具體研究其最優(yōu)配置，而不是簡單的按照風(fēng)場裝機(jī)容量的某一個比例配置。

當(dāng)蓄電池由于蓄電池配備容量較小或長期風(fēng)功率預(yù)測誤差較大，受荷電容量SOC限制而無法滿足充/放電命令，則會導(dǎo)致某一時刻風(fēng)場的輸出波動超出電網(wǎng)允許范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種有效利用多尺度預(yù)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)風(fēng)場輸出追蹤24小時風(fēng)功率預(yù)測的蓄電池容量配置系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題，實現(xiàn)未來電網(wǎng)對大規(guī)模風(fēng)電的主動調(diào)度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于追蹤風(fēng)功率預(yù)測的蓄電池容量配置系統(tǒng)，以實現(xiàn)風(fēng)電場輸出追蹤24小時風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)為目標(biāo)對蓄電池容量進(jìn)行配置，利用4小時超短期預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測控制，以滿足未來一段時間風(fēng)電場輸出滿足電網(wǎng)最大允許1分鐘以及10分鐘波動確定蓄電池的最低配置容量，同時利用跟蹤允許誤差即滯環(huán)控制閾值與最大允許1分鐘以及10分鐘波動之間的蓄電池容量調(diào)節(jié)裕度對蓄電池充放電容量進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行上述計算的過程中，蓄電池的充放電功率滿足下述三個條件限制，分別為1分鐘風(fēng)場輸出有功功率最大變化率的限制、蓄電池SOC上下限的限制和蓄電池充放電功率極限限制。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述蓄電池充放電控制量修正時，利用4小時超短期風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)代替未來4小時實際風(fēng)機(jī)輸出功率，模擬未來一段時間蓄電池的充放電行為，計算未來一定時段，滿足風(fēng)機(jī)出力波動允許、電網(wǎng)允許風(fēng)場輸出波動的最大值以及蓄電池充放電能力限制的風(fēng)場出力性能最優(yōu)即24小時風(fēng)功率預(yù)測曲線跟蹤的蓄電池最低配置容量；利用跟蹤允許誤差即滯環(huán)控制閾值和最大允許1分鐘以及10分鐘波動的差值實現(xiàn)蓄電池荷電電容恢復(fù)控制，使得蓄電池荷電容量盡量接近50％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用4小時超短期預(yù)測數(shù)據(jù)的精度遠(yuǎn)高于24小時長期風(fēng)功率預(yù)測精度，通過對短期預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)測的未來一定時段的風(fēng)機(jī)出力波動、電網(wǎng)允許風(fēng)場輸出波動的最大值以及蓄電池充放電能力進(jìn)行綜合考慮，確定保證未來一定時段的風(fēng)場出力性能最優(yōu)的蓄電池最低配置容量。利用跟蹤允許誤差和允許最大1分鐘以及10分鐘波動的差值實現(xiàn)蓄電池荷電電容恢復(fù)控制，使得蓄電池荷電容量盡量接近50％的荷電容量，降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網(wǎng)要求的情況的概率，可以使風(fēng)場能夠在市場環(huán)境下被納入調(diào)度制定的調(diào)度計劃。

附圖說明

圖1為本發(fā)明超短期風(fēng)功率預(yù)測的數(shù)據(jù)擴(kuò)展示意圖。

圖2為本發(fā)明本系統(tǒng)功能示意圖。

圖3為本發(fā)明的主系統(tǒng)程序流程圖。

圖4為本發(fā)明的預(yù)測修正控制圖。

圖5為本發(fā)明的容量修正控制圖。

圖6為本發(fā)明的容量恢復(fù)控制圖。

圖7為本發(fā)明的函數(shù)流程示意圖之一。

圖8為本發(fā)明的函數(shù)流程示意圖之二。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

請參閱圖1至圖8，一種用于實現(xiàn)風(fēng)場輸出追蹤24小時風(fēng)功率預(yù)測的風(fēng)電場蓄電池容量配置系統(tǒng)。

滯環(huán)控制：以24小時風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)為風(fēng)場有功功率輸出目標(biāo)，通過下述公式(1)計算蓄電池在t時刻的控制量：

a＝(P₂₄(t)-P_w(t))÷|P₂₄(t)-P_w(t)|

P_E(t)＝a×Max{|P₂₄(t)-P_w(t)|-ΔX,0} (公式1)

其中：P_E(t)為蓄電池t時刻的控制量，正值表示放電；P₂₄(t)為24小時短期風(fēng)功率預(yù)測t時刻的數(shù)值；P_w(t)為t時刻的風(fēng)機(jī)風(fēng)功率輸出值；t分辨率為分鐘級；△X為滯環(huán)控制閾值，即每分鐘計算一次，滾動進(jìn)行。當(dāng)P_w(t)與P₂₄(t)的差值絕對值大小超過閾值才進(jìn)行蓄電池充放電控制。

預(yù)測修正：

首先按每分鐘允許最大波動，計算存在的可調(diào)節(jié)裕度，即滯環(huán)控制裕度允許的追蹤誤差與允許最大1分鐘波動之間的差值。

其次根據(jù)4小時超短期風(fēng)功率預(yù)測，利用超短期預(yù)測數(shù)據(jù)，采用公式(2)對當(dāng)前蓄電池充放電控制量進(jìn)行修正，降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網(wǎng)要求的情況的概率。在計算過程中，以未來一定可設(shè)定時段內(nèi)，不發(fā)生SOC受限導(dǎo)致的風(fēng)電場出力波動超過電網(wǎng)要求限值，則可以確定最小的蓄電池容量。

P_E(t)＝P_E(t)+ΔP_SOC (公式2)

計算修正量ΔP_soc的具體思路：利用4小時超短期風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)，代替未來T_f小時實際風(fēng)機(jī)輸出功率，模擬未來一段時間蓄電池的充放電行為，預(yù)測蓄電池的荷電狀態(tài)；由于預(yù)測數(shù)據(jù)的分辨率是15分鐘，而本算法的分辨率是1分鐘，為了數(shù)據(jù)和算法匹配，所以這段時間設(shè)計最長為45分鐘至3小時，此時段可根據(jù)需要設(shè)定。如果在未來T_f時間內(nèi)，某一時刻由于蓄電池荷電容量SOC限制，無法滿足充/放電命令，而導(dǎo)致未來某一點的輸出波動超出電網(wǎng)允許范圍。與上一步計算的可調(diào)節(jié)裕度比較，如需要充電，而當(dāng)前點在滿 足最大波動限值的前提下仍然具有可充電裕度，且滿足當(dāng)前充電需要(所需要的soc平均到預(yù)測的每一個點數(shù))，則維持當(dāng)前蓄電池容量配置，繼續(xù)預(yù)測計算。如調(diào)節(jié)裕度不夠用，則增加蓄電池配置容量，至滿足充放電要求，直至Tf預(yù)測時段的數(shù)據(jù)計算完畢。

本發(fā)明以未來T_f時段的風(fēng)場出力性能最優(yōu)(滿足追蹤24小時風(fēng)功率預(yù)測精度要求及電網(wǎng)規(guī)定風(fēng)場輸出1分鐘/10分鐘最大波動限值)為目標(biāo)，對蓄電池當(dāng)前充放電控制量進(jìn)行優(yōu)化。使其在滿足電網(wǎng)的波動要求的前提下，降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網(wǎng)要求的情況的概率。記錄當(dāng)前點可充/放電的剩余裕度。

優(yōu)化蓄電池荷電容量：如果需要蓄電池充電，且蓄電池的荷電容量在10％≤SOC≤30％之間，則需要將蓄電池的容量恢復(fù)到50％左右，則按照最大變化率多充電。如果需要蓄電池放電，且蓄電池的荷電容量在70％≤SOC≤90％之間，則需要盡快將蓄電池的容量恢復(fù)到50％左右，則按照最大變化率多放電。其他情況，按照第二步計算出的P_E(t)進(jìn)行。

蓄電池的充放電功率限制條件校核：蓄電池的充放電功率存在一定的限制。分別是以下三個條件，三個條件為“與”關(guān)系。

1)1分鐘風(fēng)場輸出有功功率最大變化率的限制，即電網(wǎng)對風(fēng)場輸出波動的限制：

P_d(t-1)-ΔP_thres-P_w(t)≤P_E(t)≤P_d(t-1)+ΔP_thres-P_w(t) (公式3)

2)蓄電池SOC上下限的限制：

(SOC_min-SOC_t)×S_bessN/dt≤P_E(t)≤(SOC_max-SOC_t)×S_bessN/dt (公式4)

3)蓄電池充放電功率極限限制：

P_Emin≤P_E(t)≤P_Emax (公式5)

綜合電網(wǎng)規(guī)定的1分鐘風(fēng)場輸出有功功率最大變化率的限制、蓄電池SOC上下限的限制和蓄電池充放電功率極限限制，得到蓄電池的控制限制為：

A＝MAX{P_d(t-1)-ΔP_thres-P_w(t),(SOC_min-SOC_t)×S_bessN/dt,P_Emin}

B＝MIN{P_d(t-1)+ΔP_thres-P_w(t),(SOC_max-SOC_t)×S_bessN/dt,P_Emax}

A≤P_E(t)≤B (公式6)

其中，S_bessN是蓄電池的額定容量；SOC_max、SOC_min、SOC_t分別為蓄電池荷電狀態(tài)的最大值、最小值和當(dāng)前時刻；dt是時間間隔，取1分鐘；P_Emax、P_Emin分別是蓄電池放電和充電的功率極限。P_d(t)為t時刻的儲能型風(fēng)場實際輸出值；ΔP_soc為根據(jù)短期風(fēng)功率預(yù)測信息計算出來的未來控制修正量；ΔP_thres為電網(wǎng)規(guī)定的風(fēng)功率波動允許閾值，正值。

根據(jù)公式(2)和公式(6)得到最終的蓄電池控制量：

if P_E(t)＜A P_E(t)＝A

if A≤P_E(t)≤B P_E(t)＝P_E(t)

if P_E(t)＞B P_E(t)＝B (公式7)

由于短期風(fēng)功率預(yù)測和超短期風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)分辨率均為15分鐘，而實時風(fēng)功率輸出數(shù)據(jù)分辨率至少為分鐘級，為了簡化計算，將預(yù)測數(shù)據(jù)15分鐘間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)通過差值計算得到，將15分鐘分辨率的預(yù)測數(shù)據(jù)擴(kuò)展成1分鐘分辨率的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明利用4小時超短期預(yù)測數(shù)據(jù)的精度遠(yuǎn)高于24小時長期風(fēng)功率預(yù)測精度，通過對短期預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)測的未來一定時段的風(fēng)機(jī)出力波動、電網(wǎng)允許風(fēng)場輸出波動的最大值以及蓄電池充放電能力進(jìn)行綜合考慮，確定保證未來一定時段的風(fēng)場出力性能最優(yōu)的蓄電池最低配置容量。利用跟蹤允許誤差和允許最大1分鐘以及10分鐘波動的差值實現(xiàn)蓄電池荷電電容恢復(fù)控制，使得蓄電池荷電容量盡量接近50％的荷電容量，降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網(wǎng)要求的情況的概率，可以使風(fēng)場能夠在市場環(huán)境下被納入調(diào)度制定的調(diào)度計劃。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。