本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉛炭電池實時平抑光伏電站功率波動的方法。

背景技術(shù)：

作為一種清潔可再生能源，光伏發(fā)電近幾年得到了快速的發(fā)展。然而太陽輻照度的隨機波動使得大容量的光伏電站并網(wǎng)發(fā)電具有間歇性、不確定性，會對電網(wǎng)造成一定的沖擊。為了提高光伏發(fā)電的并網(wǎng)運行能力，需對其輸出功率的波動進行平抑，而且國家標準《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中指出光伏電站有功功率變化速率每分鐘不超過裝機容量10％。

常規(guī)儲能平抑光伏功率波動控制方法主要是平均值方法，利用一定時間窗內(nèi)的光伏功率平均值控制當前的儲能充放電功率，但是受光伏歷史發(fā)電功率的影響，可能造成在光伏功率變化較小的情況下儲能大功率的充放電，嚴重縮短儲能的壽命；同時有很多學(xué)者提出利用混合儲能平抑方法達到平滑光伏功率的效果，但是兩種類型儲能之間的協(xié)調(diào)控制較復(fù)雜，容易造成能量型儲能的過充。鉛炭電池在性能上同時具有鉛酸電池和電容器的特點，并且循環(huán)壽命長，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是目前鉛炭電池在平抑光伏電站功率波動方面的研究很少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種鉛炭電池實時平抑光伏電站功率波動的方法。

為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種鉛炭電池實時平抑光伏電站功率波動的方法，根據(jù)鉛炭電池放電深度與循環(huán)次數(shù)的實驗數(shù)據(jù)，擬合得到兩者之間的關(guān)系式；同樣利用鉛炭電池放電倍率與可用容量的實驗數(shù)據(jù)，擬合得到兩者之間的關(guān)系式，利用所述的兩個關(guān)系式以及鉛炭電池的累積吞吐能量計算儲能鉛炭電池的等效壽命損耗系數(shù)，進而得到儲能鉛炭電池的等效壽命；

當光伏功率變化率超過功率波動約束時，利用儲能鉛炭電池將目標變化率調(diào)節(jié)成與儲能荷電狀態(tài)和光伏功率變化率相關(guān)的自適應(yīng)反比例函數(shù)值；當光伏功率變化率小于功率波動約束時，通過下垂調(diào)節(jié)方式控制儲能功率使目標變化率穩(wěn)定在期望的范圍內(nèi)；同時加入儲能荷電狀態(tài)(soc)反饋調(diào)節(jié)機制，將儲能荷電狀態(tài)值調(diào)節(jié)在設(shè)定的范圍中。

光伏功率的變化率ramp(t)可以利用實時數(shù)據(jù)計算得到：

上式中，t為當前時刻，ppv(t)為光伏t時刻的輸出功率，δt代表時間步長。

上述方法包括以下步驟：

步驟1)：利用大量鉛炭電池實驗數(shù)據(jù)擬合放電深度與其對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系式cycletime(dod(i))，其中cycletime表示鉛炭電池在某個放電深度dod(i)下的循環(huán)次數(shù)；同理利用實驗數(shù)據(jù)擬合得到放電倍率c和可用容量μn百分比之間的關(guān)系式μn(c)；

步驟2)，構(gòu)造等效儲能壽命模型：計算儲能鉛炭電池的累積吞吐能量：i∈m，其中為第i次充放電的功率指令，放電為正；tⁱ為充放電時長；m為當前儲能鉛炭電池的充放電總次數(shù)；

綜合考慮不同放電深度下的循環(huán)次數(shù)和不同放電倍率下可用容量的差別，以及不同儲能荷電狀態(tài)下壽命權(quán)重因子的不同，得到儲能鉛炭電池等效壽命損耗系數(shù)η計算公式：其中l(wèi)(^soc)為不同儲能荷電狀態(tài)下的壽命權(quán)重因子，cp代表儲能的額定容量，因此當η為1時即計算得到儲能鉛炭電池的等效壽命；

步驟3)：計算假設(shè)某時刻儲能出力為零情況下的輸出功率變化率rpout以及儲能荷電狀態(tài)偏差量δsoc(k)，公式為：

其中k為反饋控制系數(shù)；k為當前時刻；ppv、pbat和pinv分別為光伏和儲能以及逆變器的輸出功率；ebat_ref為電池充放電能量的參考值，ηinv表示逆變器的效率；δt代表時間步長；pinv(k-1)代表k-1時刻下的逆變器輸出功率；

計算當前時刻儲能荷電狀態(tài)的偏差量：δsoc(k)＝soc(k-1)-socref，其中socref為儲能荷電狀態(tài)設(shè)定的期望值，soc(k-1)為k-1時刻的儲能荷電狀態(tài)值；

步驟4)：計算目標變化率rdes

當發(fā)生光伏爬坡事件時，即光伏變化率超過功率波動約束，|rpout(k)|≥rlim，設(shè)定目標變化率rdes為光伏變化率的反比例函數(shù)，而且系數(shù)與當前的儲能荷電狀態(tài)值有關(guān)：rdes(k)＝f(|δsoc(k)|)/|rpout(k)|；當未發(fā)生光伏爬坡事件時，即|rpout(k)|＜rlim，目標變化率rdes設(shè)定為對于儲能荷電狀態(tài)的下垂調(diào)節(jié)函數(shù)：rdes(k)＝h(|rpinv(k-1)|)，其中rlim代表國家標準中規(guī)定的最大光伏功率變化率，即10％的額定容量；rpinv(k-1)代表k-1時刻下的逆變器輸出功率變化率；

其中λ1、λ2為不同儲能荷電狀態(tài)值下的反比例函數(shù)系數(shù)；

其中，socl、socu分別代表儲能荷電狀態(tài)偏差的期望上限和下限設(shè)定值；

步驟5)：安全校驗與修正

考慮到儲能電池儲能荷電狀態(tài)有安全運行范圍，根據(jù)下一時刻的儲能荷電狀態(tài)計算值與安全范圍的比較修正儲能輸出功率以及逆變器輸出功率：

其中，socll和socul為儲能電池儲能荷電狀態(tài)安全約束的下限和上限；而且soc(k+1)＝soc(k)-pbat(k)×δt/cp；

根據(jù)平抑功率波動確定目標功率變化率以及儲能的輸出功率；通過調(diào)節(jié)儲能電池的充放電功率滿足控制目標，使逆變器輸出功率的變化率滿足約束條件，實現(xiàn)具體的平抑光伏電站功率波動控制方案。

本發(fā)明充分考慮不同光伏功率變化率以及不同儲能電池soc情況下的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，結(jié)合soc反饋調(diào)節(jié)方式，構(gòu)造出不同情況下的目標變化率，計算出儲能的充放電功率，并利用安全校驗得到最終的儲能調(diào)節(jié)功率以及逆變器輸出功率。

相比其他平抑波動方法，本發(fā)明能夠在提供功率變化滿足率的同時延長了儲能鉛炭電池的使用壽命。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

一種鉛炭電池實時平抑光伏電站功率波動的方法，其步驟如下：

步驟(1)：利用大量鉛炭電池實驗數(shù)據(jù)擬合放電深度與其對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系式cycletime(dod)，其中cycletime表示鉛炭電池在某個放電深度(dod)下的循環(huán)次數(shù)。同理利用實驗數(shù)據(jù)擬合得到放電倍率c和可用容量μn百分比之間的關(guān)系式μn(c)。

步驟(2)：構(gòu)造等效儲能壽命模型；具體是：計算得到儲能電池的累積吞吐能量csum：i∈m，其中為第i次充放電的功率指令(放電為正)；ti為充放電時長；m為當前儲能電池的充放電總次數(shù)。綜合考慮不同放電深度下的循環(huán)壽命和不同放電倍率下可用容量的差別，以及不同soc下壽命權(quán)重因子的不同，得到儲能電池等效壽命損耗系數(shù)η計算公式：其中l(wèi)(soc)為不同soc下的壽命權(quán)重因子，cp代表儲能的額定容量，因此當η為1時即可計算得到儲能電池的等效壽命。

步驟(3)：計算假設(shè)某時刻儲能出力為零情況下的輸出功率變化率rpout以及soc偏差量δsoc(k)；具體是：其中k為反饋控制系數(shù)；k為當前時刻；ppv，pbat和pinv分別為光伏和儲能以及逆變器輸出功率；ebat_ref為電池充放電能量的參考值，ηinv表示逆變器的效率；δt代表時間步長。計算當前時刻soc的偏差量：δsoc(k)＝soc(k-1)-socref，其中socref為設(shè)定的期望值。

步驟(4)：計算目標變化率rdes；當發(fā)生光伏爬坡事件時，即|rpout(k)|≥rlim，可以設(shè)定目標變化率rdes為光伏變化率的反比例函數(shù)，而且系數(shù)與當前的儲能soc有關(guān)：rdes(k)＝f(|δsoc(k)|)/|rpout(k)|,|rpout(k)|≥rlim；當未發(fā)生光伏爬坡事件時，即|rpout(k)|＜rlim，目標變化率rdes設(shè)定為對于soc的下垂調(diào)節(jié)函數(shù)：rdes(k)＝h(|rpinv(k-1)|),|rpout(k)|＜rlim，rlim代表國家標準中規(guī)定的最大光伏功率變化率，即10％的額定容量；rpinv(k-1)代表(k-1)時刻下的逆變器輸出功率變化率；

其中λ1，λ2為不同soc值下的反比例函數(shù)系數(shù)；

其中socl和socu分別代表soc偏差的期望上限和下限設(shè)定值。

步驟(5)：安全校驗與修正；考慮到儲能電池soc有安全運行范圍，根據(jù)下一時刻的soc計算值與安全范圍的比較修正儲能輸出功率以及逆變器輸出功率：

其中，socll和socul為儲能電池soc安全約束的下限和上限；而且soc(k+1)＝soc(k)-pbat(k)×δt/cp；

根據(jù)平抑功率波動確定目標功率變化率以及儲能的輸出功率；通過調(diào)節(jié)儲能電池的充放電功率滿足控制目標，使逆變器輸出功率的變化率滿足約束條件，實現(xiàn)具體的平抑光伏電站功率波動控制方案。

實際案例研究結(jié)果表明，本發(fā)明所提出的平抑方法在提高功率波動平抑指標的同時，延長了儲能電池的使用壽命。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述具體實施例的限制，上述具體實施例和說明書中的描述只是為了進一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護的范圍由權(quán)利要求書及其等效物界定。