本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及了一種提高電源與負(fù)荷匹配度的混合儲(chǔ)能調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

電網(wǎng)是一個(gè)有機(jī)的整體，而電網(wǎng)內(nèi)交流電能的生產(chǎn)、輸送與使用總量隨時(shí)都在變化，在任何瞬間都必須保持平衡，這樣才能確保電能質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，一次能源側(cè)將呈現(xiàn)多樣性，電源和負(fù)荷各自具有明顯的時(shí)序特點(diǎn)。協(xié)調(diào)時(shí)空分布廣泛的多電源和本地負(fù)荷，使得兩者能在多時(shí)間尺度上呈現(xiàn)出高匹配的特征將是提高系統(tǒng)功率動(dòng)態(tài)平衡能力，改善高滲透率間歇性電源接入能力的有效途徑。

目前將多類型分布式電源與本地負(fù)荷以微電網(wǎng)的形式，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信、智能測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、智能決策等先進(jìn)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)區(qū)域內(nèi)功率自治消納，是提高電源與負(fù)荷匹配度廣泛采用的方案。但微電網(wǎng)中由于需要中央控制器及先進(jìn)的通信系統(tǒng)，將增加整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。相比較微電網(wǎng)方案，儲(chǔ)能由于具備對(duì)功率和能量在時(shí)間和空間上的快速遷移能力，將其以分散的形式配置在電源側(cè)或者需求側(cè)都可以改變電源或負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，如何建立衡量供需兩側(cè)在多時(shí)間尺度上的匹配關(guān)系，是提高供需兩側(cè)匹配度的關(guān)鍵。

為了解決以上存在的問(wèn)題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種設(shè)計(jì)科學(xué)、實(shí)用性強(qiáng)、安全穩(wěn)定、可靠性高、利用率高的提高電源與負(fù)荷匹配度的混合儲(chǔ)能調(diào)度方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種提高電源與負(fù)荷匹配度的混合儲(chǔ)能調(diào)度方法，包括如下步驟：

1）以間歇性電源的本地等效負(fù)荷為研究對(duì)象，建立衡量電源與負(fù)荷匹配度的系統(tǒng)模型，以對(duì)供需匹配度進(jìn)行度量；

2）以混合儲(chǔ)能充放電功率phess為變量，采用尋優(yōu)算法計(jì)算得到最優(yōu)熵值hmin下的混合儲(chǔ)能充放電功率phess；

3）將混合儲(chǔ)能充放電功率phess分解為低頻分量和高頻分量；

4）將分解得到的所述低頻分量作為電池的充放電指令，并將所述高頻分量作為超級(jí)電容器的充放電指令。

基于上述，步驟1)中，以風(fēng)電功率的本地等效負(fù)荷為研究對(duì)象，同時(shí)根據(jù)15min時(shí)間尺度下等效負(fù)荷峰谷差和1min時(shí)間尺度下的功率波動(dòng)，定義含風(fēng)電功率在內(nèi)的等效負(fù)荷功率pel為：

pel=pload-pwind（1）

其中pwind為風(fēng)電功率，pload為本地負(fù)荷功率。

基于上述，步驟1)中，建立衡量電源與負(fù)荷匹配度的模型，包括引入熵值對(duì)系統(tǒng)混亂和無(wú)序狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。

基于上述，根據(jù)時(shí)間尺度t=1min，在15t時(shí)刻將出現(xiàn)過(guò)的等效負(fù)荷功率pel的值按大小均分成區(qū)間m={m1,m2,m3,…,mn}，則到15t時(shí)刻系統(tǒng)熵值可表示如式（2）所示

其中n為區(qū)間數(shù)，pel_max、pel_min分別為區(qū)間[mk,mk+1]內(nèi)pel的最大值和最小值，λ為區(qū)間[mk,mk+1]內(nèi)pel出現(xiàn)的個(gè)數(shù)占總個(gè)數(shù)的比值。

基于上述，步驟2)中，以混合儲(chǔ)能充放電功率phess為變量，則加入混合儲(chǔ)能后等效負(fù)荷功率pel=pload-pwind-phess，其中phess的值為正表示放電功率，為負(fù)表示充電功率。

基于上述，所述尋優(yōu)算法以縮小負(fù)荷峰谷差所需的混合儲(chǔ)能充放電功率phess的最小值為目標(biāo)函數(shù)，如式（3）所示，不等式為約束條件

pba-min、pba-max分別為電池儲(chǔ)能的最小充放電功率和最大充放電功率，psc-min、psc-max分別為超級(jí)電容器的最小充放電功率和最大充放電功率。

基于上述，步驟3)中，得到最優(yōu)熵值hmin下混合儲(chǔ)能充放電功率phess后，利用小波包分解將其分解為低頻、高頻分量。

基于上述，利用dmeyer小波算法對(duì)充放電功率phess進(jìn)行6層分解，并重構(gòu)6層64個(gè)頻段功率分量，以2⁰～2¹、(2¹+1)～2⁴、(2⁴+1)～2⁶hz三個(gè)頻段分別為低頻頻段、中頻頻段和高頻頻段。

基于上述，根據(jù)電池的響應(yīng)頻率和電池的響應(yīng)時(shí)間選擇適合電池儲(chǔ)能充放電的低頻頻段，剩余頻段作為超級(jí)電容器的充放電指令。

基于上述，基于小波包將phess分解成64個(gè)頻段，根據(jù)電池儲(chǔ)能的響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)頻率選擇2⁰～2²頻段內(nèi)的充放電功率phess作為電池的充放電功率，而剩余的（2²+1）～2⁶頻段內(nèi)的充放電功率phess則作為超級(jí)電容器的充放電功率。

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說(shuō)，本發(fā)明在分析了間歇性電源和負(fù)荷功率波動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，提出了包含間歇性電源在內(nèi)的等效負(fù)荷熵值優(yōu)化模型，并利用混合儲(chǔ)能對(duì)功率的遷移能力及兩者互補(bǔ)的特點(diǎn)，對(duì)間歇性電源的輸出特性進(jìn)行調(diào)整以提高間歇性電源和區(qū)域負(fù)荷之間的匹配度，最終達(dá)到提高區(qū)域電網(wǎng)功率動(dòng)態(tài)平衡，其具有設(shè)計(jì)科學(xué)、實(shí)用性強(qiáng)、安全穩(wěn)定、可靠性高、利用率高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的混合儲(chǔ)能充放電功率分解為低頻分量和高頻分量的示意圖。

圖2是本發(fā)明的混合儲(chǔ)能功率分配策略示意圖。

圖3是本發(fā)明的不同時(shí)間尺度下風(fēng)電功率典型日出力曲線和日負(fù)荷曲線示意圖。

圖4是本發(fā)明的等效負(fù)荷功率標(biāo)幺值示意圖。

圖5是本發(fā)明的最優(yōu)熵值h、混合儲(chǔ)能充放電功率phess和等效負(fù)荷功率pel的標(biāo)幺值示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

從系統(tǒng)調(diào)峰的角度考慮，風(fēng)電功率的價(jià)值體現(xiàn)在負(fù)荷高峰時(shí)能夠提供足夠的功率支撐，以縮小本地負(fù)荷的峰谷差。但實(shí)際中風(fēng)電功率在負(fù)荷高峰時(shí)波動(dòng)性很大，無(wú)法提供穩(wěn)定的功率支撐，甚至還需要一部分系統(tǒng)備用容量用來(lái)平抑其輸出。以風(fēng)電功率的本地等效負(fù)荷為研究對(duì)象，減小等效負(fù)荷峰谷差的同時(shí)減小功率波動(dòng)性，兩者在控制時(shí)域內(nèi)屬于不同的時(shí)間尺度，因此同時(shí)考慮15min尺度下等效負(fù)荷峰谷差和1min尺度下的功率波動(dòng)，定義含風(fēng)電功率在內(nèi)的等效負(fù)荷功率pel為：

pel=pload-pwind（1）

為減小一定時(shí)間段內(nèi)等效負(fù)荷功率pel的峰谷差，且平抑等效負(fù)荷功率pel的波動(dòng)率即dpel=[pel(t)-pel(t-1)]/pel(t-1)，引入熵值對(duì)系統(tǒng)混亂和無(wú)序狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)供需匹配度進(jìn)行度量，當(dāng)系統(tǒng)處于唯一狀態(tài)時(shí)，其有序程度最高，相應(yīng)熵值最小為0，當(dāng)系統(tǒng)處于多種狀態(tài)且等概率出現(xiàn)時(shí)，其有序程度最低，對(duì)應(yīng)熵值最大。t=1min，在15t時(shí)刻將出現(xiàn)過(guò)的等效負(fù)荷功率pel值按大小均分成區(qū)間m={m1,m2,m3,…,mn}，則到15t時(shí)刻系統(tǒng)熵值可表示如式（2）所示：

式中n為區(qū)間數(shù)，pel_max、pel_min分別為區(qū)間[mk,mk+1]內(nèi)等效負(fù)荷功率pel的最大值和最小值，λ為區(qū)間[mk,mk+1]內(nèi)等效負(fù)荷功率pel出現(xiàn)的個(gè)數(shù)占總個(gè)數(shù)的比值。這里引入了pel值峰谷差值作為衡量pel波動(dòng)性大小的懲罰系數(shù)，即當(dāng)峰谷差值較大時(shí)，即使pel有序性較強(qiáng)，熵值依然會(huì)較大，只有當(dāng)峰谷差值較小且pel有序性較強(qiáng)時(shí)，熵值才會(huì)最小，這樣處理是為了保證平抑1min時(shí)間尺度下的功率波動(dòng)同時(shí)，優(yōu)化15min尺度下交換功率的峰谷差。

以混合儲(chǔ)能充放電功率phess為變量，則加入混合儲(chǔ)能后pel=pload-pwind-phess，其中phess的值為正表示放電功率，為負(fù)表示充電功率。在負(fù)荷高峰時(shí)段，混合儲(chǔ)能運(yùn)行在負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)模式，減小尖峰負(fù)荷以匹配風(fēng)電功率的不足，而在負(fù)荷低谷時(shí)混合儲(chǔ)能運(yùn)行在風(fēng)電跟蹤負(fù)荷模式，提高等效谷荷功率，最終達(dá)到減小峰谷差的目的。因此式（2）的尋優(yōu)形式可表示為如式（3）所示，不等式為約束條件，pba-min、pba-max分別為電池儲(chǔ)能最小充放電功率和最大充放電功率，psc-min、psc-max分別為超級(jí)電容器最小充放電功率和最大充放電功率，除此約束條件外，電池和超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)socba、socsc將是間接約束條件，其值大小決定此時(shí)刻最大可充放電功率。

尋優(yōu)算法采用遺傳算法，得到最優(yōu)熵值hmin下混合儲(chǔ)能充放電功率phess后，利用小波包分解將其分解為低頻分量和高頻分量如圖1所示。本實(shí)施例中利用dmeyer小波對(duì)風(fēng)電功率信號(hào)進(jìn)行6層分解，并重構(gòu)6層64個(gè)頻段功率分量，以2⁰～2¹、(2¹+1)～2⁴、(2⁴+1)～2⁶hz三個(gè)頻段作為所分解的低頻頻段、中頻段和高頻頻段。如圖1所示，能量主要集中在低頻部分，但平滑很多，中、高頻部分能量較小但波動(dòng)較大。

考慮到電池儲(chǔ)能具有能量密度高、功率密度低以及循環(huán)壽命低，超級(jí)電容器具有功率密度高、能量密度低以及循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可將分解得到的低頻分量、高頻分量分別作為電池和超級(jí)電容器的充放電指令。如圖2所示，圖中g(shù)(s)為原始信號(hào)，h(s)為小波包分解后所有頻段信號(hào)的集合，yb(s)、yc(s)分別為儲(chǔ)能和超級(jí)電容器分配的充放電功率，f0、t0分別為電池響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)頻率。根據(jù)f0、t0選擇適合電池儲(chǔ)能充放電的低頻頻段，剩余高頻頻段作為超級(jí)電容器的充放電指令。

在1min、15min、1h的時(shí)間尺度下，以分布式風(fēng)電功率典型日出力曲線和當(dāng)?shù)厝肇?fù)荷曲線為例，本地最大負(fù)荷為70kw，風(fēng)電額定容量為25kw，混合儲(chǔ)能中電池配置為5kw/5kwh，電池響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)頻率分別為1h和2.78×10^-3，超級(jí)電容器配置為1kw/0.5kwh。如圖3所示，時(shí)間尺度越大風(fēng)電功率波動(dòng)越小，在兩個(gè)需求峰時(shí)段，風(fēng)電功率波動(dòng)較大，甚至呈現(xiàn)出反調(diào)峰的特性，這將拉大負(fù)荷的峰谷差，增加系統(tǒng)配備的備用容量。而在谷時(shí)段tg，風(fēng)電波動(dòng)率較小，可以給谷時(shí)負(fù)荷提供較穩(wěn)定的功率。風(fēng)電功率在負(fù)荷需求高的時(shí)候波動(dòng)反而較大，不利于系統(tǒng)調(diào)峰。

如圖4所示，加入風(fēng)電功率后的等效負(fù)荷較原負(fù)荷曲線，加大了波動(dòng)率，且在峰荷時(shí)進(jìn)一步增加了尖峰負(fù)荷，等效負(fù)荷熵值h大于原負(fù)荷曲線的熵值。如圖5所示，優(yōu)化后的熵值h明顯減小，這是因?yàn)閮?yōu)化后的等效負(fù)荷曲線要平滑很多，且達(dá)到削峰填谷的效果?；谛〔ò鼘hess分解成64個(gè)頻段，根據(jù)電池儲(chǔ)能的響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)頻率選擇2⁰～2²頻段作為其充放電功率，而剩余（2²+1）～2⁶頻段則作為超級(jí)電容器的充放電功率。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。