一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電網(wǎng)能量管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了緩解能源危機，構(gòu)建可持續(xù)能源系統(tǒng)，同時滿足用戶對電力的多樣性需求，可再生能源分布式發(fā)電及微型電網(wǎng)系統(tǒng)越來越受到重視。微電網(wǎng)可以促進可再生能源的分布式發(fā)電的離網(wǎng)運行，提高可再生能源的利用率。可再生能源的利用、節(jié)能和環(huán)保是我國長期科技發(fā)展計劃的重要研宄領(lǐng)域。微電網(wǎng)是一種新的分布式能源組織方式和結(jié)構(gòu)，通過將地域相近的一組微電源、儲能裝置與負荷結(jié)合起來進行協(xié)調(diào)控制。
[0003]在正常情況下，微電網(wǎng)離網(wǎng)運行，微電網(wǎng)離網(wǎng)能量優(yōu)化管理就是指通過協(xié)調(diào)微電網(wǎng)中的分布式電源、儲能設(shè)備，對用戶的需求側(cè)進行管理，對微電源的輸出功率進行控制和管理，實現(xiàn)根據(jù)微電網(wǎng)實時運行情況下動態(tài)地對微電網(wǎng)中負荷在各分布式電源、儲能裝置單元之間進行全局性的優(yōu)化分配，使微電網(wǎng)安全、高效、可靠和經(jīng)濟地運行。
[0004]經(jīng)濟運行是微電網(wǎng)系統(tǒng)追求的一個重要目標。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于分布式發(fā)電單元及分布式儲能單元的種類繁多，而且每種分布式能源的特性又各不相同，必須要建立新的能量管理優(yōu)化模型才能適應微電網(wǎng)經(jīng)濟運行的要求；同時，在以可再生能源為主的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，還需要考慮可再生能源利用率最大化等運行優(yōu)化策略，以確保微電網(wǎng)高效、經(jīng)濟地運行。國內(nèi)外許多學者提出了多種能量管理方法，常用的有:1、根據(jù)系統(tǒng)電氣參數(shù)和分布式電源種類進行目標優(yōu)化；2、根據(jù)風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能裝置各自的數(shù)學模型和控制策略，實現(xiàn)多電源協(xié)調(diào)控制和微電網(wǎng)能量優(yōu)化管理；3、對能量管理進行分層調(diào)度，不同調(diào)度層實現(xiàn)不同的能量管理策略。但微電網(wǎng)儲能裝置的荷電狀態(tài)在能量管理過程中發(fā)生變化，一般方法沒有對微電網(wǎng)能量管理與儲能裝置荷電狀態(tài)之間的聯(lián)系進行深入分析和詳細規(guī)劃，因此難以做到基于儲能裝置的最優(yōu)能量管理。
[0005]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，含分布式發(fā)電的微電網(wǎng)能量管理多目標優(yōu)化(王新剛，艾芊，徐偉華，韓鵬.含分布式發(fā)電的微電網(wǎng)能量管理多目標優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，10:79-83.)針對分布式電源的運行特性，將不同類型的電源區(qū)別對待，進行多目標優(yōu)化，以達到整個微電網(wǎng)的最優(yōu)化運行；風光儲微電網(wǎng)多電源協(xié)調(diào)控制策略研宄(張佳軍.風光儲微電網(wǎng)多電源協(xié)調(diào)控制策略研宄[D].華北電力大學，2013.)在研宄永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池儲能裝置各自的數(shù)學模型和控制策略，以及風光儲微電網(wǎng)運行特性的基礎(chǔ)上，提出了該風光儲微電網(wǎng)的多電源協(xié)調(diào)控制策略，給出了該協(xié)調(diào)控制策略的架構(gòu)，提出了基于多時間尺度的能量優(yōu)化管理策略，以及微電源與儲能的實時調(diào)度策略；微電網(wǎng)孤網(wǎng)實時能量優(yōu)化管理(李滿禮，付蓉，楊健.微電網(wǎng)孤網(wǎng)實時能量優(yōu)化管理[J].微型機與應用，2014，15:76-79+82.)提出了雙層協(xié)調(diào)調(diào)度的方法，以計劃調(diào)度層和實時調(diào)度層來解決微電網(wǎng)孤網(wǎng)實時能量優(yōu)化管理的問題。計劃層是基于不可控微電源功率預測的主要考慮微電網(wǎng)經(jīng)濟性的調(diào)度方法。實時層是在計劃層的基礎(chǔ)上對不可控微電源實際功率與預測功率之間的誤差進行調(diào)度，再將調(diào)度結(jié)果疊加到計劃層各個可控微電源的功率上。以上的方法和技術(shù)都沒有根據(jù)儲能裝置荷電狀態(tài)的變化情況對微電網(wǎng)能量管理方法進行深入分析和詳細規(guī)劃，只在分布式電源、負荷、儲能等結(jié)構(gòu)上以及多時間尺度和能量調(diào)度架構(gòu)方面進行分析，沒有對微電網(wǎng)能量管理與儲能裝置荷電狀態(tài)之間的聯(lián)系進行深入分析和提出詳細的能量管理方案。
[0006]針對以上不足，本發(fā)明根據(jù)負荷、風力發(fā)電系統(tǒng)以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行情況確定鋰電池儲能裝置的備用需求，然后結(jié)合鋰電池儲能裝置的SOC，實行SOC在不同儲能荷電狀態(tài)下的微電網(wǎng)能量管理方法，充分利用液流電池儲能裝置的調(diào)節(jié)能力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力，實現(xiàn)含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量優(yōu)化管理。經(jīng)過仿真，驗證了該控制策略的正確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理方法，首先通過調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)以及液流儲能裝置使得微電網(wǎng)功率波動處于鋰電池儲能裝置的調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，然后利用鋰電池儲能裝置的調(diào)節(jié)能力對微電網(wǎng)的運行進行調(diào)節(jié)，充分利用微電網(wǎng)內(nèi)的可再生能源的發(fā)電能力。
[0008]一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理方法，其包括如下步驟:
[0009](I)對鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的SOC的進行區(qū)域劃分；
[0010](2)根據(jù)負荷、風力發(fā)電系統(tǒng)以及光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行情況確定鋰電池儲能裝置的備用容量，然后微電網(wǎng)控制器結(jié)合當前鋰電池儲能裝置SOC和鋰電池儲能裝置備用容量計算鋰電池儲能裝置的充放電功率上下限；
[0011](3)根據(jù)鋰電池儲能裝置的運行功率上下限、微電網(wǎng)的負荷、光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率確定液流電池儲能裝置的充放電功率，利用液流電池儲能裝置的調(diào)節(jié)能力，降低鋰電池儲能裝置的調(diào)節(jié)壓力，在鋰電池儲能裝置的備用容量足夠的情況下通過液流電池儲能裝置的充放電維持液流電池儲能裝置的SOC處于正常值，即根據(jù)鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的SOC合理分配兩個儲能裝置之間的充放電功率；
[0012](4)當液流電池儲能裝置無法滿足微電網(wǎng)功率需求時，確定微電網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力大小，充分利用光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力；
[0013](5)當鋰電池儲能裝置、液流電池儲能裝置和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率都無法滿足微電網(wǎng)功率需求時，確定微電網(wǎng)中風力發(fā)電系統(tǒng)的出力大小，對風力發(fā)電機進行投切，或者對負荷進行投切，維持微電網(wǎng)功率平衡，并維持鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的SOC在正常值。
[0014]進一步地，步驟(I)所述對鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的SOC的進行區(qū)域劃分的方法如下:將鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的SOC分別劃分為5個區(qū)域:
[0015]儲能荷電狀態(tài)1:儲能裝置可充不可放，若微電網(wǎng)中功率較為富余，則優(yōu)先對儲能裝置充電。在該狀態(tài)下儲能裝置可以以最大功率充電，但是不能放電，儲能裝置的最大放電功率為O ;
[0016]儲能荷電狀態(tài)2:儲能裝置充電不受限制，放電受到限制；
[0017]儲能荷電狀態(tài)3:儲能裝置充放電均不受限制，儲能裝置的充電功率的限值為其最大充電功率，放電功率的限值為其最大放電功率；
[0018]儲能荷電狀態(tài)4:儲能裝置放電不受限制，充電功率加以限制；
[0019]儲能荷電狀態(tài)5:儲能裝置可放不可充，在該狀態(tài)下儲能裝置可以以最大功率放電，但是不能充電，最大充電功率設(shè)為O。
[0020]進一步地，步驟(2)所述鋰電池儲能裝置的運行功率上下限通過如下方法確定:微電網(wǎng)控制器結(jié)合當前鋰電池儲能裝置SOC和鋰電池儲能裝置備用容量計算鋰電池儲能裝置的充放電功率上下限[Pu，min，Pu，_]，為鋰電池儲能裝置最大放電功率，為正值，Pu，min為鋰電池儲能裝置最大充電功率，為負值。P U為鋰電池儲能裝置的充放電功率，放電功率為正值，充電功率為負值；
[0021]進一步地，步驟(3)所述合理分配鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置之間的充放電功率的方法如下:微電網(wǎng)控制器判斷鋰電池儲能裝置的SOC所處的區(qū)域，位于儲能荷電狀態(tài)I或2或3或4或5，根據(jù)鋰電池儲能裝置的充放電功率和鋰電池儲能裝置的充放電功率上下限確定微電網(wǎng)控制器的執(zhí)行策略，不同策略對應不同的鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的充放電控制。
[0022]進一步地，步驟(4)所述充分利用光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力的方法如下:當鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的放電功率不能滿足微電網(wǎng)功率需求時，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率；當鋰電池儲能裝置和液流電池儲能裝置的充電功率不能滿足微電網(wǎng)功率需求時，減小光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率。
[0023]進一步地，步驟(5)中，當鋰電池儲能裝置、液流電池儲能裝置和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率都無法滿足微電網(wǎng)功率需求時，若微電網(wǎng)功率有剩余，則切除風力發(fā)電機或投入新的負荷，若微電網(wǎng)功率不足，則投入風力發(fā)電機或切除負荷。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果:提供一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理方法，利用鋰電池儲能裝置的調(diào)節(jié)能力對于微電網(wǎng)進行能量管理和優(yōu)化調(diào)度，在此調(diào)節(jié)過程中，充分利用微電網(wǎng)內(nèi)液流電池儲能裝置、光伏發(fā)電系統(tǒng)和風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，實現(xiàn)多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理和優(yōu)化調(diào)度。
【附圖說明】
[0025]圖1是儲能裝置狀態(tài)區(qū)域劃分圖；
[0026]圖2是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理方法框圖；
[0027]圖3是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理的策略I框圖；
[0028]圖4是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理的策略2框圖；
[0029]圖5是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理的策略3框圖；
[0030]圖6是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光儲微電網(wǎng)的能量管理的策略4框圖；
[0031]圖7是一種含多類儲能的離網(wǎng)型風光