一种含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法与流程

1.本发明涉及新能源、多类型储能系统运行控制领域，具体是一种含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法。


背景技术：

2.我国目前共有2851个县域级电网，是联通乡镇配电网及上级输电网的基本电网结构单元。大量中西部县域仅依靠单个500kv或220kv变电站供电，网架结构较为薄弱，供电可靠性相对较差，并且一旦出现线路故障修复困难，停电时间较长，尤其对于边防哨所影响巨大。
3.为解决居民用电问题，通常在区域电网内安装光伏、多类型储能，但是目前多为各自独立运行，能量利用率较低，对于供电可靠性的提升较少，尤其是随着燃料电池的技术成熟度不断提升其应用范围也越来越广。
4.因此亟需一种涵盖光伏、多类型储能联合运行控制算法，一方面整体提升能源利用率，另一方面提升对用户供电质量和供电可靠性。


技术实现要素：

5.本发明提供一种含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法，在电网正常情况下通过控制分布式光伏、风电处于最大功率点跟踪运行模式，提升能源利用率，当电网故障时对所接入的分布式光伏、风电、超级电容、电化学储能系统、以及燃料电池出力进行优化控制，最大程度上满足负荷的用电需求，提升供电可靠性。
6.一种含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法，
7.步骤s1：读取电网运行状态，进行电网正常运行与否的判断；
8.步骤s2：电网正常且qs1闭合情况下设定风电、光伏、电化学储能、超级电容以及燃料电池储能系统运行状态；
9.步骤s3：电网正常且qs1断开情况下进入电网恢复运行控制子程序；
10.步骤s4：电网异常情况下，若soc
bat
≥soc
bat_min
则进入电化学储能系统作为主电源运行控制子程序，其中soc
bat
为电化学储能系统当前soc值，soc
bat_min
为电化学储能系统soc的下限值；
11.步骤s5：电网异常情况下，若soc
bat
＜soc
bat_min
则进入燃料电池做主电源运行子程序。
12.进一步的，所述步骤s1具体为：监控平台读取采交流母线处电压和频率，若其满足式(1)则电网处于正常运行状态，否则电网异常；
13.u1∈[u
min
，u
max
]且f1∈[f
min
，f
max
]
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]
其中u1和f1分别为采样点1处的电压和频率。u
min
，u
max
，f
min
，f
max
为根据负荷承受能力所设定的电压下限值、上限值、频率下限值、上限值。
[0015]
进一步的，步骤s3中所述电网恢复运行控制子程序具体包括：
[0016]
步骤3
‑
1：首先读取燃料电池储能系统并网开关qs6开关状态，若其处于断开状态则直接调整电化学储能系统运行模式，使其开始与电网同期运行，否则先将电化学储能系统调整为并网运行模式，再断开燃料电池储能系统并网开关qs6，待电化学储能系统自动转为离网带载运行后下达同期运行指令使其开始与电网同期运行；
[0017]
步骤3
‑
2：判断电化学储能系统输出电压幅值和相位是否满足与电网同期要求，若满足则闭合母线开关qs1，电网恢复运行子程序结束。
[0018]
进一步的，步骤s4中所述电化学储能系统作为主电源运行控制子程序具体包括：
[0019]
步骤4
‑
1：根据分布式光伏所在支路、分布式风电所在支路、用电负荷所在支路读取的电压、电流信息分别计算当前时刻光伏、风电以及负荷的输出功率p
pv
(t)、p
wind
(t)、p
load
(t)；
[0020]
步骤4
‑
2：计算分布式新能源输出功率和负荷用电功率差值δp(t)，其表达式如式(2)所示，其中风电、光伏以功率流向交流母线为正，负荷用电功率以流向负荷方向为正：
[0021]
δp(t)＝p
pv
(t) p
wind
(t)
‑
p
load
(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0022]
步骤4
‑
3：若δp(t)＞0则根据式(3)计算风电、光伏是否需要限功率运行，f
limit
(t)为当前时刻限功率运行标志位：
[0023][0024]
式中p
bat_charge_max
(t 1)、p
sc_charge_max
(t 1)分别为电化学和超级电容储能系统下一时刻可充电的最大功率，其表达式如(4)、(5)所示。
[0025][0026][0027]
式中p
bat_set
、p
sc_set
分别为电化学和超级电容储能系统输出功率设定上限值，soc
bat
(t)、soc
sc
(t)、soc
bat_max
、soc
sc_max
分别为电化学和超级电容储能系统当前时刻soc值和soc设定上限值；
[0028]
步骤4
‑
4：若f
limit
(t)＝0则不需要限功率运行，超级电容下一时刻充电功率如式(6)所示：
[0029]
p
sc_charge
(t 1)＝min[p
sc_charge_max
(t 1)，δp(t)]
ꢀꢀꢀ
(6)
[0030]
步骤4
‑
5：若f
limit
(t)＝1则分布式光伏、风电需要进行限功率运行，功率输出最大值计算如式(7)所示，风电、光伏下一时刻输出功率上限分别如式(8)、(9)所示，该情况下超级电容下下一时刻充电功率如式(10)所示。
[0031]
p
dg_max
(t 1)＝p
bat_charge_max
(t 1) p
sc_charge_max
(t 1) p
load
(t)
ꢀꢀ
(7)
[0032][0033][0034]
p
sc_charge
(t 1)＝p
sc_charge_max
(t 1)
ꢀꢀꢀ
(10)
[0035]
步骤4
‑
5：若δp(t)≤0则根据式(11)计算超级电容放电功率值：
[0036][0037]
进一步的，步骤s5中所述燃料电池做主电源运行子程序具体包括：
[0038]
步骤5
‑
1：闭合燃料电池储能系统并网点开关燃料电池储能系统并网开关qs6，同时计算分布式新能源输出功率和负荷用电功率差值δp(t)，其表达式如式(2)所示，其中风电、光伏以功率流向交流母线为正，负荷用电功率以流向负荷方向为正；
[0039]
步骤5
‑
2：若δp(t)＞0则按照步骤6
‑
3计算限功率运行标志f
limit
(t)，若f
limit
(t)＝0则根据式(12)计算超级电容储能系统下一时刻充电功率：
[0040][0041]
步骤5
‑
3：根据计算得到到的下一时刻超级电容输出功率进一步计算下一时刻电化学储能系统充电功率，如式(13)所示：
[0042][0043]
步骤5
‑
4：若f
limit
(t)＝1则根据步骤6
‑
5分别计算分布式光伏、风电输出功率的上限值，超级电容和电化学储能系统下一时刻充电值分别如式(14)、(15)所示：
[0044]
p
sc_charge
(t 1)＝p
sc_charge_max
(t 1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0045]
p
bat_charge
(t 1)＝p
bat_charge_max
(t 1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)。
[0046]
本发明提出了含分布式光伏、风电、超级电容储能系统、电化学储能系统以及燃料电池储能系统接入的联合供电系统自适应能量优化管理方法，该方法具有以下优点：
[0047]
1、能够根据采样得到供电系统并网点电压信息自主调整系统并网或离网运行模式，并在电网恢复供电后能够自主恢复为并网运行模式，整体切换过程能够保证负荷的不间断供电；
[0048]
2、在离网运行状态下能够根据电化学储能运行状态信息，自主调整主电源设置，优先使用电化学储能系统作为主电源同时以燃料电池储能系统作为辅助，二者结合进一步提升对负荷供电的可靠性；
[0049]
3、通过对电化学储能和超级电容储能系统的调节，能够最大程度接收分布式光伏、风电的出力，在保证供电系统稳定运行的前提下提升了能源利用率。
附图说明
[0050]
图1是本发明中分布式新能源和多类型储能联合供电系统的拓扑图；
[0051]
图2是本发明实施例含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法的流程图；
[0052]
图3是本发明的详细流程图；
[0053]
图4是本发明电网恢复运行流程图；
[0054]
图5是本发明电化学储能系统作为主电源运行流程图；
[0055]
图6是本发明燃料电池作为主电源运行流程图；
具体实施方式
[0056]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
本发明实施例提供一种含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法，其应用于如图1所示包括分布式新能源和多类型储能联合供电系统(以下简称联合供电系统)。
[0058]
所述分布式新能源和多类型储能联合供电系统中的分布式光伏、分布式风电、超级电容储能系统、电化学储能系统以及燃料电池储能系统通过各自并网开关(qs2
‑
qs7)汇入380v交流母线，交流母线经过母线开关qs1接入台区变压器低压侧，联合供电系统监控平台与供电系统内各设备及开关间均有快速通讯通道，能够实时获取各设备的运行信息，并向各个并网点开关下达遥控指令，同时联合供电系统监控平台能够自主实时采集各个采样点电压、电流信息，联合供电系统整体运行模式分为电网正常运行模式、电网异常运行模式和电网恢复运行模式；所述方法包括如下步骤：
[0059]
在电网正常运行时，联合供电系统监控平台控制控制分布式光伏、分布式风电处于最大功率点运行模式，提升新能源利用率，超级电容系统和电化学储能系统处于恒压浮充运行模式，保持电量充足，燃料电池储能系统停机运行；
[0060]
电网异常情况下，联合供电系统监控平台首先分断母线开关qs1与电网断开，联合供电系统独立运行，当电化学储能系统电量充足时以电化学储能系统作为主电源运行，同时根据负荷用电量调整光伏、风电出力，电化学储能系统电量不足时启动燃料电池储能系统，保证负荷的用电。
[0061]
检测到电网恢复后，联合供电系统监控平台调整当前主电源输出电压、频率，当与电网端一致时闭合母线开关qs1，系统转为并网运行模式。
[0062]
请进一步参阅图2及图2，本发明含多类型储能和新能源接入的能量优化管理方法其中一个实施例的具体实施步骤包括：
[0063]
步骤s1：读取并网点电网信息，根据所设定的条件进行电网运行状态识别，具体的，监控平台读取采样点1(即交流母线)处电压和频率，若其满足式(1)则电网处于正常运行状态，否则电网异常；
[0064]
u1∈[u
min
，u
max
]且f1∈[f
min
，f
max
]
ꢀꢀꢀ
(1)
[0065]
其中u1和f1分别为采样点1处的电压和频率。u
min
，u
max
，f
min
，f
max
为根据负荷承受能力所设定的电压下限值、上限值、频率下限值、上限值。
[0066]
步骤s2：若电网正常且母线开关qs1闭合情况下设定风电、光伏、电化学储能、超级电容以及燃料电池储能系统运行状态。
[0067]
具体的，若判断电网正常则进一步读取母线开关qs1开关状态信息。
[0068]
若母线开关qs1处于闭合状态则通过监控平台下达控制指令使分布式光伏、风电处于最大功率点跟踪(mppt)运行状态，电化学储能和超级电容储能系统处于恒压浮充运行状态，同时断开燃料电池储能系统并网开关qs6，使燃料电池储能系统与交流母线分离并控
制其处于停机状态；
[0069]
步骤s3：若电网正常且母线开关qs1断开情况下进入电网恢复运行控制子程序；若如图4所示，所述电网恢复运行控制子程序具体包括：
[0070]
步骤3
‑
1：首先读取燃料电池储能系统并网开关qs6开关状态，若其处于断开状态则直接调整电化学储能系统运行模式，使其开始与电网同期运行，否则先将电化学储能系统调整为并网运行模式，再断开燃料电池储能系统并网开关qs6，待电化学储能系统自动转为离网带载运行后下达同期运行指令使其开始与电网同期运行；
[0071]
步骤3
‑
2：判断电化学储能系统输出电压幅值和相位是否满足与电网同期要求，若满足则闭合母线开关qs1，电网恢复运行子程序结束；
[0072]
步骤s4：电网异常情况下，若soc
bat
≥soc
bat_min
则进入电化学储能系统作为主电源运行控制子程序，其中soc
bat
为电化学储能系统当前soc值，soc
bat_min
为电化学储能系统soc的下限值。
[0073]
具体的，若判断电网处于异常状态，则首先断开开关母线开关qs1和燃料电池储能系统并网开关qs6，电化学储能系统自主由恒压浮充运行转为离网运行；然后读取电化学储能soc信息，若soc
bat
≥soc
bat_min
则进入电化学储能系统作为主电源运行控制子程序。
[0074]
如图5所示，所述电化学储能系统作为主电源运行控制子程序具体包括：
[0075]
步骤4
‑
1：根据采样点2(分布式光伏所在支路)、采样点3(分布式风电所在支路)、采样点7(用电负荷所在支路)读取的电压、电流信息分别计算当前时刻光伏、风电以及负荷的输出功率p
pv
(t)、p
wind
(t)、p
load
(t)；
[0076]
步骤4
‑
2：计算分布式新能源输出功率和负荷用电功率差值δp(t)，其表达式如式(2)所示，其中风电、光伏以功率流向交流母线为正，负荷用电功率以流向负荷方向为正：
[0077]
δp(t)＝p
pv
(t) p
wind
(t)
‑
p
load
(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0078]
步骤4
‑
3：若δp(t)＞0则根据式(3)计算风电、光伏是否需要限功率运行，f
limit
(t)为当前时刻限功率运行标志位：
[0079][0080]
式中p
bat_charge_max
(t 1)、p
sc_charge_max
(t 1)分别为电化学和超级电容储能系统下一时刻可充电的最大功率，其表达式如(4)、(5)所示。
[0081][0082][0083]
式中p
bat_set
、p
sc_set
分别为电化学和超级电容储能系统输出功率设定上限值，soc
bat
(t)、soc
sc
(t)、soc
bat_max
、soc
sc_max
分别为电化学和超级电容储能系统当前时刻soc值和soc设定上限值；
[0084]
步骤4
‑
4：若f
limit
(t)＝0则不需要限功率运行，超级电容下一时刻充电功率如式(6)所示：
[0085]
p
sc_charge
(t 1)＝min[p
sc_charge_max
(t 1)，δp(t)] (6)
[0086]
步骤4
‑
5：若f
limit
(t)＝1则分布式光伏、风电需要进行限功率运行，功率输出最大值计算如式(7)所示，风电、光伏下一时刻输出功率上限分别如式(8)、(9)所示，该情况下超级电容下下一时刻充电功率如式(10)所示。
[0087]
p
dg_max
(t 1)＝p
bat_charge_max
(t 1) p
sc_charge_max
(t 1) p
load
(t) (7)
[0088][0089][0090]
p
sc_charge
(t 1)＝p
sc_charge_max
(t 1)
ꢀꢀꢀ
(10)
[0091]
步骤4
‑
5：若δp(t)≤0则根据式(11)计算超级电容放电功率值：
[0092][0093]
步骤s5：电网异常情况下，若soc
bat
＜soc
bat_min
则进入燃料电池做主电源运行子程序。
[0094]
具体的，若soc
bat
＜soc
bat_min
则启动燃料电池储能系统运行，当燃料电池储能系统稳定运行后监控平台向电化学储能系统下达同期运行控制指令；检测电化学储能系统输出电压满足与燃料电池储能系统同期要求则进入燃料电池做主电源运行子程序。
[0095]
如图6所示，所述燃料电池做主电源运行子程序具体包括：
[0096]
步骤5
‑
1：闭合燃料电池储能系统并网点开关燃料电池储能系统并网开关qs6，同时计算分布式新能源输出功率和负荷用电功率差值δp(t)，其表达式如式(2)所示，其中风电、光伏以功率流向交流母线为正，负荷用电功率以流向负荷方向为正；
[0097]
步骤5
‑
2：若δp(t)＞0则按照步骤6
‑
3计算限功率运行标志f
limit
(t)，若f
limit
(t)＝0则根据式(12)计算超级电容储能系统下一时刻充电功率：
[0098][0099]
步骤5
‑
3：根据计算得到到的下一时刻超级电容输出功率进一步计算下一时刻电化学储能系统充电功率，如式(13)所示：
[0100][0100][0101]
步骤5
‑
4：若f
limit
(t)＝1则根据步骤6
‑
5分别计算分布式光伏、风电输出功率的上限值，超级电容和电化学储能系统下一时刻充电值分别如式(14)、(15)所示：
[0102]
p
sc_charge
(t 1)＝p
sc_charge_max
(t 1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)p
bat_charge
(t 1)＝p
bat_charge_max
(t 1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)。
[0103]
本发明提出了含分布式光伏、风电、超级电容储能系统、电化学储能系统以及燃料电池储能系统接入的联合供电系统自适应能量优化管理方法，该方法具有以下优点：
[0104]
1、能够根据采样得到供电系统并网点电压信息自主调整系统并网或离网运行模式，并在电网恢复供电后能够自主恢复为并网运行模式，整体切换过程能够保证负荷的不
间断供电；
[0105]
2、在离网运行状态下能够根据电化学储能运行状态信息，自主调整主电源设置，优先使用电化学储能系统作为主电源同时以燃料电池储能系统作为辅助，二者结合进一步提升对负荷供电的可靠性；
[0106]
3、通过对电化学储能和超级电容储能系统的调节，能够最大程度接收分布式光伏、风电的出力，在保证供电系统稳定运行的前提下提升了能源利用率。
[0107]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。