一種含鈉硫電池的離網型微網能量管理方法與流程
本發明涉及一種微電網能量管理技術領域，特別涉及一種含鈉硫電池的離網型微網能量管理方法。
背景技術：
近年來，隨著社會經濟的快速發展，人們對電能需求與日劇增，分布式發電技術以其高能源利用率、清潔性和經濟性得到廣泛關注，成為新能源利用的主要形式。但是由于其具有隨機性、波動性和間歇性等特點，分布式電源的大規模并網運行給電網安全穩定運行帶來不利影響，給電網規劃和能量調度管理帶來巨大挑戰。
可再生能源具有隨機性、間歇性和不確定性，所以必須借助儲能技術使其在電網中安全、平穩、有效使用。在各類電池儲能中，從功率提供能力、能量效率、安裝成本、額定功率放電能力、安裝場地要求、維護要求等多方面綜合考慮，鈉硫電池的總體特性最適合大規模儲能系統應用。鈉硫電池具有能量密度高、運行壽命長、維護成本低以及突出的超載脈沖功率輸出特性和快速的動態特性等特點。
現有技術大多只給出能量管理策略的流程圖，但未給出微電網內部各個發電單元具體的功率分配算法。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種含鈉硫電池的離網型微網能量管理方法，結合能量管理策略的流程圖，給出詳細的各個發電單元具體的功率分配算法，保證微網系統內重要負荷供電，在重要負荷供電基礎上最大限度滿足非重要負荷用電需求，提高了分布式新能源利用率。
本發明提供了一種含鈉硫電池的離網型微網能量管理方法，它在離網模式下的能量管理流程為：
s1：預測微網系統內分布式新能源發電功率和負荷功率pl；
s2：得到微網系統內分布式新能源發電功率與負荷功率的差值pref_all；
s3：比較pref_all值與0的大小關系；
若pref_all≤0，跳轉到步驟s6；
若pref_all＞0，進行步驟s4；
s4：比較充電標志δpc與0的大小關系；
若δpc＞0，微網系統按照控制策略1操作，對儲能單元按照當前最大充電功率pci_now_max進行充電；
若δpc≤0，進行步驟s5；
s5：比較充電功率選擇標志scpi與0的大小關系；
若scpi＞0，微網系統按照控制策略3操作，并得到重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now；
若scpi＝0，微網系統按照控制策略2操作，對儲能單元按照充電功率pci_now進行充電；
s6：比較1級放電標志δpd1與0的大小關系；
若δpd1＞0，跳轉到步驟s9；
若δpd1≤0，將微網系統中的非重要負荷切除，重新預測已去除非重要負荷后的新微網系統的負荷功率值，進行步驟s7；
s7：比較新微網系統內分布式新能源發電功率與負荷功率的差值pref_all_new與0的大小關系；
若pref_all_new＞0，則跳轉到所述步驟s4；
若pref_all_new≤0，則比較重新得到的1級放電標志δpd1_new與0的大小關系：若δpd1_new＞0，則跳轉到所述步驟s9；若δpd1_new≤0，進行步驟s8；
s8：比較2級放電標志δpd2與0的大小關系；
若δpd2＞0，則跳轉至所述步驟s9；
若δpd2≤0，則微網系統按照控制策略6進行操作；
s9：比較放電功率選擇標志sdpi與0的大小關系；
若sdpi＝0，微網系統按照控制策略4操作，對儲能單元按照放電功率pdi_now進行放電；
若sdpi＞0，微網系統按照控制策略5操作，并得到重新計算的儲能單元放電功率p'di_now。
優選地，分布式新能源發電功率與負荷功率的差值pref_all的計算公式為：
儲能單元當前最大充電功率pci_now_max的計算公式為：pci_now_max＝sci·min[pci_max,((1-soci)·si)/t]；
充電標志δpc的計算公式為：
充電功率選擇標志scpi計算公式為：
儲能單元充電功率pci_now的計算公式為：pci_now＝sci·min[σci·pref_all,pci_now_max]；
1級放電標志δpd1的計算公式為：
放電功率選擇標志sdpi的計算公式為：
儲能單元放電功率pdi_now的計算公式為：pdi_now＝min[-σdi·pref_all,pdi_now_max]；
2級放電標志δpd2的計算公式為：
優選地，按照控制策略1操作后，微網系統的發電總功率為ps_all，其計算公式為：
優選地，按照控制策略2操作后，微網系統的發電總功率為ps_all，其計算公式為：
優選地，控制策略3是對儲能單元按照重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now進行充電；微網系統的發電總功率為ps_all，其計算公式為：
優選地，重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now的計算流程為：
先重新計算所需分配總功率p'ref_all，再計算充電功率重新分配的加權系數σ'ci并得到重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now和重新計算的充電功率選擇標志s'cpi；
當s'cpi的值均為0時，則該儲能單元充電功率p'ci_now作為最終的儲能單元充電功率；若s'cpi＞0，則返回重新計算直至s'cpi值均為0；其中，重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now的計算公式為：pc′i_now＝min[σ′ci·pr′ef_all,pci_now_max]，其中，
優選地，控制策略5是對儲能單元按照重新計算的儲能單元放電功率p'di_now進行放電。
優選地，重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now的計算流程為：
先重新計算所需分配總功率p'ref_all，再計算充電功率重新分配的加權系數σ'ci并得到重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now和重新計算的充電功率選擇標志s'cpi；
當s'cpi的值均為0時，則該儲能單元充電功率p'ci_now作為最終的儲能單元充電功率；若s'cpi＞0，則返回重新計算直至s'cpi值均為0；其中，所述重新計算的儲能單元充電功率p'ci_now的計算公式為：pc′i_now＝min[σ′ci·pr′ef_all,pci_now_max]，其中，
優選地，控制策略6是當微網系統內所有分布式新能源發電量以及儲能單元能量已無法滿足重要負荷需求，切除重要負載，微網系統待機運行，等待分布式新能源發電充足后或在微網系統并網時再次運行。
與現有技術相比，本發明的有益效果為采用了能量管理策略的流程圖，給出各個發電單元具體功率分配算法，更加有效地控制微電網，使分布式新能源運行更加穩定。
附圖說明
圖1儲能單元能量狀態劃分示意圖；
圖2離網模式下能量管理流程示意圖；
圖3充電功率重新計算流程示意圖；
圖4放電功率重新計算流程示意圖；
圖5第一種離網模式下分布式新能源、儲能單元及負荷的功率曲線；
圖6第二種離網模式下分布式新能源、儲能單元及負荷的功率曲線。
具體實施方式
本發明提供了一種含鈉硫電池的離網型微網能量管理方法，為使本發明更明顯易懂，下面結合附圖與具體實施方式對本發明做進一步的說明。
根據鈉硫電池儲能單元的特點，可將鈉硫電池儲能單元的工作狀態分為四類，如圖1所示，其中soc為鈉硫電池儲能單元的剩余容量，范圍為0～1。
socmin2的取值比儲能單元本身所允許的能量狀態工作范圍的最小值soc大，socmax比儲能單元本身所允許的能量狀態工作范圍的最大值
在離網模式下，當儲能單元處于偏高區時則不再對其進行充電控制，當處于偏低區時則根據需要進行充放電控制，當處于保留區時只對微網系統內的重要負荷進行保電，處于正常工作區時則根據實際需要對儲能單元進行充放電控制。如無特別說明，新能源發電單元均運行于最大功率點跟蹤mppt的工作模式。
離網模式下對微網系統內分布式新能源發電量、鈉硫電池儲能單元充放電以及負荷用電要進行優化調度管理，其控制策略的核心是先由微網系統內的負荷消耗分布式新能源發電量，不足或剩余部分由儲能單元補充或吸收，保證微網系統內的重要負荷供電。在保證微網系統內的重要負荷供電基礎上，要最大限度滿足非重要負荷用電需求，同時提高分布式新能源利用率。
如圖2所示是離網模式下能量管理流程，具體步驟如下：
步驟(1)：預測分布式新能源發電功率和微網系統內負荷功率pl，計算微網系統內分布式新能源發電功率與負荷功率的差值pref_all，其中pref_all的計算公式如式(1)：
其中，psj為第j個分布式新能源發電單元的功率預測值；pl為負荷功率預測值，m是新能源發電單元的個數。
步驟(2)：判斷pref_all數值的正負；
其中，若pref_all＞0，則表明分布式新能源發電量大于微網系統內負荷消耗量，反之則表明分布式新能源發電量小于或等于微網系統內負荷消耗量。
(2.1)當pref_all＞0，可進一步計算儲能單元的充電功率，并得到充電標志δpc，并判斷δpc數值的正負。
(2.1.1)若δpc＞0，則微網系統按照控制策略1進行控制和操作；
其中δpc具體表達式見下公式(2)、(3)和(4)。
pci_now_max＝sci·min[pci_max,((1-soci)·si)/t](3)
其中，sci為第i個儲能單元禁充標志；pci_max為第i個儲能單元最大充電功率，pci_now_max為第i個儲能單元當前最大充電功率；soci為第i個儲能單元的剩余容量，si為第i個儲能單元在其滿充時的容量；t為預測周期，n是儲能單元的個數，socimax為第i個儲能單元正常工作范圍的剩余容量的最大值。
(2.1.2)若δpc≤0，則需要進一步計算各儲能單元充電功率加權系數σci，并在此基礎上計算各儲能單元充電功率pci_now和充電功率選擇標志scpi，計算公式如(5)、(6)和(7)所示。
pci_now＝sci·min[σci·pref_all,pci_now_max](6)
(i)當scpi＞0時，微網系統按照控制策略3進行操作。
(ii)當scpi＝0時，微網系統按照控制策略2進行操作。
(2.2)當pref_all≤0時，對各個儲能單元的剩余電量進行計算，得到儲能單元放電功率，并得到1級放電標志δpd1，并判斷δpd1數值的正負；其中，δpd1的計算公式見(8)、(9)和(10)。
pdi_now_max＝min[pdi_max,(soci·si)/t](9)
其中pdi_max為第i個儲能單元最大放電功率，pdi_now_max為第i個儲能單元當前最大放電功率，sd1i為各儲能單元1級禁放標志，soci_min1為第i個儲能單元正常工作范圍的剩余容量的最小值。
(2.2.1)若δpd1＞0，需要進一步計算各儲能單元放電功率加權系數σdi以及各儲能單元放電功率pdi_now和放電功率選擇標志sdpi，計算公式如式(11)、(12)和(13)所示。
pdi_now＝min[-σdi·pref_all,pdi_now_max](11)
(i)當sdpi＝0時，微網系統按照控制策略4進行操作。
(ii)當sdpi＞0時，微網系統按照控制策略5進行操作。
(2.2.2)若δpd1≤0，則先要將微網系統中的非重要負荷切除，形成了新的微網系統，并重新進行預測去除非重要負荷后的新微網系統的負荷功率值，并計算新微網系統內分布式新能源發電功率與負荷消耗功率的差值pref_all_new，其計算方法與步驟(1)中的公式(1)相同。
(i)當pref_all_new＞0時，則跳轉至步驟(2.1)中儲能單元充電功率的計算，依次按照所述的步驟進行下去，得出相應結果。
(ii)若pref_all_new≤0，則重新計算1級放電標志得到δpd1_new；δpd1_new的計算同理按照以下公式(8)、(9)和(10)。
(a)若δpd1_new＞0，則跳轉至步驟(2.2.1)中進行各儲能單元放電功率加權系數的計算，依次按照所述步驟進行下去，得出相應結果。
(b)若δpd1_new≤0，則進一步計算2級放電標志δpd2，δpd2具體計算公式如公式(10)、(14)和(15)所示，其中，soci_min2表示第i個儲能單元保留區的剩余容量的最大值，sd2i為儲能單元2級禁放標志。
(b-1)若δpd2＞0時，則返回步驟(2.2.1)，同理依次進行下去，得出相應結果。
(b-2)若δpd2≤0，微網系統按照控制策略6進行操作。
所以，當微網系統中分布式新能源發電量大于負荷消耗量時，控制目標為保證分布式新能源利用率最大化，同時還要保持直流母線電壓穩定；當分布式新能源發電量小于或等于負荷消耗時，通過協調各儲能單元放電來保證重要負荷的用電需求。
以下為上文所述的各種控制策略：
控制策略1：控制策略1是對各儲能單元按照功率pci_now_max進行充電，來降低分布式新能源發電功率，使得發電總功率為ps_all，具體計算如公式(16)所示。
控制策略2：控制策略2是對各儲能單元按照功率pci_now進行充電，來降低分布式新能源發電功率，使得微網系統的發電總功率為ps_all，具體計算如公式(17)所示。
控制策略3：控制策略3是需要先對各儲能單元充電功率進行重新計算，重新計算流程如圖3所示。
首先需重新計算所需分配總功率p'ref_all，以此為依據重新計算充電功率重新分配的加權系數σ'ci并得到各儲能單元的充電功率p'ci_now和重新計算的充電功率選擇標志s'cpi。
當s'cpi的值均為零時，則該儲能單元以此充電功率p'ci_now作為最終的充電功率；若s'cpi＞0，則返回重新計算直至s'cpi的值均為0，得到儲能單元充電功率p'ci_now。其中，重新計算的各儲能單元充電功率p'ci_now計算公式如公式(18)、(19)和(20)所示。
pc′i_now＝min[σ′ci·pr′ef_all,pci_now_max](18)
再對各儲能單元按照功率p'ci_now進行充電，來降低分布式新能源發電功率，使得發電總功率為ps_all，具體表達式如公式(21)所示。
控制策略4：控制策略4是對各儲能單元按照pdi_now進行放電。
控制策略5：控制策略5是對各儲能電源充電功率進行重新計算，重新計算流程如圖4所示。
首先需重新計算所需分配總功率p″ref_all，以此為依據重新計算放電功率重新分配的加權系數σ'di并得到重新計算的各儲能單元的放電功率p'di_now和重新計算的放電功率選擇標志s'dpi。
當s'dpi均等于零時，則該儲能單元以此放電功率p'di_now作為最終的放電功率；若s'dpi＞0，則返回重新計算直至s'dpi均為0。再對各儲能單元按照p'di_now進行放電，保證重要負荷的用電需求。
其中，各儲能單元的放電功率p'di_now具體表達式見公式(22)、(23)和(24)所示。
p'di_now＝min[-δ'di·p″ref_all,pdi_now_max](22)
控制策略6：控制策略6是在微網系統內所有分布式新能源發電量以及儲能單元能量已無法滿足重要負荷供電需求，可將重要負荷切除，微網系統待機運行，等待分布式新能源發電充足或是微網系統并網條件下再次運行。
圖5與圖6分別為微網系統在離網模式下分布式新能源、儲能單元及負荷功率曲線的效果圖，其中，圖中曲線1是光伏功率輸出曲線，曲線3是鈉硫電池儲能單元的功率輸出曲線，曲線2和4均是負荷變化時的功率曲線，曲線2是平均結果曲線，曲線4是跟蹤結果曲線，曲線5是計劃值曲線，且5是一條直線。
盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
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