考慮運行和維護的多類型儲能系統能量管理方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及儲能技術，智能電網以及能源互聯網領域中的能量管理方法和系統， 具體涉及一種考慮運行和維護的多類型儲能系統能量管理方法和系統。
【背景技術】
[0002] 隨著新能源大規模并網，其出力的波動問題日益嚴重。由于風電和光伏屬于可再 生能源，其出力的大小受到氣候、地形、溫度、日照等因素的影響，導致其出力的不確定性， 然而風能固有的隨機波動性，使得新能源在并網時會對局部電網產生明顯沖擊，嚴重時會 引發大規模惡性事故。隨著風電和光伏并網在電網中的比例不斷增加，多類型儲能系統能 量管理方法與系統越來越受到關注。
[0003] 隨著電池及其集成技術的不斷發展，應用儲能系統平滑新能源輸出逐漸成為了一 種可行方案。通過合理控制連接在儲能設備上的雙向變流器，高效地實現儲能系統充放電， 能在很大程度上解決風電和光伏隨機性及波動性帶來的輸出不穩定的問題，以滿足風光儲 發電的平滑輸出要求，并有效解決由于新能源波動給電網頻率波動帶來的電能質量等問 題。
[0004] 按照其不同的性質，儲能介質可分為能量型和功率型兩類，能量型儲能介質以鋰 電池、鉛酸蓄電池以及全礬液流電池等為代表，其能量密度大，存儲容量高，但功率密度較 小且響應時間較長。功率型儲能介質以超級電容、飛輪儲能以及超導磁儲能為代表，其功率 密度大，存儲容量低，響應時間較短，可以頻繁充放電而不損害其性能，但能量密度較小。
【發明內容】
[0005] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供考慮運行和維護的多類型儲能系統能 量管理方法和系統。本發明基于經驗模態分解的方法，結合儲能系統SOC反饋輸入，達到即 能防止儲能系統出現過充和過放現象，保持儲能系統良好性能，又兼具較好的平滑輸出的 效果。
[0006] 為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：
[0007] -種考慮運行和維護的多類型儲能系統能量管理方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] (1)讀取風光儲發電系統和電池儲能系統的相關數據；
[0009] (2)計算標準化模量累積均值得出的濾波階數基準值，將功率信號分解成高頻、中 頻和低頻信號；
[0010] (3)求取當前時刻儲能系統有功功率和荷電狀態，并判斷當前時刻儲能系統的荷 電狀態是否超過預設值，若超過，則停止功率平滑控制，否則根據儲能系統的荷電狀態和實 際功率實時修正儲能系統功率命令值；
[0011] ⑷根據儲能系統有功功率的符號來判斷儲能系統的充放電狀態，并基于儲能系 統充放電狀態計算各儲能電池機組的有功功率命令值；
[0012] 優選的，所述步驟（1)中，所述相關數據包括風光儲發電系統的采樣功率、采樣功 率的時間間隔、額定功率、額定容量以及能量型電池和功率型電池的初始化荷電狀態。
[0013] 優選的，所述步驟（2)中，包括如下步驟：
[0014] 步驟2-1、根據所述風光儲發電系統的采樣功率，基于經驗模態分解的方法，分成 若干個固有模態函數和一個余量；
[0015] 步驟2-2、根據如下公式計算其標準化模量累積均值，從而得出的濾波階數基準值 kl 和 k2 :
[0017] 式中MeanO指平均值，std()標準差，η為最大階次Jatn為標準化模量累積均值， Ii1 (t)為固有模態函數，當
I時，σ = 5,認為從第m階開始經驗模態分解趨勢發 生變化，kl為m ;當在第η階為最大值，k2為η ;
[0018] 步驟2-3、將kl階之后的所有頂F之和加上余量的低頻部分作為平滑功率，從第1 階到第k2階的頂F之和為高頻部分，有功率型電池吸收；k2+l階到kl-Ι階的頂F之和作 為中頻部分，由能量型電池吸收。
[0019] 優選的，所述步驟（3)中，所述儲能系統有功功率包括能能量型電池有功功率和 功率型電池有功功率，求取當前時刻所述能量型電池有功功率公式如下：
[0021] 求取所述功率型電池有功功率公式如下：
[0023] 所述儲能系統荷電狀態包括能量型電池荷電狀態和功率型電池荷電狀態，求取所 述能量型電池荷電狀態公式如下：
[0025] 求取所述功率型電池荷電狀態公式如下：
[0027] 式中，Pbat(t)為當前t時刻能量型電池的有功功率，Cbat為能量型電池的容量， Prap(t)為當前t時刻的功率型電池的有功功率，(；3|5為功率型電池的容量，△ t為采樣功率 時間間隔；
[0028] 當判斷出儲能系統處于過充電或過放電狀態時，基于下列式子實時修正儲能系統 功率命令值：
[0032] 式中Pbat為經驗模態分解后儲能目標功率值;A為目標功率值修正系數，r基于荷 電狀態反饋的自適應修正系數，A PbessS儲能系統功率命令修正值；SOCraf參考荷電狀態 值，SOCmax荷電狀態最大值，SOCmin荷電狀態最小值，SOC為儲能系統的荷電狀態。
[0033] 優選的，所述步驟（4)中，包括如下步驟：
[0034] 步驟4-1、若儲能系統的有功功率符號為負，表示儲能系統處于充電運行狀態；
[0035] 步驟4-2、若儲能系統的有功功率符號為正，表示儲能系統處于放電運行狀態；
[0036] 步驟4-3、判斷儲能系統的狀態，處于運行狀態時，U1= 1 ;處于檢修狀態時，u 1 =2,處于停止狀態時，U1= 0 ;
[0037] 步驟4-4、基于儲能系統荷電狀態計算各儲能電池機組的有功功率命令值；
[0039] 式中P1為儲能電池機組的有功功率命令值，u i為儲能電池所處的狀態；SOD i為放 電狀態值，Pb為儲能子站總功率值，L表示儲能電池機組的個數，i表示第i個儲能電池機 組。
[0040] 優選的，一種考慮運行和維護的多類型儲能系統能量管理系統，所述系統包括：
[0041] 通訊模塊，用于讀取風光儲發電系統和電池儲能系統的相關數據，并將所述儲能 系統有功功率的符號和所述儲能系統的指令發送給電池管理系統，實時對儲能系統進行充 放電控制；
[0042] 數據存儲和管理模塊，用于儲存電池聯合儲能電站運行時的實時數據和歷史數 據，并計算標準化模量累積均值得出的濾波階數基準值，將功率信號分解成高頻、中頻和低 頻信號；
[0043] 總功率協調控制模塊，用于求取當前時刻儲能系統有功功率和荷電狀態，并判斷 當前時刻儲能系統的荷電狀態是否超過預設值，若超過，則停止功率平滑控制，否則根據儲 能系統的荷電狀態和實際功率實時修正儲能系統功率命令值；
[0044] 實時功率分配模塊，根據儲能系統有功功率的符號來判斷儲能系統的充放電狀 態，并根據儲能系統充放電狀態設置儲能系統的指令。
[0045] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0046] 本發明基于經驗模態分解的方法，將功率信號分解成高頻、中頻、低頻信號。低頻 信號作為并網功率結合儲能系統SOC反饋輸入，調節儲能系統功率，達到即能防止儲能系 統出現過充和過放現象，保持儲能系統良好性能，又兼具較好的平滑輸出的效果。同時，多 類型儲能系統能量管理方法和系統考慮電池的狀態，分別為運行狀態、維護狀態、停止狀 態。對于電池不同的狀態調整不同的充放電策略，做出相應的決策。有利于儲能電池長時 間的維護和使用。
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發明提供的一種多類型儲能系統能量管理系統的結構圖
[0048] 圖2是本發明提供的一種多類型儲能系統能量管理方法的流程圖
[0049] 圖3本發明提供的風光儲發電系統采樣功率的數據曲線圖；
[0050] 圖4本發明提供的檢修狀態下電池功率的數據曲線圖；
[0051] 圖5平抑前后功率曲線圖；
[0052] 圖6能量型電池功率曲線圖；
[0053] 圖7功率型電池功率曲線圖；
[0054] 圖8能量型電池 SOC變化曲線圖；
[0055] 圖9功率型電池 SOC變化曲線圖
[0056] 圖10備用電池功率曲線圖
【具體實施方式】
[0057] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0058] 電池聯合儲能電站包括功率型儲能子站和能量型儲能子站，其中能量型子站又有 運行和檢修兩種狀態。其中功率型和能量型子站包括雙向變流器和多個電池儲能機組，通 過雙向變流器可以執行各電池儲能機組的啟停控制及充放電功率指令。
[0059] 如圖1所示，本發明通過設置在遠程服務器的通訊模塊10,數據存儲與管理模塊 20,總功率協調控制模塊30,實時功率分配模塊40實現的。
[0060] 通訊模塊10接收電池儲能電站總有功功率實時需求值和儲能相關運行數據；
[0061] 數據存儲與管理模塊20用于存儲和管理電池聯合儲能電站運行時的實時數據和 歷史數據，而且負責將各功率命令值進行匯總、并賦值給相關的接口變量，供遠程服務器通 過通訊模塊調用，將各能量型和功率型電池機組可控狀態信號和SOC值信號以及電池儲能 電站總有功功率實時需求信號值發送到總功率協調控制模塊30。
[0062] 總功率協調控制模塊30用于實時計算電池儲能電站中有功功率命令值，并將能 量型和功率型儲能子站有功功率需求發送到實時功率分配模塊40。
[0063] 實時功率分配模塊40用于對能量型儲能子站和功率型儲能子站的有功功率進行 實時分配，以確定待分配的能量型和功率型儲能機組的有功功率命令值。將各能量型和功 率型電池機組功率命令值信號發送回總功率協調管理模塊30。
[0064] 如圖2所示，本發明提供的考慮運行和維護的多類型能量管理方法，該方法包括 下述步驟：
[0065] 步驟A :讀取風光儲發電系統和電池儲能系統的相關數據
[0066] 該數據包括風光儲系統的采樣功率、采樣功率時間間隔、額定功率和額定容量以 及能量型電池和功率型電池的初始荷電狀態
[0067] 步驟B :計算標準化模量累積均值得出的濾波階數基準值，將功率信號分解成高 頻、中頻和低頻信號
[0068] 根據通訊模塊讀取的出力值，基于經驗模態分解（EMD)的方法，分成若干個頂F和 余量，通過下式計算其標準化模量累積均值得出的濾波階數基準值kl、k2 :
[0070] 式子⑴中為標準量累積均值，hjt)為固有模態函數，MeanO指平均值，StdO 標準差，η為最大階次，當€明顯偏離0時，即
，σ = 5,認為從第m階開始EMD 趨勢發生變化，kl為m。當Iiis在第η階為