基于可变递进步长及期望输出的储能系统优化控制策略

发布时间：2020-02-25 03:30

【摘要】：根据超短期风电功率预测信息提出了基于可变递进步长及期望输出的储能系统(ESS)优化控制策略。通过设定荷电状态(SOC)上下行限值范围,构建递进控制区间的SOC临界限值循环充放电模式,提升ESS利用率;同时严格限定递进控制区间的充放电状态转换次数,以保证ESS的性能状态。基于该思路,以单次充放电区间作为递进控制步长构建ESS充放电策略,并以递进区间步长最大和整体期望输出波动率最小为目标函数建立多目标优化模型,在临界限值循环充放电模式下协调控制风电功率输出与本区间期望输出的关系,由此利于ESS在SOC限值内的充分利用,同时大幅降低其充放电状态转换次数,并可有效减少期望输出的波动程度,提升其可调度性。利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解模型的Pareto最优解,通过风电场实际运行数据验证了所提方法的有效性。
【图文】：

模式图,循环充放,模式,充放电

１ＥＳＳ充放电策略１．１ＳＯＣ临界限值循环充放电模式常规ＥＳＳ运行中ＳＯＣ上行和下行状态转换频繁，且大部分时间未达到ＥＳＳ可承受的ＳＯＣ运行限值，如图１所示，造成ＥＳＳ容量空间的资源浪费，为此提出了ＳＯＣ临界限值循环充放电模式。该模式下设定ＳＯＣ上行和下行临界限值区间分别为［Ｓｍａｘｄ，Ｓｍａｘｕ］（Ｓｍａｘｕ＜１．０）和［Ｓｍｉｎｄ，Ｓｍｉｎｕ］（Ｓｍｉｎｄ＞０），其中Ｓｍａｘｄ和Ｓｍａｘｕ分别为ＥＳＳ单次充电时ＳＯＣ上限值的最小和最大值，，同理Ｓｍｉｎｄ和Ｓｍｉｎｕ分别为单次放电时ＳＯＣ下限值的最小和最大值。在递进控制步长区间内（如ｔｉ），ＳＯＣ由某临界限值区间开始并单调非线性变化，直至对端限值区间，此时充放电状态转换并按上述规律运行至始端ＳＯＣ限值区间，如图１所示，由此构成循环充放电模式。该模式中，ＳＯＣ在上下行限值区间内大范围变化，有效地提升了ＥＳＳ容量空间的效能，保证了正常运行状态下的容量空间利用最大化；同时，ＳＯＣ单调且大范围充放电对应储能能量的持续吸收或释放，可靠保证了该步长内平抑效果的稳定性，有效避免了满充弃风或放电能量不足；严格限定充放电转换次数极大保障了ＥＳＳ运行性能的可持续性，消除了频繁充放电对ＥＳＳ运行寿命的影响。图１ＳＯＣ临界限值循环充放电模式Ｆｉｇ．１ＣｙｃｌｉｃａｌｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｍｏｄｅｗｉｔｈｉｎＳＯＣｃｒｉｔｉｃａｌｌｉｍｉｔ上述循环充放电模式中，ＥＳＳ运行服从基本充放电规律，当期望输出值Ｐｉ

波动曲线,容量,输出区,储能

ｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔａｎｄｅｘｐｅｃｔｅｄｏｕｔｐｕｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙｖａｌｕｅｓ图５中每条曲线代表对应储能容量下，日周期内随控制区间的递进，相应恒值输出区间时长的变化和分布情况。可以看出，储能容量越大，递进区间的恒值输出区间总体时长水平越高，相应日时间内的控制步长数越少，同时对应表１中充放电转换次数也越低，原因在于储能容量越大，循环充放电模式下ＳＯＣ上下限之间的对应能量越充足，由此可吸收或平抑较长时间内的波动功率。同时，由图５可以图４不同容量下的ＳＯＣ波动曲线Ｆｉｇ．４ＳＯＣｃｕｒｖｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙｖａｌｕｅｓ图５不同储能容量对应恒值输出区间分布图Ｆｉｇ．５Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔｓｔｅｐｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙｖａｌｕｅｓ表１不同储能容量控制策略计算指标Ｔａｂｌｅ１Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙｖａｌｕｅｓ储能容量／（ＭＷ·ｈ）充放电状态转换次数ｎ平抑功率波动率ｆδ恒值输出区间时长均值／ｍｉｎ１０２１３．７６２１６５．５１５１６２．９２３６８４．７２０１４２．４２７５９６．０２５１３２．３２０３１０２．０２０（常规方法［１５］）４１６．２５７３６０．０看出恒值输出区间时长的均值随容量增加而上升，且其时长完全满足经济调度计划的时间需求，即使１０ＭＷ·ｈ容量对应的是恒值输出区间时长，其均值也满足小时级经济调度的要求。同时进一步分析波动率ｆδ，在该

【参考文献】