電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實用算法

1、電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實用算法董慧峰1，牛文迪2，楊旭強2，郭志敏3，周麗1（1國網(wǎng)河南節(jié)能服務(wù)有限公司，鄭州 450052 ；2哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電氣學(xué)院， 哈爾濱 150001；3河南恩湃高科集團有限公司，鄭州 450052）摘要：為使電池儲能系統(tǒng)簡單有效參與電網(wǎng)削峰填谷，提出一種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷功率優(yōu)化模型以及電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實用算法。該算法充分考慮電池儲能系統(tǒng)實際約束，并能實用方便的規(guī)劃電池儲能系統(tǒng)充放電時間段及充放電功率。通過實例分析，該算法簡單、實用、可行。關(guān)鍵詞：電池儲能系統(tǒng)；削峰填谷；優(yōu)化模型；實用算法中圖分類號：TM732 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號

2、：Practical algorithm applied in peak load shifting of battery energy storage system in power gridDong Huifeng1, Niu Wendi2, Yang Xuqiang2, Guo Zhimin3, Zhou Li1(1 (1. State Grid Henan Energy Service Co,. ., Ltd., Zhengzhou 450052, China2 . 2. School of Electrical Engineering and Automation, Harbin I

3、nstitute of Technology, Harbin 150001, China3 . 3. Henan Epri Hitech group Group Co,. ., Ltd., Zhengzhou 450052,China, China)Abstract: : In order to apply the battery energy storage system in the peak load shifting in power grid simply and effectively, the power optimization model inpeakin peak load

4、 shifting of the battery energy storage system is put forward in this paperaspaper, as well as the practical algorithm solvingthesolving the model. The practical constraints of the battery energy storage system are fully considered in this practical algorithm. The charging and discharging periods an

5、d power of the battery energy storage system can be effectively planned Through through this practical algorithm, the charging and discharging periods and power of the battery energy storage system can be effectively gh. an example analysis, the The algorithm is simple, practical and feasible throug

6、h an example analysis.Key words: battery energy storage system, peak load shifting, optimization model, practical algorithm0 引 言近年來，隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力負荷谷峰差逐年增大，電力負荷供需不平衡現(xiàn)象日益嚴重1-4。電池儲能系統(tǒng)有快速吞吐特性，利用電池儲能系統(tǒng)在負荷高峰時釋放能量，負荷低谷時吸收能量，以實現(xiàn)電力負荷的削峰填谷。進而緩解負荷高峰用電緊張，間接延緩電力系統(tǒng)設(shè)備升級投資，提高輸電和配電設(shè)備的利用率，有利于電網(wǎng)的經(jīng)濟運行5-6。目前，削峰填谷的電力調(diào)度問

7、題，主要是優(yōu)化算法研究7-11。本文提出一種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實用算法，該算法充分考慮電池儲能系統(tǒng)實際約束，實用方便的規(guī)劃電池儲能系統(tǒng)充放電時間段及充放電功率。1 電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷功率優(yōu)化模型削峰填谷是為保證電網(wǎng)負荷的相對平穩(wěn)，可通過負荷標(biāo)準(zhǔn)差對削峰填谷效果進行衡量。負荷標(biāo)準(zhǔn)差越小，負荷也就越平穩(wěn)。1.1 目標(biāo)函數(shù)電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如下： (1) (2)式中，為第時刻的實際電網(wǎng)負荷；為目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化對象變量的向量形式，即電池儲能系統(tǒng)優(yōu)化周期內(nèi)對外功率構(gòu)成的向量；為第時刻儲能系統(tǒng)的充放電功率，放電時：；充電時：；則為浮充狀態(tài)，不充電也不放電；為負荷采樣周

8、期；為儲能系統(tǒng)負荷平均值。 (3)1.2 約束條件(1) 功率約束充電時： (4)放電時： (5)式中,為電池儲能系統(tǒng)的最大充電功率；儲能系統(tǒng)的最大放電功率。(2) 剩余電量約束儲能系統(tǒng)的容量計算公式如下： (6)式中,為時刻電池儲能系統(tǒng)所儲存的能量；為充電系數(shù)。引入荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)對剩余電量進行評估： (7) (8) (9) (10)式中，為當(dāng)前電池儲能系統(tǒng)所儲存能量；為電池儲能系統(tǒng)額定容量；為儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的最小值；為儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的最大值；為第時刻的荷電狀態(tài)；為功率采樣的時間間隔。對剩余電量SOC約束(9)和(10)進行變換處理： (11) (12)

9、(13) (14) (15) (16) (17) (18)式中，為荷電狀態(tài)向量；為初始荷電狀態(tài)向量（階）；為目標(biāo)函數(shù)變量的向量形式；為系數(shù)矩陣（階方陣）且；聯(lián)系公式(10)可得：(19)(20)(21) (22)2 電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實用算法本文提出一種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實用算法，與傳統(tǒng)算法相比，該算法更加簡單實用。該算法確定電池儲能系統(tǒng)充放電時間段及充放電功率的原理如下：首先導(dǎo)入預(yù)測負荷數(shù)據(jù)，繪制負荷曲線，統(tǒng)計負荷谷峰值分別為與，確定算法功率迭代步長與迭代常數(shù)，如圖1所示作功率線： (23) (24)式中，為電池儲能系統(tǒng)額定功率。計算與： (25) (26)式中，為連續(xù)的

10、預(yù)測負荷；為離散化的預(yù)測負荷；為時對應(yīng)的離散負荷編號；為時對應(yīng)的離散負荷編號；為功率采樣的時間間隔。分別比較與電池儲能系統(tǒng)容量的大小關(guān)系：(1)若則以如下方式進行迭代： (27)計算如式(25)直至停止迭代，確定此時對應(yīng)的為電池儲能系統(tǒng)放電時間段，功率差為電池儲能系統(tǒng)放電功率。 (28)圖1實用算法原理示意圖1Fig.1 PracticalFig.1 Schematic diagram 1 of practical algorithm principle diagram 1若則以如下方式進行迭代： (29)計算如式(26)直至停止迭代，確定此時對應(yīng)的為電池儲能系統(tǒng)充電時間段，功率差為電池儲能系

11、統(tǒng)充電功率。 (30)(2)若則如圖2所示作功率線并以如下方式進行迭代： (31)圖2實用算法原理示意圖2Fig.2 Fig.2 Schematic diagram 2 of practicalalgorithm principlePractical algorithm principle diagram 2計算如下： (32)直至停止迭代，確定此時對應(yīng)的為電池儲能系統(tǒng)放電時間段，在于時間段內(nèi)放電功率為；在時間段內(nèi)保持恒定放電功率。充電時間段及充電功率確定方法與上同理。(3)若出現(xiàn)功率線與預(yù)測負荷曲線多交點情況，則計算如圖3所示，迭代過程與放電時間段及放電功率確定方法與上同理。圖3實用算法原理

12、示意圖3Fig.3 PracticalFig.3 Schematic diagram 3 of practicalalgorithm principle algorithm principle diagram 3通過上述迭代方法，確定功率上下閾值，當(dāng)實際負荷大于上閾值時電池儲能系統(tǒng)放電，放電功率為式(28)功率差，功率差超出電池儲能系統(tǒng)額定功率時，電池儲能系統(tǒng)將以額定功率恒功率放電；當(dāng)實際功率負荷小于下閾值時電池儲能系統(tǒng)充電，放電功率為式(30)功率差，功率差超出電池儲能系統(tǒng)額定功率時，電池儲能系統(tǒng)將以功率恒功率充電，此方法對于實際負荷與預(yù)測負荷谷峰出現(xiàn)時間存在偏差具有實時控制性。3 實例分析

13、某地區(qū)日負荷如圖4所示：圖4某地區(qū)日負荷Fig.4 DailyFig.4 Daily load in a certain area電池儲能系統(tǒng)參數(shù)為1MW/6MWh，。實用算法實例仿真結(jié)果如下：圖5削峰填谷前后對比圖Fig.5 Comparison diagram before and after in peak load shifting圖6電池儲能系統(tǒng)充放電功率Fig.6 ChargeFig.6 Charge and discharge power of battery energy storage system圖7電池儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)Fig.7 StateFig.7 State of c

14、harge of the battery energy storage system引入負荷標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)與谷峰系數(shù)對算法削峰填谷效果進行衡量： (33) (34)負荷標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)越小，負荷波動越小，負荷標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)在全局層面上衡量了負荷波動的大小，注重整體；谷峰系數(shù)越大，負荷波動越小，谷峰系數(shù)指標(biāo)主要以負荷谷峰值為衡量依據(jù)，注重局部。將優(yōu)化前后負荷數(shù)據(jù)代入公式(33)和(34)可得，未進行削峰填谷的負荷標(biāo)準(zhǔn)差，谷峰系數(shù)；削峰填谷后負荷標(biāo)準(zhǔn)差，谷峰系數(shù)。由此實例分析可以得出，本文提出的實用算法進行削峰填谷，可有效減小負荷谷峰差，指標(biāo)性良好，算法簡便可行。4 結(jié)束語本文提出的電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷

15、的實用算法，可根據(jù)預(yù)測的負荷數(shù)據(jù)，簡單快速的計算出電池儲能系統(tǒng)充放電閾值，并根據(jù)實際負荷值與閾值間關(guān)系規(guī)劃出電池儲能系統(tǒng)充放電時間段及充放電功率，該算法削峰填谷計算簡單實用，效果良好，并具有一定實時控制性。參 考 文 獻1 張浩. 儲能系統(tǒng)用于配電網(wǎng)削峰填谷的經(jīng)濟性評估方法研究D. 北京：華北電力大學(xué), 2014. Zhang Hao. Research on economic evaluation method of energy storage system for peak-cutting and valley filling of distribution networkD. Beij

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