阅读说明：本技术 一种移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法 (Method for distributing electric energy of distributed power supply by participation of mobile energy storage battery ) 是由 *** 费骏韬 朱寰 袁晓冬 李建林 王耿耿 孟高军 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法,针对目前分布式电源并网时普遍存在的谐波、三相不平衡以及无功问题引起的电压问题,在考虑移动式储能电池的荷电状态的基础上,提出一种基于SOC反馈的移动式储能电池工作模式自适应控制策略,通过对电网中存在的电能质量问题设定优先级,根据移动式储能电池SOC状态自适应治理相应等级的电能质量问题。本发明将基于SOC反馈的移动式储能电池工作模式自适应治理技术,有效的改善电网的电能质量问题,延长移动式储能电池寿命。(The invention discloses a method for distributing electric energy of a mobile energy storage battery participating in distributed power supply, which aims at the voltage problem caused by harmonic wave, three-phase imbalance and reactive power problems commonly existing in the grid connection of the existing distributed power supply, provides a mobile energy storage battery working mode self-adaptive control strategy based on SOC feedback on the basis of considering the charge state of the mobile energy storage battery, sets priority for the electric energy quality problem existing in a power grid, and adaptively controls the electric energy quality problem of a corresponding grade according to the SOC state of the mobile energy storage battery. The invention effectively solves the problem of power quality of a power grid by adopting a mobile energy storage battery working mode self-adaptive management technology based on SOC feedback, and prolongs the service life of the mobile energy storage battery.)

一种移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统电能调度方法，尤其涉及一种移动式储能电池参与分布式电源电能分配的调度方法。

背景技术

随着以风能、太阳能为代表的清洁能源发电大规模并网，电力系统的安全运行受到严峻的威胁，风电、太阳能发电因其波动性与随机性，再加上目前电网中电力电子器件的广泛使用以及的大量非线性负载，电网中的谐波、无功、三相不平衡等电能质量问题较为严重，对电力系统的安全稳定带来严峻的挑战。传统的电能治理手段包括有载调压变压器、并联电容器组、RLC无源滤波器等，这类设备原理简单，建设和维护费用均较低，但在应用中存在较多不足。随着储能技术的发展，移动式储能电池作为一种新型电网电能质量治理手段成为关注的重点。但如何在不损害移动式储能电池寿命的前提下，利用现有的储能资源高效地治理电网电能质量问题是目前研究的重点问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法，满足电网在不同时间段自适应地治理出现的电能质量问题，有效的改善电网的电能质量，延长移动式储能电池寿命，提高移动式储能电池参与电能质量治理的经济性。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法，应用在同时包含有移动式储能电池和分布式电源两种供电电源的供电系统。常规的电能分配方法包括采集供电系统的电能质量相关电力数据；计算各电力数据的调节目标；建立储能电池和分布式电源的电能分配模型；最终，在满足电力系统约束条件下计算得到储能电池和分布式电源的出力。本发明在计算得到储能电池和分布式电源的出力之前，先根据移动式储能电池的状态选择优先解决的电能质量问题，具体包括以下步骤：

(1)对移动式储能电池荷电状态按照荷电量的大小进行分区；具体的分区分为放电优先区、正常充放电区、充电优先区和禁用区，各分区所对应的荷电量依次减少。最优的，各个分区对应的移动式储能电池荷电状态分别为65％～100％、35％～65％、10％～35％、0～10％。

(2)根据电网在不同时间段对电网的电能质量治理需求，将电网中的电能质量问题设定优先级，将电网中存在的N种电能质量问题，根据治理紧迫性分为两个优先级，分别用1、0表示，建立电能质量问题优先级矩阵A：

A＝[A_N，A_N-1，A_N-2，…A₂，A₁]

其中，所述的电能质量问题包括谐波、三相不平衡、电压偏差、频率偏差、电压跌落、电压波动与闪变、暂时或瞬态过电压以及电力系统间谐波问题。

(3)采集M个移动式储能电池实际荷电状态，形成移动式储能电池参与电能质量治理的能力矩阵B，

B＝[B_M，B_M-1，B_M-2，…B₂，B₁]

当移动式储能电池荷电状态处于步骤(1)中荷电量最小的分区时，移动式储能电池处于禁用状态，设置移动式储能电池供电状态为0；

(4)计算所述能力矩阵B中元素的平均值B_av，根据平均值B_av所落入的移动式储能电池荷电状态的分区，判断移动式储能电池优先治理何种电能质量问题，当平均值B_av小于设定阈值时电池停止放电，不参与电网电能质量治理，以保护移动式储能电池。所述设定阈值为0.1。

其中，所述的根据平均值B_av的大小判断移动式储能电池治理何种电能质量问题，包括以下步骤：

(41)首次判断若B_av＞0.65优先治理谐波、三相不平衡、电压偏差和频率偏差问题，并进入步骤(42)；若0.65＞B_av＞0.35，优先治理谐波和三相不平衡问题，跳至步骤(43)；若0.35＞B_av＞0.1，则优先治理谐波问题，跳至步骤(44)；

(42)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.65继续治理电压跌落、电压波动与闪变、暂时或瞬态过电压以及电力系统间谐波问题，直至治理结束；若0.65＞B_av＞0.35，则优先治理电压跌落和电压波动与闪变问题，跳至步骤(45)；若0.35＞B_av＞0.1，则优先治理电压跌落问题，跳至步骤(46)；

(43)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.35继续治理电压偏差和频率偏差问题，直至治理结束；

(44)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.1继续治理三相不平衡问题，直至治理结束；若平均值B_av低于0.1则停止蓄电池参与电能质量治理；

(45)重新判断平均值B_av，若0.65＞B_av＞0.35，继续治理暂时或瞬态过电压以及电力系统间谐波问题，直至治理结束；

(46)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.1继续治理电压跌落问题，直至治理结束；若平均值B_av低于0.1则停止蓄电池参与供电。

有益效果：相对于现有技术，本发明首先解决了移动式储能电池在荷电状态较低时无法满足所有电能质量要求而产生的电能如何分配的问题，为保护电池寿命，利用相对较低的移动式储能电池容量优先解决优先级较高的电能。同时通过设定相应的条件，满足电网在不同时间段自适应治理出现的电能质量问题，增强了系统的稳定性，提高了移动式储能电池的利用效率。其次，由于光伏、风电的输出随光照强度和环境温度、风力的大小变化而变化，若直接采用分布式电源直接供电，辅助电源的电压往往是不稳定的，要求辅助电源具有很宽的输入电压范围外。因此，考虑分布式电源并网时的使用成本以及并网逆变器的供电可靠性，采用移动式储能电池与分布式电源协调为并网逆变器供电，能够保证分布式电源在输出不稳定时，保证不间断供电。除此之外，利用移动式储能电池还解决了分布式电源单独供电时反复起停的问题。

附图说明

图1是本发明所述移动式储能电池的SOC分区；

图2是本发明所述的移动式储能电池参与电能质量治理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法，是基于SOC反馈的移动式储能电池工作模式自适应控制技术的电能分配方法，储能电池参与分布式电源电能分配以尽量平衡由于分布式电源系统的波动带来的电能质量问题。本发明在常规能量分配计算得到储能电池和分布式电源的出力之前，先根据移动式储能电池的状态选择优先解决的电能质量问题，能够提高分布式电源电能质量，有效的改善了电网的电能质量问题，同时降低并网逆变器并网成本，提高移动式储能电池运行经济性。

本发明通过对系统电能质量问题的优先等级与移动式储能电池荷电状态(SOC)的分析，提出一种基于SOC反馈的移动式储能电池工作模式自适应治理方法。具体包括以下内容：

(1)移动式储能电池的寿命对储能参与电网电能质量治理的效果及经济性有着重要的影响，因此在本发明中首先对移动式储能电池SOC进行分区，移动式储能电池SOC分区情况如图1所示。具体的分区分为放电优先区、正常充放电区、充电优先区和禁用区，各分区所对应的荷电量依次减少。最优的，各个分区对应的移动式储能电池荷电状态分别为65％～100％、35％～65％、10％～35％、0～10％。

(2)为电网中电能质量问题设定优先级，以实现移动式储能电池在不同SOC状态下对不同等级的电能质量问题自适应治理。

在电力系统众多电能质量问题中，可以根据治理紧迫性，将电能质量问题分为两个高优先级和低优先级，分别用1、0表示，当高优先级的电能质量问题治理完毕后在治理优先级较低的电能质量问题。如下表1，首先列举常见的电能质量问题，并为其设定治理优先等级。根据设置好的电能质量治理优先级，对于电网中存在的N种电能质量问题，建立电能质量问题优先级矩阵A。

A＝[A_N，A_N-1，A_N-2，…A₂，A₁] (1)

表1电网中常见电能质量问题优先级

(3)储能在充放电过程中，其参与电能质量治理的能力在不断变化中，建立并刷新移动式储能电池参与电能质量治理的能力矩阵B，以便实施移动式储能电池治理电能质量分配控制。

B＝[B_M，B_M-1，B_M-2，…B₂，B₁] (2)

根据M个移动式储能电池的实际SOC的大小形成矩阵B，B中的非零元素越少，表明储能治理电能质量的能力越强。移动式储能电池的实际SOC由SCADA软件系统直接监测获得，并由此对电能质量治理的工作区域进行划分。根据移动式储能电池的参与电能质量治理的能力设置状态矩阵B，当移动式储能电池SOC处于10％以上能正常供电时，将储能电池参与电能质量治理的能力设置为0～1之间。由于移动式储能电池在充满电的情况下SOC在80％左右，所以参与电能质量治理的能力范围一般为0.1～0.8。当移动式储能电池SOC低于10％时，为保护电池，移动式储能电池处于禁用状态时，设置移动式储能电池供电状态为0。

(4)在不伤害移动式储能电池寿命的前提下，将储能参与电能质量的效果最优化。计算所述能力矩阵B中元素的平均值B_av，根据平均值B_av所落入的移动式储能电池荷电状态的分区，判断移动式储能电池优先治理何种电能质量问题，当平均值B_av小于设定阈值时电池停止放电，不参与电网电能质量治理，以保护移动式储能电池。所述设定阈值为0.1。

其中，所述的根据平均值B_av的大小判断移动式储能电池治理何种电能质量问题，包括以下步骤：

(41)首次判断若B_av＞0.65优先治理谐波、三相不平衡、电压偏差和频率偏差问题，并进入步骤(42)；若0.65＞B_av＞0.35，优先治理谐波和三相不平衡问题，跳至步骤(43)；若0.35＞B_av＞0.1，则优先治理谐波问题，跳至步骤(44)；

(42)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.65继续治理电压跌落、电压波动与闪变、暂时或瞬态过电压以及电力系统间谐波问题，直至治理结束；若0.65＞B_av＞0.35，则优先治理电压跌落和电压波动与闪变问题，跳至步骤(45)；若0.35＞B_av＞0.1，则优先治理电压跌落问题，跳至步骤(46)；

(43)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.35继续治理电压偏差和频率偏差问题，直至治理结束；

(44)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.1继续治理三相不平衡问题，直至治理结束；若平均值B_av低于0.1则停止蓄电池参与电能质量治理；

(45)重新判断平均值B_av，若0.65＞B_av＞0.35，继续治理暂时或瞬态过电压以及电力系统间谐波问题，直至治理结束；

(46)重新判断平均值B_av，若B_av＞0.1继续治理电压跌落问题，直至治理结束；若平均值B_av低于0.1则停止蓄电池参与供电。

由于光伏、风电的输出随光照强度和环境温度以及风力大小的变化而波动，其输入往往是不确定的，同时可能还存在反复启停的问题，利用移动式储能电池参与电能质量治理的剩余容量与分布式电源协调为并网逆变器供电，可提高分布式能源并网的供电可靠性。而且本发明所提出的对移动式储能电池参与的电能质量问题优先治理的方案能够提高治理效率，延长电池的寿命，降低系统成本，提高电站运营的经济性。

对于本发明所述的电能分配方法能够降低并网成本，提高移动式储能电池运行经济性的分析：

一、移动式储能电池的成本分析

(a)初始投资成本

储能系统主要包括电池组、PCS(功率变换系统)、BMS(电池管理系统)、监控系统等。初始投资成本计算公式如下：

C₁＝k_pP_es+k_qQ_es (3)

式中：C₁为储能系统初始投资成本；P_es为储能系统额定功率；Q_es为储能系统容量；k_p为与储能系统输入、输出的峰值功率相关的成本系数；k_q为与储能系统容量相关的成本系数。

(b)年运行维护费用

储能系统的年运行维护成本包括储能系统运行成本和维护成本，主要是电池日常、定期的人工维护，如电池及其管理系统故障预防及消除、电池定期人工巡检等。年运行维护成本可根据式(5)计算：

C₂＝k_omQ_es (4)

式中：C₂为储能系统运行维护成本；k_om为单位容量年运行维护成本系数。

(c)置换费用

当电池储能寿命周期小于实际项目周期时，需对其进行更换，置换费用主要来源于电池本体。

电池储能的置换成本为：

C₃＝(1-α)^knk_qQ_es (5)

式中：C₃为电池每次置换成本；α为电池成本的年均下降比例；k为电池更换次数；n为电池寿命。

(d)废弃处置成本

废弃处置成本指储能设备的寿命周期结束后，为处理该设备所需支付的费用，主要是设备残值。设备残值与初始投资成本和回收系数有关，为负值，其计算公式如下。

C₄＝γC₁ (6)

式中：C₄为储能系统废弃处置成本；y为储能系统回收系数。

二、移动式储能电池参与供电的分析

(a)减少电量电费

在分时电价机制下，用户通过储能系统在低谷电价时段使用分布式电源给储能充电，在尖峰电价时段为并网逆变器供电，从而实现峰谷差套利，减少购电费用，其收益如下：

式中：m为一天内m个放电时段；n为一天内n个充电时段；W_fi为第i个放电时段放电电量；e_i为第i个放电时段用户用电电价；W_ci为第i个充电时段充电电量；e_j为第j个充电时段用户用电电价；n_d为储能系统年平均运行天数。

(b)可靠性收益

若只使用分布式电源为并网逆变器供电，当出现停电事故时，可能造成设备损坏，恢复设备启动费用以及降低并网逆变器工作效率给分布式电源并网带来的损失。采用以下公式计算可靠性收益。

E₂＝ΔrP_esΔt (8)

式中：E₂为用户建设储能系统后，由供电可靠性提高带来的收益；Δr为用户单位容量停电1h的损失；Δt为建设储能系统后，将减少的停电负荷折算到储能系统额定功率后的年平均停电时间。

考虑到是使用储能在治理电能质量后的剩余容量来为并网逆变器供电，将移动式储能电池的成本乘以均分系数，取0.1，则使用储能参与分布式并网逆变器供电后的经济效益最大值为

max[(E₁+E₂)-0.1(C₁+C₂+C₃+C₄)] (9)

可以在约束条件下对上述模型求解，得到经济效益的最大化。从以上成本分析式中可以看出，分布式联合储能的电站系统，其经济效益随着储能系统年平均运行天数(寿命)的增加、供电可靠性提高带来的收益、储能系统废弃处置成本的减小、储能系统回收系数的减小而增大。可见，本发明所提出的移动式储能电池参与分布式电源电能分配方法具有可观的经济效益。