電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實(shí)用算法

1、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實(shí)用算法董慧峰1，牛文迪2，楊旭強(qiáng)2，郭志敏3，周麗1（1國(guó)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(tuán)有限公司，鄭州 450052）摘要：為使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)單有效參與電網(wǎng)削峰填谷，提出一種電池儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實(shí)用算法。該算法充分考慮電池儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際約束，并能實(shí)用方便的規(guī)劃電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電時(shí)間段及充放電功率。通過(guò)實(shí)例分析，該算法簡(jiǎn)單、實(shí)用、可行。關(guān)鍵詞：電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；削峰填谷；優(yōu)化模型；實(shí)用算法中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)

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(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力負(fù)荷谷峰差逐年增大，電力負(fù)荷供需不平衡現(xiàn)象日益嚴(yán)重1-4。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有快速吞吐特性，利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在負(fù)荷高峰時(shí)釋放能量，負(fù)荷低谷時(shí)吸收能量，以實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的削峰填谷。進(jìn)而緩解負(fù)荷高峰用電緊張，間接延緩電力系統(tǒng)設(shè)備升級(jí)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(jì)運(yùn)行5-6。目前，削峰填谷的電力調(diào)度問(wèn)

7、題，主要是優(yōu)化算法研究7-11。本文提出一種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實(shí)用算法，該算法充分考慮電池儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際約束，實(shí)用方便的規(guī)劃電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電時(shí)間段及充放電功率。1 電池儲(chǔ)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(fù)荷的相對(duì)平穩(wěn)，可通過(guò)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)削峰填谷效果進(jìn)行衡量。負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差越小，負(fù)荷也就越平穩(wěn)。1.1 目標(biāo)函數(shù)電池儲(chǔ)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(shí)刻的實(shí)際電網(wǎng)負(fù)荷；為目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化對(duì)象變量的向量形式，即電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化周期內(nèi)對(duì)外功率構(gòu)成的向量；為第時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，放電時(shí)：；充電時(shí)：；則為浮充狀態(tài)，不充電也不放電；為負(fù)荷采樣周

8、期；為儲(chǔ)能系統(tǒng)負(fù)荷平均值。 (3)1.2 約束條件(1) 功率約束充電時(shí)： (4)放電時(shí)： (5)式中,為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大充電功率；儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大放電功率。(2) 剩余電量約束儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量計(jì)算公式如下： (6)式中,為時(shí)刻電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所儲(chǔ)存的能量；為充電系數(shù)。引入荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)對(duì)剩余電量進(jìn)行評(píng)估： (7) (8) (9) (10)式中，為當(dāng)前電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所儲(chǔ)存能量；為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量；為儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的最小值；為儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的最大值；為第時(shí)刻的荷電狀態(tài)；為功率采樣的時(shí)間間隔。對(duì)剩余電量SOC約束(9)和(10)進(jìn)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(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實(shí)用算法本文提出一種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷實(shí)用算法，與傳統(tǒng)算法相比，該算法更加簡(jiǎn)單實(shí)用。該算法確定電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電時(shí)間段及充放電功率的原理如下：首先導(dǎo)入預(yù)測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)，繪制負(fù)荷曲線，統(tǒng)計(jì)負(fù)荷谷峰值分別為與，確定算法功率迭代步長(zhǎng)與迭代常數(shù)，如圖1所示作功率線： (23) (24)式中，為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)額定功率。計(jì)算與： (25) (26)式中，為連續(xù)的

10、預(yù)測(cè)負(fù)荷；為離散化的預(yù)測(cè)負(fù)荷；為時(shí)對(duì)應(yīng)的離散負(fù)荷編號(hào)；為時(shí)對(duì)應(yīng)的離散負(fù)荷編號(hào)；為功率采樣的時(shí)間間隔。分別比較與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的大小關(guān)系：(1)若則以如下方式進(jìn)行迭代： (27)計(jì)算如式(25)直至停止迭代，確定此時(shí)對(duì)應(yīng)的為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)放電時(shí)間段，功率差為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)放電功率。 (28)圖1實(shí)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(jìn)行迭代： (29)計(jì)算如式(26)直至停止迭代，確定此時(shí)對(duì)應(yīng)的為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)間段，功率差為電池儲(chǔ)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(jìn)行迭代： (31)圖2實(shí)用算法原理示意圖2Fig.2 Fig.2 Schematic diagram 2 of practicalalgorithm principlePractical algorithm principle diagram 2計(jì)算如下： (32)直至停止迭代，確定此時(shí)對(duì)應(yīng)的為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)放電時(shí)間段，在于時(shí)間段內(nèi)放電功率為；在時(shí)間段內(nèi)保持恒定放電功率。充電時(shí)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(cè)負(fù)荷曲線多交點(diǎn)情況，則計(jì)算如圖3所示，迭代過(guò)程與放電時(shí)間段及放電功率確定方法與上同理。圖3實(shí)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(guò)上述迭代方法，確定功率上下閾值，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷大于上閾值時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，放電功率為式(28)功率差，功率差超出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)額定功率時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將以額定功率恒功率放電；當(dāng)實(shí)際功率負(fù)荷小于下閾值時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，放電功率為式(30)功率差，功率差超出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)額定功率時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將以功率恒功率充電，此方法對(duì)于實(shí)際負(fù)荷與預(yù)測(cè)負(fù)荷谷峰出現(xiàn)時(shí)間存在偏差具有實(shí)時(shí)控制性。3 實(shí)例分析

13、某地區(qū)日負(fù)荷如圖4所示：圖4某地區(qū)日負(fù)荷Fig.4 DailyFig.4 Daily load in a certain area電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)為1MW/6MWh，。實(shí)用算法實(shí)例仿真結(jié)果如下：圖5削峰填谷前后對(duì)比圖Fig.5 Comparison diagram before and after in peak load shifting圖6電池儲(chǔ)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(chǔ)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(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)與谷峰系數(shù)對(duì)算法削峰填谷效果進(jìn)行衡量： (33) (34)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)越小，負(fù)荷波動(dòng)越小，負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)在全局層面上衡量了負(fù)荷波動(dòng)的大小，注重整體；谷峰系數(shù)越大，負(fù)荷波動(dòng)越小，谷峰系數(shù)指標(biāo)主要以負(fù)荷谷峰值為衡量依據(jù)，注重局部。將優(yōu)化前后負(fù)荷數(shù)據(jù)代入公式(33)和(34)可得，未進(jìn)行削峰填谷的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差，谷峰系數(shù)；削峰填谷后負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差，谷峰系數(shù)。由此實(shí)例分析可以得出，本文提出的實(shí)用算法進(jìn)行削峰填谷，可有效減小負(fù)荷谷峰差，指標(biāo)性良好，算法簡(jiǎn)便可行。4 結(jié)束語(yǔ)本文提出的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)削峰填谷

15、的實(shí)用算法，可根據(jù)預(yù)測(cè)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單快速的計(jì)算出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電閾值，并根據(jù)實(shí)際負(fù)荷值與閾值間關(guān)系規(guī)劃出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電時(shí)間段及充放電功率，該算法削峰填谷計(jì)算簡(jiǎn)單實(shí)用，效果良好，并具有一定實(shí)時(shí)控制性。參 考 文 獻(xiàn)1 張浩. 儲(chǔ)能系統(tǒng)用于配電網(wǎng)削峰填谷的經(jīng)濟(jì)性評(píng)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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