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      一種用于追蹤風功率預測的蓄電池容量配置系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:12372928閱讀:229來源:國知局
      一種用于追蹤風功率預測的蓄電池容量配置系統(tǒng)的制作方法與工藝

      本發(fā)明涉及蓄電池容量預測技術領域,具體是一種用于追蹤風功率預測的蓄電池容量配置系統(tǒng)。



      背景技術:

      研究表明,如果需要風場的有功功率輸出與24h風功率預測輸出達到零誤差,則1-MW風機需要配備24MWh的儲能系統(tǒng)。對于風場主而言,意味著巨大的投資,且不現(xiàn)實。但是,當風場輸出與預測輸出之間允許存在一定的誤差時,所需ESS容量將顯著下降。風功率預測的時間尺度不同,風場所在位置的風功率波動情況不同,控制目標不同,均會影響所需的蓄電池儲能系統(tǒng)的容量。需要根據具體風場的風功率波動情況以及需要達到的控制目標具體研究其最優(yōu)配置,而不是簡單的按照風場裝機容量的某一個比例配置。

      當蓄電池由于蓄電池配備容量較小或長期風功率預測誤差較大,受荷電容量SOC限制而無法滿足充/放電命令,則會導致某一時刻風場的輸出波動超出電網允許范圍。



      技術實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的在于提供一種有效利用多尺度預測數(shù)據,實現(xiàn)風場輸出追蹤24小時風功率預測的蓄電池容量配置系統(tǒng),以解決上述背景技術中提出的問題,實現(xiàn)未來電網對大規(guī)模風電的主動調度。

      為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術方案:

      一種用于追蹤風功率預測的蓄電池容量配置系統(tǒng),以實現(xiàn)風電場輸出追蹤24小時風功率預測數(shù)據為目標對蓄電池容量進行配置,利用4小時超短期預測數(shù)據進行預測控制,以滿足未來一段時間風電場輸出滿足電網最大允許1分鐘以及10分鐘波動確定蓄電池的最低配置容量,同時利用跟蹤允許誤差即滯環(huán)控制閾值與最大允許1分鐘以及10分鐘波動之間的蓄電池容量調節(jié)裕度對蓄電池充放電容量進行優(yōu)化,進行上述計算的過程中,蓄電池的充放電功率滿足下述三個條件限制,分別為1分鐘風場輸出有功功率最大變化率的限制、蓄電池SOC上下限的限制和蓄電池充放電功率極限限制。

      作為本發(fā)明再進一步的技術方案:所述蓄電池充放電控制量修正時,利用4小時超短期風功率預測數(shù)據代替未來4小時實際風機輸出功率,模擬未來一段時間蓄電池的充放電行為,計算未來一定時段,滿足風機出力波動允許、電網允許風場輸出波動的最大值以及蓄電池充放電能力限制的風場出力性能最優(yōu)即24小時風功率預測曲線跟蹤的蓄電池最低配置容量;利用跟蹤允許誤差即滯環(huán)控制閾值和最大允許1分鐘以及10分鐘波動的差值實現(xiàn)蓄電池荷電電容恢復控制,使得蓄電池荷電容量盡量接近50%。

      與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明的有益效果是:

      本發(fā)明利用4小時超短期預測數(shù)據的精度遠高于24小時長期風功率預測精度,通過對短期預測數(shù)據預測的未來一定時段的風機出力波動、電網允許風場輸出波動的最大值以及蓄電池充放電能力進行綜合考慮,確定保證未來一定時段的風場出力性能最優(yōu)的蓄電池最低配置容量。利用跟蹤允許誤差和允許最大1分鐘以及10分鐘波動的差值實現(xiàn)蓄電池荷電電容恢復控制,使得蓄電池荷電容量盡量接近50%的荷電容量,降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網要求的情況的概率,可以使風場能夠在市場環(huán)境下被納入調度制定的調度計劃。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明超短期風功率預測的數(shù)據擴展示意圖。

      圖2為本發(fā)明本系統(tǒng)功能示意圖。

      圖3為本發(fā)明的主系統(tǒng)程序流程圖。

      圖4為本發(fā)明的預測修正控制圖。

      圖5為本發(fā)明的容量修正控制圖。

      圖6為本發(fā)明的容量恢復控制圖。

      圖7為本發(fā)明的函數(shù)流程示意圖之一。

      圖8為本發(fā)明的函數(shù)流程示意圖之二。

      具體實施方式

      下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

      請參閱圖1至圖8,一種用于實現(xiàn)風場輸出追蹤24小時風功率預測的風電場蓄電池容量配置系統(tǒng)。

      滯環(huán)控制:以24小時風功率預測數(shù)據為風場有功功率輸出目標,通過下述公式(1)計算蓄電池在t時刻的控制量:

      a=(P24(t)-Pw(t))÷|P24(t)-Pw(t)|

      PE(t)=a×Max{|P24(t)-Pw(t)|-ΔX,0} (公式1)

      其中:PE(t)為蓄電池t時刻的控制量,正值表示放電;P24(t)為24小時短期風功率預測t時刻的數(shù)值;Pw(t)為t時刻的風機風功率輸出值;t分辨率為分鐘級;△X為滯環(huán)控制閾值,即每分鐘計算一次,滾動進行。當Pw(t)與P24(t)的差值絕對值大小超過閾值才進行蓄電池充放電控制。

      預測修正:

      首先按每分鐘允許最大波動,計算存在的可調節(jié)裕度,即滯環(huán)控制裕度允許的追蹤誤差與允許最大1分鐘波動之間的差值。

      其次根據4小時超短期風功率預測,利用超短期預測數(shù)據,采用公式(2)對當前蓄電池充放電控制量進行修正,降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網要求的情況的概率。在計算過程中,以未來一定可設定時段內,不發(fā)生SOC受限導致的風電場出力波動超過電網要求限值,則可以確定最小的蓄電池容量。

      PE(t)=PE(t)+ΔPSOC (公式2)

      計算修正量ΔPsoc的具體思路:利用4小時超短期風功率預測數(shù)據,代替未來Tf小時實際風機輸出功率,模擬未來一段時間蓄電池的充放電行為,預測蓄電池的荷電狀態(tài);由于預測數(shù)據的分辨率是15分鐘,而本算法的分辨率是1分鐘,為了數(shù)據和算法匹配,所以這段時間設計最長為45分鐘至3小時,此時段可根據需要設定。如果在未來Tf時間內,某一時刻由于蓄電池荷電容量SOC限制,無法滿足充/放電命令,而導致未來某一點的輸出波動超出電網允許范圍。與上一步計算的可調節(jié)裕度比較,如需要充電,而當前點在滿 足最大波動限值的前提下仍然具有可充電裕度,且滿足當前充電需要(所需要的soc平均到預測的每一個點數(shù)),則維持當前蓄電池容量配置,繼續(xù)預測計算。如調節(jié)裕度不夠用,則增加蓄電池配置容量,至滿足充放電要求,直至Tf預測時段的數(shù)據計算完畢。

      本發(fā)明以未來Tf時段的風場出力性能最優(yōu)(滿足追蹤24小時風功率預測精度要求及電網規(guī)定風場輸出1分鐘/10分鐘最大波動限值)為目標,對蓄電池當前充放電控制量進行優(yōu)化。使其在滿足電網的波動要求的前提下,降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網要求的情況的概率。記錄當前點可充/放電的剩余裕度。

      優(yōu)化蓄電池荷電容量:如果需要蓄電池充電,且蓄電池的荷電容量在10%≤SOC≤30%之間,則需要將蓄電池的容量恢復到50%左右,則按照最大變化率多充電。如果需要蓄電池放電,且蓄電池的荷電容量在70%≤SOC≤90%之間,則需要盡快將蓄電池的容量恢復到50%左右,則按照最大變化率多放電。其他情況,按照第二步計算出的PE(t)進行。

      蓄電池的充放電功率限制條件校核:蓄電池的充放電功率存在一定的限制。分別是以下三個條件,三個條件為“與”關系。

      1)1分鐘風場輸出有功功率最大變化率的限制,即電網對風場輸出波動的限制:

      Pd(t-1)-ΔPthres-Pw(t)≤PE(t)≤Pd(t-1)+ΔPthres-Pw(t) (公式3)

      2)蓄電池SOC上下限的限制:

      (SOCmin-SOCt)×SbessN/dt≤PE(t)≤(SOCmax-SOCt)×SbessN/dt (公式4)

      3)蓄電池充放電功率極限限制:

      PEmin≤PE(t)≤PEmax (公式5)

      綜合電網規(guī)定的1分鐘風場輸出有功功率最大變化率的限制、蓄電池SOC上下限的限制和蓄電池充放電功率極限限制,得到蓄電池的控制限制為:

      A=MAX{Pd(t-1)-ΔPthres-Pw(t),(SOCmin-SOCt)×SbessN/dt,PEmin}

      B=MIN{Pd(t-1)+ΔPthres-Pw(t),(SOCmax-SOCt)×SbessN/dt,PEmax}

      A≤PE(t)≤B (公式6)

      其中,SbessN是蓄電池的額定容量;SOCmax、SOCmin、SOCt分別為蓄電池荷電狀態(tài)的最大值、最小值和當前時刻;dt是時間間隔,取1分鐘;PEmax、PEmin分別是蓄電池放電和充電的功率極限。Pd(t)為t時刻的儲能型風場實際輸出值;ΔPsoc為根據短期風功率預測信息計算出來的未來控制修正量;ΔPthres為電網規(guī)定的風功率波動允許閾值,正值。

      根據公式(2)和公式(6)得到最終的蓄電池控制量:

      if PE(t)<A PE(t)=A

      if A≤PE(t)≤B PE(t)=PE(t)

      if PE(t)>B PE(t)=B (公式7)

      由于短期風功率預測和超短期風功率預測數(shù)據分辨率均為15分鐘,而實時風功率輸出數(shù)據分辨率至少為分鐘級,為了簡化計算,將預測數(shù)據15分鐘間隔內的數(shù)據通過差值計算得到,將15分鐘分辨率的預測數(shù)據擴展成1分鐘分辨率的數(shù)據。

      本發(fā)明利用4小時超短期預測數(shù)據的精度遠高于24小時長期風功率預測精度,通過對短期預測數(shù)據預測的未來一定時段的風機出力波動、電網允許風場輸出波動的最大值以及蓄電池充放電能力進行綜合考慮,確定保證未來一定時段的風場出力性能最優(yōu)的蓄電池最低配置容量。利用跟蹤允許誤差和允許最大1分鐘以及10分鐘波動的差值實現(xiàn)蓄電池荷電電容恢復控制,使得蓄電池荷電容量盡量接近50%的荷電容量,降低未來發(fā)生SOC受限而不能滿足電網要求的情況的概率,可以使風場能夠在市場環(huán)境下被納入調度制定的調度計劃。

      上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明,但是本專利并不限于上述實施方式,在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內,還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。

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