基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法及装置。

背景技术

由于在能量密度、输出和能量转换效率等方面存在综合优势，蓄电池是当下电力系统最为可行的储能方案之一。多电池储能系统由多个蓄电池串并联，再由DC/AC换流器并网，解决了单一蓄电池容量小的问题，在协助电网调频、可再生能源集成和微电网等许多电力工业都有应用。对于多电池储能系统，如何在考虑系统输出响应、充放电效率和使用寿命等因素的前提下，开发高效可行的能量管理方法对提高整个系统效率及经济效益至关重要。

典型多电池储能系统如图3所示，由能量管理系统（PMS）发出系统总功率指令分配给下级储能控制器（ESSC），再由其分别对所管控的电池组进行功率控制。已有研究根据电池的充放电效率考察储能系统的特性并评估其运行成本，甚少考虑电池SOC的多电池系统效率最大化的能量管理，且缺少对储能系统中不同类型蓄电池特性差异的考虑。然而，电池的充放电效率与其电量状态（SOC）密不可分，现有方法在实际运行过程中因一味追求功率最大化或能量利用率最优等单一控制目标，可能会导致部分蓄电池因剩余电量无法支撑而控制失败乃至整个储能系统退出运行，甚至使得系统侧面临失稳事故风险。

发明内容

本发明提供一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。

第一方面，本发明提供一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法，其中，所述多电池储能系统包括至少一个电池子站，包括：基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，所述工作状态包括投入运行和退出运行；响应于获取的总功率指令值，以多电池储能系统整体能量效率最大化为优化目标对所述至少一个电池子站中的投入运行的某一电池装置进行功率任务分配，使得到某一电池装置的功率优化值；基于所述某一电池装置的剩余电量情况，对分配的所述功率任务进行修正，使得到某一电池装置的功率调整值；若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为所述某一电池装置的功率指令。

第二方面，本发明提供一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控装置，其中，所述多电池储能系统包括至少一个电池子站，包括：设定模块，配置为基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，所述工作状态包括投入运行和退出运行；分配模块，配置为响应于获取的总功率指令值，以多电池储能系统整体能量效率最大化为优化目标对所述至少一个电池子站中的投入运行的某一电池装置进行功率任务分配，使得到某一电池装置的功率优化值；修正模块，配置为基于所述某一电池装置的剩余电量情况，对分配的所述功率任务进行修正，使得到某一电池装置的功率调整值；选取模块，若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，配置为分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为所述某一电池装置的功率指令。

第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法的步骤。

本申请的基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法及装置，采用综合考虑电池能量转换效率和汇集换流器损耗，以储能系统总能量转换效率最大为目标进行功率任务优化分配，在此基础上，根据各电池的剩余电量情况对各子站功率任务均衡调整，每组电池所分配到的充/放电功率指令将选取额定功率值、功率优化值和功率调整值中的最小绝对值，实现了在保障最少电池组件退出的前提下，能量转换效率最优的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的又一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法的流程图；

图3为本发明一实施例提供一个具体实施例的储能系统并网拓扑图；

图4为本发明一实施例提供的一具体实施例的基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法与现有单一电池能效寻优控制方法的性能对照结果图；

图5为本发明一实施例提供的一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控装置的结构框图；

图6是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本申请的基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法一实施例的流程图。本申请的一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法，其中，储能系统包括至少一个电池子站。

如图1所示，在S101中，基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，工作状态包括投入运行和退出运行。

在本实施例中，为避免实际运行时发生某电池功率或剩余电量无法满足任务需求量的情况，基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，工作状态包括投入运行和退出运行。

在S102中，响应于获取的总功率指令值，以多电池储能系统整体能量效率最大化为优化目标对至少一个电池子站中的投入运行的某一电池装置进行功率任务分配，使得到某一电池装置的功率优化值。

在本实施例中，鉴于电池的能量利用效率与功率呈反比，为使储能系统的总能量转换效率最优，对能量管理器发出的总输出/消耗功率指令在各个子系统间实现均衡分配。具体地，以计及汇集换流器损耗的功率极小值为目标函数进行寻优，函数式如下：

式中，

其中，各个电池装置能量转换效率的计算式如下：

式中，

在S103中，基于某一电池装置的剩余电量情况，对分配的功率任务进行修正，使得到某一电池装置的功率调整值。

在本实施例中，基于某一电池装置的剩余电量情况，对分配的功率任务进行修正，使退出运行的电池组数量降至最低，能够解决能量转换效率最优控制下对电池供能/耗散能力缺乏考虑的问题。其中，对分配的功率任务进行修正的计算式如下：

式中，

在S104中，若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为某一电池装置的功率指令。

在本实施例中，若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为某一电池装置的功率指令，实现了在实际运行中对多电池储能系统中各电池的输出/吸收功率进行实时调整，并向储能控制器反馈各电池剩余电量情况。

上述的方法，以储能系统总能量转换效率最大为目标进行功率任务优化分配，在此基础上，根据各电池的剩余电量情况对各子站功率任务均衡调整，每组电池所分配到的充/放电功率指令将选取额定功率值、功率优化值和功率调整值中的最小绝对值，实现了其须兼顾储能系统的功率提供能力和电池性能最优化，在最优完成调频和响应负荷需求等电网服务任务的同时减少电池频繁投切，提高电池使用寿命。

请参阅图2，其示出了本申请的又一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控方法一实施例的流程图。

如图2所示，在S201中，响应于获取的某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，对各个电池装置设置工作条件；

在S202中，基于各个电池装置的工作条件，设定各个电池装置的工作状态。

在本实施例中，对于S201，响应于获取的某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，对各个电池装置设置工作条件。之后，对于S202，基于各个电池装置的工作条件，设定各个电池装置的工作状态。这样，避免了实际运行时发生某一电池装置的功率或剩余电量无法满足任务需求量的情况，有效地减小了电池频繁投切。

在一些可选的实施例中，对各个电池装置的约束条件如下式：

式中，

其中，考虑锂电池的能量转换效率，

需要说明的是，上述方法步骤并不用于限制各步骤的执行顺序，实际上，某些步骤可能会同时执行或者以与步骤限定的相反的顺序执行，本申请在此没有限制。

本申请的方案主要从以下几个方面入手进行在最优完成调频和响应负荷需求等电网服务任务的同时减少电池频繁投切：

步骤1：根据多电池储能系统中各个电池装置的剩余电量情况SOC和充放电性能计算各电池工作性能阈界；

步骤2：根据电源管理系统的总功率指令值，按储能系统整体能量效率最大化为优化目标对各电池子系统容量实现功率任务分配；

步骤3：根据各子站剩余电量情况对步骤2所得优化控制策略下的子站功率任务进行修正；

步骤4：根据步骤2和步骤3计算的各电池功率优化值和调整参考值，实时调整各子站内各电池输出/吸收功率，并反馈各电池剩余电量情况。

请参阅图3，其示出了本申请的一个具体实施例的多电池储能系统并网拓扑图。

如图3所示，设其包含2个储能子站，各子站额定功率为1MW，储能容量为0.5MWh，子站内电池设备经10个逆变器并网，每个电池组件由10个锂电池（50V,100Ah）串接构成，对本申请所提能量管理方法进行试验：

（1）设定储能系统初始投入运行时，能量管理系统总功率指令

根据步骤1，首先依据电池性能对储能系统内所有锂电池进行运行性能阈界计算：

注意，对一般的蓄电池装置，其充放电的工作状态一般在总电量20%~90%间进行，低于或高于该范围将不再进行能量交换，即退出运行；电池的最优运行区间为SOC~[50Ah，80Ah]。

（2）考虑储能系统总功率指令由1.2MW变为1.7MW，以计及汇集换流器损耗的功率极小值为目标，对

（3）同时根据各电池剩余电量情况

（4）计算的各电池的功率优化值和功率调整值，实时调整各子站输出/吸收功率。例如，多电池储能系统向电网输出功率，选取电池装置的功率优化值和电池装置的功率调整值和额定功率中的最小值作为各电池的功率指令。

作为对比，选用目前常采用的单一能量转换效率最优控制方法进行对照实验。图4为本申请的基于全局能效寻优和SOC自适应的多电池储能系统能量管理方法与现有单一电池能效寻优控制方法的性能对照结果图。为说明本申请所提能量管理方法的优越性，分别观测储能系统在两种控制方法下总指令阶跃变化时的运行特性：

能量管理系统总功率指令初始时为1.2MW（向电网供电），在600s时模拟实际功率指令变化，总功率指令跃升至1.7MW；在图4（a）中，

图4（b）中，

图4（c）中，

图4（d）中，

综上，本申请设计的基于全局能效寻优和SOC自适应的基于全局能效寻优和SOC自适应的多电池储能系统能量管控方法能够有效延长储能系统电池的最优运行时长，验证了本专利所提方法对多电池储能系统运行经济性具有一定程度改善。

请参阅图5，其示出了本申请的一种基于全局能效寻优和SOC自适应的储能系统管控装置的结构框图。

如图5所示，储能系统管控装置300，包括设定模块310、分配模块320、修正模块330以及选取模块340。

其中，设定模块310，配置为基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，工作状态包括投入运行和退出运行；

分配模块320，配置为响应于获取的总功率指令值，以多电池储能系统整体能量效率最大化为优化目标对至少一个电池子站中的投入运行的某一电池装置进行功率任务分配，使得到某一电池装置的功率优化值；

修正模块330，配置为基于某一电池装置的剩余电量情况，对分配的功率任务进行修正，使得到某一电池装置的功率调整值；

选取模块340，若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，配置为分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为某一电池装置的功率指令。

应当理解，图5中记载的诸模块与参考图1和图2中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图5中的诸模块，在此不再赘述。

在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的多电池储能系统能力管控的方法；

作为一种实施方式，本发明的非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：

基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，工作状态包括投入运行和退出运行；

响应于获取的总功率指令值，以多电池储能系统整体能量效率最大化为优化目标对至少一个电池子站中的投入运行的某一电池装置进行功率任务分配，使得到某一电池装置的功率优化值；

基于某一电池装置的剩余电量情况，对分配的功率任务进行修正，使得到某一电池装置的功率调整值；

若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为某一电池装置的功率指令。

非易失性计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据多电池储能系统能力管控的装置的使用所创建的数据等。此外，非易失性计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，非易失性计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至多电池储能系统能力管控的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本发明实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述任一项多电池储能系统能力管控的方法。

图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该设备包括：一个或多个处理器410以及存储器420，图6中以一个处理器410为例。多电池储能系统能力管控的方法的设备还可以包括：输入装置430和输出装置440。处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。存储器420为上述的非易失性计算机可读存储介质。处理器410通过运行存储在存储器420中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例多电池储能系统能力管控的方法。输入装置430可接收输入的数字或字符信息，以及产生与多电池储能系统能力管控的装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

作为一种实施方式，上述电子设备应用于多电池储能系统能力管控的装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

基于某一电池子站中各个电池装置的剩余电量情况和各个电池装置的额定功率，设定各个电池装置的工作状态，其中，工作状态包括投入运行和退出运行；

响应于获取的总功率指令值，以多电池储能系统整体能量效率最大化为优化目标对至少一个电池子站中的投入运行的某一电池装置进行功率任务分配，使得到某一电池装置的功率优化值；

基于某一电池装置的剩余电量情况，对分配的功率任务进行修正，使得到某一电池装置的功率调整值；

若多电池储能系统对电网输出功率或吸收功率，分别选取某一电池装置的功率优化值、某一电池装置的功率调整值和某一电池装置的额定功率值中的最小绝对值作为某一电池装置的功率指令。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。