本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)的光伏功率穩(wěn)定輸出控制方法。

背景技術(shù)：

光伏發(fā)電作為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要組成部分，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，為電網(wǎng)輸送了大量清潔能源。但由于其固有的波動(dòng)性、間歇性和不可控的特點(diǎn)，光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量和滲透率的不斷提高的同時(shí)，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了很多負(fù)面影響，如調(diào)峰能力差、對(duì)電網(wǎng)沖擊大、需增加旋轉(zhuǎn)備用容量等。因此，為光伏電場(chǎng)配備一定容量的儲(chǔ)能儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效平抑光伏輸出功率波動(dòng)，提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的友好接入。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)儲(chǔ)能的配置問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究，取得了諸多研究成果，現(xiàn)有技術(shù)中公開了以下技術(shù)方案：

通過(guò)實(shí)時(shí)的電池soc反饋調(diào)節(jié)控制分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)功率波動(dòng)的平抑；

用小波包方法分解光伏輸出功率信號(hào)，結(jié)合不同類型儲(chǔ)能的循環(huán)壽命性能，通過(guò)對(duì)功率型儲(chǔ)能soc的模糊自適應(yīng)控制，實(shí)時(shí)調(diào)整能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能的充放電功率；

基于蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(soc)，通過(guò)相關(guān)規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制荷電狀態(tài)穩(wěn)定在正常工作狀態(tài)的目標(biāo)；

基于光伏出力和負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差，利用區(qū)間估計(jì)法得出儲(chǔ)能設(shè)備的容量配置函數(shù)，比較儲(chǔ)能容量在分布式配置和集中式配置下的預(yù)測(cè)誤差方差，以達(dá)到更優(yōu)的功率補(bǔ)償效果；

利用離散傅里葉變換對(duì)可再生能源進(jìn)行頻譜分析以確定儲(chǔ)能補(bǔ)償范圍，進(jìn)而提出滿足要求的容量確定方法；

以獨(dú)立風(fēng)光柴儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立起容量?jī)?yōu)化模型，利用遺傳算法以綜合成本費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)，探討了系統(tǒng)中各個(gè)電源在給定調(diào)度策略下最優(yōu)容量配置。

上述研究對(duì)光伏電站并網(wǎng)功率的波動(dòng)問(wèn)題上進(jìn)行了較多考慮，但并未考慮儲(chǔ)能本體的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于光伏功率波動(dòng)的影響，由此使得上述方法對(duì)于儲(chǔ)能的容量需求偏大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)的光伏功率穩(wěn)定輸出控制方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

一種基于儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)的光伏功率穩(wěn)定輸出控制方法，所述方法包括：

s1、選定研究對(duì)象時(shí)間截面窗口長(zhǎng)度y及其運(yùn)行數(shù)據(jù)p(t)；

s2、基于最佳功率輸出模型確定期望輸出目標(biāo)值pg，并給定初始soc值；

s3、設(shè)置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)mmax，收斂精度cσ，同時(shí)初始化粒子群位置x和速度v；

s4、根據(jù)充放電策略，計(jì)算各粒子的適應(yīng)度值并將其自身粒子極值pi及全局例子極值pg比較，若適應(yīng)度值較小，則更新pi及pg，若否更新粒子速度vid及位置xid；

s5、計(jì)算δσ²并判斷是否滿足收斂條件若是，則獲取最佳儲(chǔ)能容量wo；若否，重新釋放例子組建新的族群，并重復(fù)步驟s4，式中，δσ²為粒子群的群體或全局適應(yīng)度方差的變化量，cσ為接近于零的定常數(shù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中的最佳功率輸出模型中：

t時(shí)刻光伏功率輸出功率pp(t)與并網(wǎng)目標(biāo)功率pref(t)的差值δp(t)為δp(t)＝pp(t)-pref(t)；

當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)：為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，ηc為儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電效率；

當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)：為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，ηd為儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電效率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中的最佳功率輸出模型中：

當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)：pess(t)＝δi(t)δp(t)ηc，為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，ηc為儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電效率，δi(t)為t時(shí)刻充放電功率修正系數(shù)；

當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)：pess(t)＝δi(t)δp(t)/ηd，為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，ηd為儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電效率，δi(t)為t時(shí)刻充放電功率修正系數(shù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)按運(yùn)行時(shí)soc的限制分類包括：預(yù)過(guò)放區(qū)域[qsoclow-l2，qsoclow-l1]、正常區(qū)域[qsoclow-l1，qsochigh-l1]、預(yù)過(guò)充區(qū)域[qsochigh-l1，qsochigh-l2]。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述t時(shí)刻充放電功率修正系數(shù)δi(t)具體為：

預(yù)過(guò)充區(qū)域中，充電狀態(tài)時(shí)放電狀態(tài)時(shí)δi(t)為1；

正常區(qū)域中，充電狀態(tài)和放電狀態(tài)時(shí)δi(t)均為1；

預(yù)過(guò)放區(qū)域中，充電狀態(tài)時(shí)δi(t)為1，放電狀態(tài)時(shí)

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中的充放電策略中，儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化的目標(biāo)是：

minc＝klρlllost+ksρslshort+keρeless+cc；

其中，ρl、ρs、ρe分別為光伏電站棄光損失能量、平滑功率短缺損失能量以及儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算能量的對(duì)應(yīng)單價(jià)；ρlllost為光伏電站棄光能量成本；ρslshort為光伏電站平滑功率短缺損失能量成本；ρeless為儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算損失能量成本；kl、ks和ke為運(yùn)行成本的懲罰系數(shù)；cc儲(chǔ)能系統(tǒng)的投入成本。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中的充放電策略中，光伏電站棄光損失能量、平滑功率短缺損失能量和儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算能量分別為：

式中，ny為研究對(duì)象的時(shí)間年度；g、h為ny年度中充放電過(guò)程持續(xù)δi＜1調(diào)整運(yùn)行區(qū)間的總次數(shù)；p、q分別為g區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間；u、v分別為h區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間；k為ny年度中儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)位于超出最大荷電狀態(tài)的總次數(shù)；l為ny年度中儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)位于低于最小荷電狀態(tài)的總次數(shù)；x、y分別為k區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間；z、a分別為l區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中的充放電策略中，約束條件包括：

充放電功率約束：

-pdηd≤pw(t)-pref(t)≤pc，pd和pc分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的極限充放電功率；

光伏電站輸出功率波動(dòng)水平約束：

p{|δpd(t)|≤δpdmax}≥λ，δpd(t)δpd(t)為光伏電站輸出功率經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑后的波動(dòng)值，δpdmax為波動(dòng)值的最大允許范圍上限，λ為對(duì)應(yīng)的可信度水平；

荷電量約束：

和分別為儲(chǔ)能單元的最小和最大荷電量。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明考慮到光伏功率受自然條件影響而具有較強(qiáng)波動(dòng)性，利用儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)光伏功率的平穩(wěn)輸出控制。通過(guò)充放電功率修正系數(shù)實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的有效調(diào)整，從而避免過(guò)度充放電，由此在充分平抑光伏出力波動(dòng)的同時(shí)，有效延長(zhǎng)儲(chǔ)能運(yùn)行壽命，減少系統(tǒng)運(yùn)行成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)的光伏功率穩(wěn)定輸出控制方法的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例中選定時(shí)間截面期望輸出曲線圖。

圖3為本發(fā)明一具體實(shí)施例中選定時(shí)間截面平抑效果示意圖。

圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施例中soc曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

現(xiàn)有技術(shù)中相關(guān)平抑光伏功率波動(dòng)的儲(chǔ)能運(yùn)行策略中均未考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，顯然由于儲(chǔ)能系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象，或長(zhǎng)時(shí)間處于不正常的工作荷電狀態(tài)，導(dǎo)致其使用壽命大大減少，大幅增加了儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本，不利于經(jīng)濟(jì)性的考慮；第二，儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)充過(guò)放使得充放電功率難以控制，會(huì)導(dǎo)致注入電網(wǎng)的功率出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。荷電狀態(tài)是指其剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量比值。當(dāng)soc＝1時(shí)表示電池完全充滿，當(dāng)soc＝0時(shí)表示電池放電完全。在儲(chǔ)能電站中，通常情況下，充電時(shí)取各個(gè)電池組中的荷電狀態(tài)最大值作為整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)值；放電時(shí)取各個(gè)電池組中的荷電狀態(tài)最小值作為整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)值。這樣可以有效防止單個(gè)電池的過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)能充放電系統(tǒng)來(lái)調(diào)整儲(chǔ)能裝置始終工作在正常工作范圍，同時(shí)考慮儲(chǔ)能荷電狀態(tài)和光伏功率輸出穩(wěn)定性，能夠同時(shí)有效平抑并網(wǎng)功率波動(dòng)與精確調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)。

參圖1所示，本發(fā)明的一種基于儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)的光伏功率穩(wěn)定輸出控制方法，包括：

s1、選定研究對(duì)象時(shí)間截面窗口長(zhǎng)度y及其運(yùn)行數(shù)據(jù)p(t)；

s2、基于最佳功率輸出模型確定期望輸出目標(biāo)值pg，并給定初始soc值；

s3、設(shè)置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)mmax，收斂精度cσ，同時(shí)初始化粒子群位置x和速度v；

s4、根據(jù)充放電策略，計(jì)算各粒子的適應(yīng)度值并將其自身粒子極值pi及全局例子極值pg比較，若適應(yīng)度值較小，則更新pi及pg，若否更新粒子速度vid及位置xid；

s5、計(jì)算δσ²并判斷是否滿足收斂條件若是，則獲取最佳儲(chǔ)能容量wo；若否，重新釋放例子組建新的族群，并重復(fù)步驟s4，式中，δσ²為粒子群的群體或全局適應(yīng)度方差的變化量，cσ為接近于零的定常數(shù)。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)能充放電系統(tǒng)來(lái)調(diào)整儲(chǔ)能裝置始終工作在正常工作范圍，該方法同時(shí)考慮儲(chǔ)能荷電狀態(tài)和光伏功率輸出穩(wěn)定性，能夠同時(shí)有效平抑并網(wǎng)功率波動(dòng)與精確調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)。

光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能策略是：當(dāng)光伏功率輸出功率大于并網(wǎng)功率參考值時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電以平抑輸出功率波動(dòng)；當(dāng)光伏功率輸出功率小于并網(wǎng)功率參考值時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電以彌補(bǔ)輸出功率的不足，以此平滑光伏功率的輸出功率，實(shí)現(xiàn)光伏功率并網(wǎng)功率的穩(wěn)定性。

t時(shí)刻光伏功率輸出功率pp(t)與并網(wǎng)目標(biāo)功率pref(t)的差值δp(t)為：

δp(t)＝pp(t)-pref(t)(1)

則儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率如式(2)、(3)所示。

儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)：

儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)：

式中：為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率；當(dāng)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電；ηc為儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電效率，一般取0.65～0.85，ηd為儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電效率，一般取0.95左右。

儲(chǔ)能電站充放電功率指令應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)前的soc水平和當(dāng)前時(shí)刻的功率指令大小，即當(dāng)soc位于正常工作范圍內(nèi)，儲(chǔ)能電站的充放電功率保持不變；當(dāng)soc越線到非正常工作范圍時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整充放電功率，防止出現(xiàn)過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象。

設(shè)定儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)soc的限制分類。其中，qsocmax和qsocmin分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的上限和下限，[qsocmin，qsoclow-l2]為過(guò)放區(qū)域，[qsoclow-l2，qsoclow-l1]為預(yù)過(guò)放區(qū)域、[qsoclow-l1，qsochigh-l1]為正常區(qū)域、[qsochigh-l1，qsochigh-l2]為預(yù)過(guò)充區(qū)域，[qsochigh-l2，qsocmax]為過(guò)充區(qū)域，以上為儲(chǔ)能系統(tǒng)不同荷電狀態(tài)的運(yùn)行區(qū)間，其中qsochigh-l2和qsoclow-l2分別過(guò)充過(guò)放警戒線。

儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)運(yùn)行區(qū)間的改變將引發(fā)功率修正系數(shù)的對(duì)應(yīng)調(diào)整，通過(guò)功率修正系數(shù)改變儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，以達(dá)到預(yù)先控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行，避免其達(dá)到過(guò)充過(guò)放的狀態(tài)。具體的控制策略如表1所示。

表1功率修正系數(shù)控制規(guī)則

當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)偏高，即位于預(yù)過(guò)充區(qū)域時(shí)，表示儲(chǔ)能趨于飽和。若處在充電狀態(tài)下需對(duì)進(jìn)行預(yù)先控制，通過(guò)式(4)調(diào)整功率修正系數(shù)，修正使其減小，以緩解其荷電狀態(tài)升高的速度，防止儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)度充電的狀態(tài)；若處在放電狀態(tài)下則維持原值。反之亦然，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)偏低，即位于預(yù)過(guò)放區(qū)域時(shí)，若處在放電狀態(tài)通過(guò)式(5)調(diào)整功率修正系數(shù)，修正使其減小，以減緩其荷電狀態(tài)降低的速度，防止儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)深度放電的狀態(tài)。若處在充電狀態(tài)下則維持原值。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)位于正常區(qū)域時(shí)，維持修正系數(shù)不變，使其正常充放電。其中，

式中，δi(t)為t時(shí)刻充放電功率修正系數(shù)，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)位于正常區(qū)域時(shí)取值為1；qsoc(t)為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)。本發(fā)明采用對(duì)數(shù)壁壘函數(shù)，當(dāng)荷電狀態(tài)接近qsocmax或qsoclow-l2時(shí)，因?qū)?shù)函數(shù)收斂性強(qiáng)，可以更快的降低δi(t)，更好地起到預(yù)先控制充放電功率的作用，有效避免儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)達(dá)到過(guò)充或過(guò)放狀態(tài)。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明提出的功率修正系數(shù)控制方法在儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)達(dá)到qsochigh-l2時(shí)，δi(t)最小值不為0，其目的在于保證儲(chǔ)能容量的充分利用，仍可繼續(xù)充電；而荷電狀態(tài)達(dá)到qsoclow-l2時(shí)已將δi(t)修正為零，這樣可以嚴(yán)格控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的最低容量，徹底避免儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行在過(guò)放區(qū)域，減少儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命損耗。

由此，可以得到調(diào)整后的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率。

儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)：

pess(t)＝δi(t)δp(t)ηc(6)

儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)：

pess(t)＝δi(t)δp(t)/ηd(7)

式(6)、式(7)中：pess(t)為t時(shí)刻經(jīng)過(guò)功率修正系數(shù)調(diào)整后的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，當(dāng)pess(t)＞0時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，pess(t)＜0時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電。

光伏電站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化的目標(biāo)在于保證減少光伏功率輸出功率波動(dòng)的前提下，調(diào)節(jié)投入成本與運(yùn)行成本之間的相互制約關(guān)系，在保證平滑輸出功率的前提下，以最低儲(chǔ)能的投入成本和運(yùn)行成本實(shí)現(xiàn)光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效益最優(yōu)化。

光伏電站配置不同的儲(chǔ)能容量得到的功率波動(dòng)平抑效果不同，在保證滿足光伏功率輸出功率波動(dòng)要求的前提下，針對(duì)儲(chǔ)能容量投入成本與運(yùn)行成本的制約關(guān)系，以儲(chǔ)能的綜合效益達(dá)到最優(yōu)為目標(biāo)。其中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的投入成本cc包括儲(chǔ)能系統(tǒng)的維護(hù)成本cm，儲(chǔ)能系統(tǒng)各儲(chǔ)能單元的置換成本(僅當(dāng)儲(chǔ)能單元的使用壽命小于工程年限時(shí)考慮)cr和儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本投資成本cb。

cc＝cm+cr+cb(8)

cm＝y(tǒng)nbessρ(9)

cb＝nbessρ1wo+nbessρ2wom(10)

式中：y為工作時(shí)間；nbess為儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池的數(shù)量；ρ為儲(chǔ)能容量單位容量維護(hù)價(jià)格；ρ1為儲(chǔ)能容量單位容量安裝價(jià)格；wo為光伏電站最優(yōu)儲(chǔ)能容量的額定值；ρ2為儲(chǔ)能容量單位容量?jī)r(jià)格；m為折舊系數(shù)，其定義為：式中：r為折舊率；lm為工程年限。

運(yùn)行成本包含因功率修正系數(shù)調(diào)整引起的光伏電站棄光損失成本，平滑功率短缺損失成本以及儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算損失成本，三者均因儲(chǔ)能容量的變化而變化。

因光伏電站輸出功率具有年度周期性，以年度光伏電站輸出功率作為儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化的研究對(duì)象，其光伏電站棄光損失能量、平滑功率短缺損失能量和儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算能量分別如式(11)、式(12)、式(13)所示：

式中：ny為研究對(duì)象的時(shí)間年度；g、h為ny年度中充放電過(guò)程持續(xù)δi＜1調(diào)整運(yùn)行區(qū)間的總次數(shù)；p、q分別為g區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間；u、v分別為h區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間；k為ny年度中儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)位于超出最大荷電狀態(tài)的總次數(shù)；l為ny年度中儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)位于低于最小荷電狀態(tài)的總次數(shù)；x、y分別為k區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間；z、a分別為l區(qū)間的初始和結(jié)束時(shí)間。

光伏電站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化的目標(biāo)是：

minc＝klρlllost+ksρslshort+keρeless+cc(14)

式中：ρl、ρs、ρe分別為光伏電站棄光損失能量、平滑功率短缺損失能量以及儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算能量的對(duì)應(yīng)單價(jià)；ρlllost為光伏電站棄光能量成本；ρslshort為光伏電站平滑功率短缺損失能量成本；ρeless為儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算損失能量成本；kl、ks和ke為運(yùn)行成本的懲罰系數(shù)；cc儲(chǔ)能系統(tǒng)的投入成本。

式(13)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)越線運(yùn)行的折算損失成本包含2個(gè)部分：一是當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行在過(guò)高荷電狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)未處于合理運(yùn)行狀態(tài)影響自身壽命周期的折算成本；二是當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)過(guò)低時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)未處于合理運(yùn)行狀態(tài)影響自身壽命周期的折算成本。

本發(fā)明充放電策略中的約束條件包括：

充放電功率約束：

-pdηd≤pw(t)-pref(t)≤pc(15)

式中：pd和pc分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的極限充放電功率，將放電看作負(fù)充電過(guò)程，其大小以其絕對(duì)值為準(zhǔn)。

約束條件包括光伏電站輸出功率波動(dòng)水平約束：

p{|δpd(t)|≤δpdmax}≥λ(16)

式中：δpd(t)δpd(t)為光伏電站輸出功率經(jīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑后的波動(dòng)值；δpdmax為波動(dòng)值的最大允許范圍上限；λ為對(duì)應(yīng)的可信度水平。

荷電量約束：

式中：和分別為儲(chǔ)能單元的最小和最大荷電量。

為驗(yàn)證本發(fā)明方法有效性，基于青海某光伏電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算儲(chǔ)能最優(yōu)容量。本實(shí)施例考慮pso算法以解決本發(fā)明包含動(dòng)態(tài)邊界條件且含有多個(gè)隨機(jī)變量的隨機(jī)優(yōu)化問(wèn)題，具體模型求解步驟為：

步驟1：選定研究對(duì)象時(shí)間截面窗口長(zhǎng)度y及其運(yùn)行數(shù)據(jù)p(t)；

步驟2：基于最佳功率輸出模型確定期望輸出目標(biāo)值pg，并給定初始soc等值；

步驟3：設(shè)置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)mmax，收斂精度cσ，同時(shí)初始化粒子群位置x和速度v；

步驟4：根據(jù)本發(fā)明充放電策略，設(shè)置c1、c2、ω、vmin、vmax等參數(shù)，結(jié)合式(11-17)計(jì)算各粒子的適應(yīng)度值并將其自身粒子極值pi及全局例子極值pg比較，若適應(yīng)度值較小，則更新pi及pg，若否更新粒子速度vid及位置xid；

步驟5：計(jì)算δσ²判斷是否滿足收斂條件，搜索收斂條件為：

式中δσ²為粒子群的群體或全局適應(yīng)度方差的變化量，cσ為接近于零的定常數(shù)。若是，則獲取最佳儲(chǔ)能容量wo；若否，重新釋放例子組建新的族群，并重復(fù)步驟(4)。

本發(fā)明從最優(yōu)容量wo、平抑功率偏移量χ、soc極值越限次數(shù)n、soc過(guò)程曲線等指標(biāo)參數(shù)衡量本發(fā)明方法有效性。該光伏電站裝機(jī)容量9mw，采集頻率為5min，平抑目標(biāo)值如圖2所示。

依據(jù)本發(fā)明中充放電功率調(diào)整策略及儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化計(jì)算模型，得到平抑波動(dòng)輸出曲線如圖3所示，本發(fā)明方法計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2計(jì)算結(jié)果

分析上述實(shí)施例可得，容量規(guī)劃方面，本發(fā)明方法有效實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能容量的優(yōu)化；平抑功率偏移量方面，本發(fā)明方法與常規(guī)方法相近，略有增加，其原因是功率修正系數(shù)調(diào)整策略提升了棄光或平抑不足的能量的概率；越極限值運(yùn)行方面，本發(fā)明大幅減少n的數(shù)值，其降幅達(dá)96.2％，效果明顯?？疾靸?chǔ)能電站最優(yōu)容量獲取過(guò)程中soc的變化狀況，如圖4所示。可以看出，本發(fā)明方法中soc在該區(qū)段未越極限值運(yùn)行，有效保障了ess的使用壽命。

綜上可得，本發(fā)明容量?jī)?yōu)化計(jì)算模型綜合考慮了儲(chǔ)能電站配置及運(yùn)行過(guò)程中的總體經(jīng)濟(jì)性，有利于與現(xiàn)場(chǎng)的有效結(jié)合。上述理論研究為儲(chǔ)能容量的最優(yōu)化提供了理論前提和保障。同時(shí)，實(shí)際數(shù)據(jù)算例分析驗(yàn)證了上述結(jié)論。

由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明考慮到光伏功率受自然條件影響而具有較強(qiáng)波動(dòng)性，利用儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)光伏功率的平穩(wěn)輸出控制。通過(guò)充放電功率修正系數(shù)實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的有效調(diào)整，從而避免過(guò)度充放電，由此在充分平抑光伏出力波動(dòng)的同時(shí)，有效延長(zhǎng)儲(chǔ)能運(yùn)行壽命，減少系統(tǒng)運(yùn)行成本。在該控制策略技術(shù)長(zhǎng)進(jìn)一步探討了光伏電站配置儲(chǔ)能的優(yōu)化容量問(wèn)題，為光儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供重要理論支撐。利用青海地區(qū)光伏電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明可實(shí)現(xiàn)光伏功率的平穩(wěn)輸出，同時(shí)能夠控制儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的波動(dòng)范圍，有效避免過(guò)度充放電，表明該方法具有較強(qiáng)的可行性和應(yīng)用性。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。