本发明涉及一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其步骤为：计算任意一段时间范围内子微网中风力发电和光伏发电的发电量和负荷数据；计算子微网中的风机发电输出功率；确定子微网中光伏发电输出功率；计算子微网中发电与负荷之间供需不平衡功率；计算子微网从时刻tj开始离网运行至T1-T3时间所累计的不平衡能量；计算故障状态下子微网从tj+T1-T3时刻开始继续稳定运行至时间T3，需要储能备用的最小放电能量；计算需要储能提供的最小放电能量；计算储能吸收的最小充电能量；计算需要储能提供的最小容量；计算计算子微网中能量型储能最小的额定容量；计算各个子微网中负荷的最大功率需求；计算子微网中功率型储能的额定功率；根据各个子微网的储能容量配置，再对微网群的主储能容量进行配置。
1.一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其包括以下步骤：
1)首先进行子微网储能容量的配置，确定微网群中各个子微网中风力发电和光伏发电的装机容量和接入的负荷大小和性质，并计算任意一段时间范围内子微网中风力发电和光伏发电的发电量和负荷数据；其中，装机容量需要根据具体的气象条件和安装条件确定，负荷大小和性质需要根据微网群的负荷类型确定；
2)根据风机模型和气象数据计算子微网中的风机发电输出功率PWG(t)；
3)根据光伏模型和气象数据确定子微网中光伏发电输出功率PPV(t)；
4)计算一段时间范围内子微网中发电与负荷之间供需不平衡功率ΔP(t)；
式中， 是第i号子微网的发电功率， 是第i号子微网的负荷功率；
5)根据步骤4)得到的不平衡功率ΔPi(t)，计算子微网从时刻tj开始离网运行至T1-T3时间所累计的不平衡能量E1：其中，T1为子微网允许离网运行时间，T3为故障状态下子微网期望运行时间；
6)根据步骤4)，计算故障状态下子微网从tj+T1-T3时刻开始继续稳定运行至时间T3，需要储能备用的最小放电能量E2为：
7)根据不平衡能量E1和最小放电能量E2得到需要储能提供的最小放电能量E3为：E3＝|min(E1+E2)|；
8)根据不平衡能量E1和最小放电能量E2得到储能吸收的最小充电能量E4为：E4＝max(E1+E2)；
9)根据最小放电能量E3和最小充电能量E4得到需要储能提供的最小容量E5为：式中，ηdis为储能的放电效率；ηch为充电效率；ηinv为变换器效率；
10)根据最小容量E5和能量型储能的荷电状态计算子微网中能量型储能最小的额定容量式中， 是能量型储能的荷电状态的上限值， 是能量型储能的荷电状态的下限值；
11)计算一定时间范围内各个子微网中负荷的最大功率需求
12)根据负荷的最大功率需求 计算子微网中功率型储能的额定功率式中， 是功率型储能的荷电状态的上限值， 是功率型储能的荷电状态的下限值；
13)根据各个子微网的储能容量配置，再对微网群的主储能容量进行配置，以保证在主储能容量的配置过程中，仅考虑主储能的容量能够完全吸收所有子微网的富裕能量，实现微电网的多元复合储能容量配置。
2.如权利要求1所述的一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述风机发电输出功率PWG(t)为：式中，Pr_WG是风机的额定功率，单位为kw；vci是切入风速，单位为m/s；vco是切出风速，单位为m/s；vr是额定风速，单位为m/s；v(t)是t时刻实际风速，单位为m/s；a、b、c为常数。
3.如权利要求1所述的一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述光伏发电输出功率PPV(t)：式中，PSTC是标准测试条件下光伏电池组件的最大输出功率，单位为kw；GSTC是标准测试条件下的太阳辐照强度，单位为W/m2；GING(t)是t时刻实际的太阳辐照强度，单位为W/m2；
kpv是功率温度系数，其单位为(％/℃)；Tc是电池温度，单位为℃；Tr是参考温度。
4.如权利要求1所述的一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤9)中，所述储能的放电效率ηdis和充电效率ηch相等都取90％，变换器效率ηinv为90％。
5.如权利要求1所述的一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤10)中，所述能量型储能荷电状态的范围为0.3～1。
6.如权利要求1所述的一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤12)中，所述功率型储能荷电状态的范围0.2～1。
7.如权利要求1～6任意一项所述的一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其特征在于：所述步骤13)中，所述主储能容量配置方法步骤如下：(1)根据各子微网的 和 计算该子微网在运行过程中需要能量型储能释放和吸收的功率(2)根据能量型储能释放和吸收的功率 计算各子微网运行过程中能量型储能实际释放和吸收的功率i
式中，SOC(t)是能量型储能的荷电状态； 是能量型储能的荷电状态的上限值；
(3)根据各子微网能量型储能实际释放和吸收的功率 计算各子微网在运行过程中并网输出到微网群的功率(4)根据步骤(3)得到所有子微网在运行过程中并网输出到微网群的功率Pgrid(t)为：式中，M为子微网的个数；
(5)假定微网群从tj1时刻离网运行，根据步骤(4)计算微网群离网运行T1时间段，需要储能存储的最小能量E6为：(6)根据步骤(5)得到的最小能量E6计算能量型主储能的额定容量 为：式中，ηch为充电效率；ηinv为变换器效率； 为储能的荷电状态的上限值，为储能的荷电状态的下限值；
(7)根据步骤(3)计算微网群在运行时的最大功率波动Pgrid(t)max为：(8)根据步骤(7)以及功率型主储能荷电状态上、下限计算功率型主储能的额定功率为：是功率型主储能荷电状态上限值， 是功率型主储能荷电状态下限值。
一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种微电网群储能容量配置方法，特别是关于一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法。
背景技术
[0002] 微电网（以下简称微网）是指由小容量电源、可再生能源与负荷构成，基于电力电子技术提高系统可控性、可靠性的小型电网。微电网群（以下简称微网群）是多个微电网互联组成的群落系统，利用可再生能源，结合储能与需求侧管理构建岛屿微网群供电模式，可以在保护生态环境的同时有效的解决我国诸多海岛及群岛的供电用能难题。微网规模较小，系统惯性不大，可再生能源比例高，网络及负荷波动大。储能系统通过快速的电能存取，能够调节微网中功率分布、平衡微网中的电能供需、改善用户侧电能质量、提高微网应对突发事件能力和微网运行稳定性。
[0003] 储能容量的优化配置问题是微网群设计规划的重要问题。目前常用的储能容量配置和优化方法主要包括：差额补充法，波动平抑分析法，经济特性优化法。差额补充法未考虑实际运行过程中能量供需不平衡所导致的储能容量动态变化，配置容量不够精确。波动平抑分析法主要根据储能对波动功率的平抑效果进行储能容量的优化配置。具体的分析方法又包括频谱分析法和时间常数法。该方法需要进行反复的比较寻优，计算复杂。另外，该方法主要应用于大型的并网风电场的储能容量配置，对于微网的应用针对性不强。经济特性优化法主要是建立系统的经济运行模型，推导目标函数和约束条件，储能系统容量作为其中的一个优化变量进行求解。该方法目前并没有标准统一的目标函数和求解算法。另外，对于多元复合储能需要建立多种约束条件，计算过程复杂。现有的储能容量配置方法大多基于经验分析，适应性不强，理论性较弱，计算复杂。研究工作多以并网的风电场和光伏电站为应用背景，重点关注于单一的能量型储能的容量配置，较少涉及多元复合储能，更无涉及到微网群储能的容量配置研究。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其适应性较好、简单易行，在离网运行时间和故障状态下能有效保证系统稳定运行时间。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于微电网群的多元复合储能容量配置方法，其包括以下步骤：1）首先进行子微网储能容量的配置，确定微网群中各个子微网中风力发电和光伏发电的装机容量和接入的负荷大小和性质，并计算任意一段时间范围内子微网中风力发电和光伏发电的发电量和负荷数据；其中，装机容量需要根据具体的气象条件和安装条件确定，负荷大小和性质需要根据微网群的负荷类型确定；2）根据风机模型和气象数据计算子微网中的风机发电输出功率PWG(t)；3）根据光伏模型和气象数据确定子微网中光伏发电输出功率PPV(t)；4）计算一段时间范围内子微网中发电与负荷之间供需不平衡功率ΔPi(t)； 式中， 是第i号子微网的发电功率，是第i号子微网的负荷功率；5）根据步骤4）得到的不平衡功
i
率ΔP(t)，计算子微网从时刻tj开始离网运行至T1-T3时间所累计的不平衡能量E1：
[0006]
[0007] 其中，T1为子微网允许离网运行时间，T3为故障状态下子微网期望运行时间；6）根据步骤4），计算故障状态下子微网从tj+T1-T3时刻开始继续稳定运行至时间T3，需要储能备用的最小放电能量E2为：
[0008]
[0009] 7）根据不平衡能量E1和最小放电能量E2得到需要储能提供的最小放电能量E3为：E3=|min(E1+E2)|；8）根据不平衡能量E1和最小放电能量E2得到储能吸收的最小充电能量E4为：E4=max(E1+E2)；9）根据最小放电能量E3和最小充电能量E4得到需要储能提供的最小容量E5为：
[0010]
[0011] 式中，ηdis为储能的放电效率；ηch为充电效率；ηinv为变换器效率；10）根据最小容量E5和能量型储能的荷电状态计算子微网中能量型储能最小的额定容量[0012]
[0013] 式中， 是能量型储能的荷电状态的上限值， 是能量型储能的荷电状态的下限值；11）计算一定时间范围内各个子微网中负荷的最大功率需求 12）根据负荷的最大功率需求 计算子微网中功率型储能的额定功率
[0014]
[0015] 式中， 是功率型储能的荷电状态的上限值， 是功率型储能的荷电状态的下限值；13）根据各个子微网的储能容量配置，再对微网群的主储能容量进行配置，以保证在主储能容量的配置过程中，仅考虑主储能的容量能够完全吸收所有子微网的富裕能量，实现微电网的多元复合储能容量配置。
[0016] 所述步骤2）中，所述风机发电输出功率PWG(t)为：
[0017]
[0018] 式中，Pr_WG是风机的额定功率，单位为kw；vci是切入风速，单位为m/s；vco是切出风速，单位为m/s；vr是额定风速，单位为m/s；v(t)是t时刻实际风速，单位为m/s；a、b、c为常数。
[0019] 所述步骤3）中，所述光伏发电输出功率PPV(t)：
[0020]
[0021] 式中，PSTC，是标准测试条件下光伏电池组件的最大输出功率，单位为kw；GGTC是标准测试条件下的太阳辐照强度，单位为W/m2；GING(t)是t时刻实际的太阳辐照强度，单位为W/m2；kpv是功率温度系数，其单位为（%/°C）；Tc是电池温度，单位为°C；Tr是参考温度。
[0022] 所述步骤9）中，所述储能的放电效率ηdis和充电效率ηch相等都取90%，变换器效率ηinv为90%。
[0023] 所述步骤10）中，所述能量型储能SOC的范围为0.3～1。
[0024] 所述步骤12）中，所述功率型储能SOC的范围0.2～1。
[0025] 所述步骤13）中，所述主储能容量配置方法步骤如下：（1）根据各子微网的和 计算该子微网在运行过程中需要能量型储能释放和吸收的功率
[0026]
[0027] （2）根据能量型储能释放和吸收的功率 计算各子微网运行过程中能量型储能实际释放和吸收的功率
[0028]
[0029] 式中，SOCi(t)是能量型储能的荷电状态； 是能量型储能的荷电状态的上限值；（3）根据各子微网能量型储能实际释放和吸收的功率 计算各子微网在运行过程中并网输出到微网群的功率
[0030]
[0031] （4）根据步骤（3）得到所有子微网在运行过程中并网输出到微网群的功率Pgrid(t)为：
[0032]
[0033] 式中，M为子微网的个数；（5）假定微网群从tj1时刻离网运行，根据步骤（4）计算微网群离网运行T1时间段，需要储能存储的最小能量E6为：
[0034]
[0035] （6）根据步骤（5）得到的最小能量E6计算能量型主储能的额定容量 为：
[0036]
[0037] 式中，ηdis为储能的放电效率；ηch为充电效率；ηinv为变换器效率； 为储能的荷电状态的上限值， 为储能的荷电状态的下限值；（7）根据步骤（3）计算微网群在运行时的最大功率波动Pgrid(t)max为：
[0038]
[0039] （8）根据步骤（7）以及功率型主储能荷电状态上、下限计算功率型主储能的额定功率 为：
[0040]
[0041] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明根据微网群运行的特点，针对实际运行过程中可能出现的微网群和子微网离网运行状态，以及故障状态下对微网群和子微网能够稳定运行的期望，考虑运行过程中储能容量的动态变化，提出了与离网运行时间和故障状态下期望系统稳定运行时间两个指标相关的复合储能容量配置方法，该方法不需要进行大量的时域仿真，简单易行。2、本发明根据微网群运行的特点，针对实际运行过程中可能出现的微网群和子微网离网运行状态，首先明确复合储能系统中不同类型储能的能量调度策略，然后根据策略的要求来分别配置储能的容量，实现对不同类型储能的容量配置，针对性强，并不是单一的储能系统。3、本发明能够计算出微网群在长时间运行尺度下的容量配置结果，可以直接应用于微网群的实际工程设计。本发明可以广泛在微电网群储能中应用。
附图说明
[0042] 图1是本发明以7个子微网为例的微网群结构示意图；
[0043] 图2是本发明实施例中由7个子微网构成的微网群日负荷特性曲线示意图；
[0044] 图3是本发明的微网群1号子微网2010年1月的风力发电输出特性曲线示意图；
[0045] 图4是本发明的微网群1号子微网2010年1月的光伏发电输出特性曲线示意图；
[0046] 图5是本发明的微网群主储能在允许离网运行240小时时累计的不平衡能量变化曲线示意图；
[0047] 图6是本发明的微网群能量型主储能的额定容量随离网运行时间的变化曲线示意图。
具体实施方式
[0048] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0049] 本发明提供一种用于微电网的多元复合储能容量配置方法，其主要是在离网运行时间和故障状态下期望系统稳定运行时间要求下的多元复合储能容量配置方法。本发明包括以下步骤：
[0050] 1）首先进行子微网储能容量的配置，确定微网群中各个子微网中风力发电和光伏发电的装机容量和接入的负荷大小和性质，并计算任意一段时间范围内子微网中风力发电和光伏发电的发电量和负荷数据。其中，装机容量需要根据具体的气象条件和安装条件确定，负荷大小和性质需要根据微网群的负荷类型确定，下面以7个子微网为例（如图1所示）对本发明作详细说明，其负荷特性如图2所示。
[0051] 2）根据已有风机模型和气象数据计算子微网中的风机发电输出功率PWG(t)：
[0052]
[0053] 式中，Pr_WG是风机的额定功率，单位为kw；vci是切入风速，单位为m/s；vco是切出风速，单位为m/s；vr是额定风速，单位为m/s；v(t)是t时刻实际风速，单位为m/s；a、b、c为常数。本发明以30KW风机为例，该风机在2010年1月的有功功率输出特性曲线如图3所示。
[0054] 3）根据已有光伏模型和气象数据确定子微网中光伏发电输出功率PPV(t)：
[0055]
[0056] 式中，PSTC是标准测试条件下光伏电池组件的最大输出功率，单位为kw；GSTC是标2
准测试条件下的太阳辐照强度，单位为W/m ；GING(t)是t时刻实际的太阳辐照强度，单位为
2
W/m ；kpv是功率温度系数，其单位为（%/°C）；Tc是电池温度，单位为°C；Tr是参考温度，本发明采用的参考温度为301.18K。本发明以40KWP光伏发电系统为例，该光伏发电系统在
2010年1月的有功功率输出特性曲线如图4所示。
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[0057] 4）计算一段时间范围内子微网中发电与负荷之间供需不平衡功率ΔP(t)；
[0058]
[0059] 式中， 是第i号子微网的发电功率， 是第i号子微网的负荷功率。
i
[0060] 5）根据步骤4）得到的不平衡功率ΔP(t)，计算子微网从时刻tj开始离网运行至T1-T3时间所累计的不平衡能量E1：
[0061]
[0062] 其中，T1为子微网允许离网运行时间，T3为故障状态下子微网期望运行时间；不平衡能量E1随不同的离网运行时间的变化曲线如图5所示。
[0063] 6）根据步骤4），计算故障状态下子微网从tj+T1-T3时刻开始继续稳定运行至时间T3，需要储能备用的最小放电能量E2为：
[0064]
[0065] 7）根据不平衡能量E1和最小放电能量E2得到需要储能提供的最小放电能量E3为：
[0066] E3=|min(E1+E2)|。 （6）
[0067] 8）根据不平衡能量E1和最小放电能量E2得到储能吸收的最小充电能量E4为：
[0068] E4=max(E1+E2)。 （7）
[0069] 9）根据最小放电能量E3和最小充电能量E4得到需要储能提供的最小容量E5为：
[0070]
[0071] 式中，ηdis为储能的放电效率；ηch为充电效率；ηinv为变换器效率；在本实例中，所有储能的充放电效率相等都取90%，变换器效率为90%。
[0072] 10）最小容量E5和能量型储能的荷电状态计算子微网中能量型储能最小的额定容量
[0073]
[0074] 式中， 是能量型储能的荷电状态的上限值， 是能量型储能的荷电状态的下限值。在本实例中，能量型储能SOC（荷电状态）的范围为0.3～1。
[0075] 11）计算一定时间范围内各个子微网中负荷的最大功率需求
[0076] 12）根据负荷的最大功率需求 计算子微网中功率型储能的额定功率[0077]
[0078] 式中， 是功率型储能的荷电状态的上限值， 是功率型储能的荷电状态的下限值。在本实例中，功率型储能SOC的范围0.2～1。
[0079] 13）根据各个子微网的储能容量配置，再对微网群的主储能容量进行配置，以保证在主储能容量的配置过程中，只需要考虑主储能的容量能够完全吸收所有子微网的富裕能量，实现微电网的多元复合储能容量配置。其中，主储能容量配置方法如下：
[0080] （1）根据各子微网的 和 计算该子微网在运行过程中需要能量型储能释放和吸收的功率
[0081]
[0082] （2）根据能量型储能释放和吸收的功率 计算各子微网运行过程中能量型储能实际释放和吸收的功率
[0083]
[0084] 式中，SOCi(t)是能量型储能的荷电状态； 是能量型储能的荷电状态的上限值。
[0085] （3）根据各子微网能量型储能实际释放和吸收的功率 计算各子微网在运行过程中并网输出到微网群的功率
[0086]
[0087] （4）根据步骤（3）可以得到所有子微网在运行过程中并网输出到微网群的功率Pgrid(t)为：
[0088]
[0089] 式中，M为子微网的个数，在本实施例中，M=7。
[0090] （5）假定微网群从tj1时刻离网运行，根据步骤（4）计算微网群离网运行T1时间段，需要储能存储的最小能量E6为：
[0091]
[0092] （6）根据步骤（5）得到的最小能量E6计算能量型主储能的额定容量 为：
[0093]
[0094] 式中，ηdis为储能的放电效率；ηch为充电效率；ηinv为变换器效率； 为储能的荷电状态的上限值， 为储能的荷电状态的下限值。在本实例中，所有储能的充放电效率相等取90%，逆变器效率90%，能量型储能SOC的范围0.3～1。微网群能量型主储能的额定容量随离网运行时间的变化曲线如图6所示。
[0095] （7）根据步骤（3）计算微网群在运行时的最大功率波动Pgrid(t)max为：
[0096]
[0097] （8）根据步骤（7）以及功率型主储能荷电状态上、下限计算功率型主储能的额定功率 为：
[0098]
[0099] 在本实例中，功率型储能SOC的范围0.2～1。
[0100] 综上所述，在全年运行过程中，设定下列运行指标：子微网和微网群允许离网运行时间为240小时（T1＝T3=240小时），故障状态下子微网和微网群能够继续稳定运行24小时（T2=T4=24小时），微网群的储能容量配置结果如表1所示。
[0101] 表1微网群的储能容量配置结果
[0102]
[0103] 上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
