本发明公开了一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统。该方法包括：获取微电网储能系统的能量存储模型；确定微电网储能系统的成本函数，微电网储能系统的成本与锂电池的寿命相关；根据能量存储模型，以微电网储能系统的日均成本最小为目标函数，以微电网储能系统的功率平衡、锂电池的储能功率及储能容量和飞轮的储能功率及储能容量为约束，确定能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；根据高通滤波器滤波时间常数的最优值以及功率指令确定锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令；根据锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。本发明能够延长储能系统的使用寿命。
1.一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，包括：
获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；
确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；
根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；
确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；
根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；
根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电；
其中，τlife-li为锂电池的寿命，τ为时间段，Savg-li为τ时间段内锂电池SOC的平均值，Lli为锂电池寿命损耗系数，Tref为参考环境温度，Pref-li(t)为锂电池的有功指令，Trefa为参考环境温度的绝对温度值，Tlia为锂电池实际温度的绝对温度值，ΔLli(m)为锂电池损耗系数的增量，Nli为τ时间段内锂电池的等效吞吐周期，Sdev-li为锂电池SOC的归一化偏差，KSOC、KT、Kco、Kex、Rth均为经验常数。
2.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述微电网储能系统的功率平衡约束为Pli+Pfes＝PHESS；锂电池的储能功率约束为|Pli(t)|≤Prated.li和 锂电池的储能容量约束为Erated.liSL.li≤Eli(t)≤Erated.liSU.li；飞轮的储能功率约束为|Pfes(t)|≤Prated.fes、 和飞轮的储能容量约束为Erated.fesSL.fes≤Efes(t)≤Erated.fesSU.fes，其中，Pli为锂电池吸收或释放的功率，Pfes为飞轮的吸收或释放功率，PHESS为复合储能系统的功率指令，Prated.li为锂电池的额定功率，ηd.li为锂电池的放电效率，ηc.li为锂电池的充电效率，Erated.li为锂电池的额定容量，SL.li为锂电池的SOC上限值，Eli(t)为锂电池t时刻的容量，SU.li为锂电池的SOC下限值，Pfes(t)为飞轮t时刻吸收或释放的功率，Prated.fes为飞轮的额定功率，Pchar.fes为飞轮的最大充电功率，Emax为飞轮的最大存储容量，Emin为飞轮的最小存储容量，Er为飞轮储能当前存储能量，Pdisc.fes为飞轮的最大放电功率，Erated.fes为飞轮储能的额定容量，SL.fes为飞轮的SOC上限值，Efes(t)为飞轮t时刻的容量，SU.fes为飞轮的SOC下限值。
3.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值，具体包括：采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。
4.根据权利要求1所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，其特征在于，所述根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电，具体包括：当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；
若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；
若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时
若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；
若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
当风电输出功率小于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；
若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；
Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率，ΔTf为设定值。
5.一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统，其特征在于，包括：
能量存储模型获取模块，用于获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；
成本函数确定模块，用于确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；
最优值确定模块，用于根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；
功率指令确定模块，用于确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；
储能指令确定模块，用于根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；
储能系统充放电模块，用于根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电；
其中，τlife-li为锂电池的寿命，τ为时间段，Savg-li为τ时间段内锂电池SOC的平均值，Lli为锂电池寿命损耗系数，Tref为参考环境温度，Pref-li(t)为锂电池的有功指令，Trefa为参考环境温度的绝对温度值，Tlia为锂电池实际温度的绝对温度值，ΔLli(m)为锂电池损耗系数的增量，Nli为τ时间段内锂电池的等效吞吐周期，Sdev-li为锂电池SOC的归一化偏差，KSOC、KT、Kco、Kex、Rth均为经验常数。
6.根据权利要求5所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统，其特征在于，所述最优值确定模块具体包括：最优值确定单元，用于采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。
7.根据权利要求5所述的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统，其特征在于，所述储能系统充放电模块具体包括：储能系统充放电单元，用于以下充放电过程：
当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；
若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；
若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时
若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；
若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
当风电输出功率小于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；
若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；
Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率，ΔTf为设定值。
一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及微电网能量管理领域，特别是涉及一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统。
背景技术
[0002] 风、光等可再生能源发电的间歇性和波动性，一直是制约可再生能源大规模并网的原因，而作为微电网能量管理系统中重要的组成部分，储能系统可以提高电力系统对可再生能源的消纳水平，降低分布式电源对电网的冲击，成为目前微电网研究的热点。然而，由于储能介质的自身局限，任何一种单一的储能介质都无法达到微电网对其功率与能量的要求，因此，需要一种功能上具有互补特性的复合储能。这种复合储能由响应速度快的功率型储能与储能容量大的能量型储能组合而成，两种不同的储能介质发挥其各自的优点，使得复合储能的性能可以得到最大程度的发挥。因此，深入研究复合储能的工作原理和协调控制策略，对微电网的进一步发展和应用具有重要意义。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统，能够延长储能系统的使用寿命。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0005] 一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法，包括：
[0006] 获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；
[0007] 确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；
[0008] 根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；
[0009] 确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；
[0010] 根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；
[0011] 根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。
[0012] 可选的，所述能量存储模型为：
[0013]
[0014] 其中，τlife-li为锂电池的寿命，τ为时间段，Savg-li为τ时间段内锂电池SOC的平均值，Lli为锂电池寿命损耗系数，Tref为参考环境温度，Pref-li(t)为锂电池的有功指令，Trefa为参考环境温度的绝对温度值，Tlia为锂电池实际温度的绝对温度值，ΔLli(m)为锂电池损耗系数的增量，Nli为τ时间段内锂电池的等效吞吐周期，Sdev-li为锂电池SOC的归一化偏差，KSOC、KT、Kco、Kex、Rth均为经验常数。
[0015] 可选的，所述微电网储能系统的功率平衡约束为Pli+Pfes＝PHESS；锂电池的储能功率约束为|Pli(t)|≤Prated.li和 锂电池的储能容量约束为Erated.liSL.li≤Eli(t)≤Erated.liSU.li；飞轮的储能功率约束为|Pfes(t)|≤Prated.fes、飞轮的储能容量约束为Erated.fesSL.fes≤Efes
(t)≤Erated.fesSU.fes，其中，Pli为锂电池吸收或释放的功率，Pfes为飞轮的吸收或释放功率，PHESS为复合储能系统的功率指令，Prated.li为锂电池的额定功率，ηd.li为锂电池的放电效率，ηc.li为锂电池的充电效率，Erated.li为锂电池的额定容量，SL.li为锂电池的SOC上限值，Eli(t)为锂电池t时刻的容量，SU.li为锂电池的SOC下限值，Pfes(t)为飞轮t时刻吸收或释放的功率，Prated.fes为飞轮的额定功率，Pchar.fes为飞轮的最大充电功率，Emax为飞轮的最大存储容量，Emin为飞轮的最小存储容量，Er为飞轮储能当前存储能量，Pdisc.fes为飞轮的最大放电功率，Erated.fes为飞轮储能的额定容量，SL.fes为飞轮的SOC上限值，Efes(t)为飞轮t时刻的容量，SU.fes为飞轮的SOC下限值。
[0016] 可选的，所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值，具体包括：
[0017] 采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。
[0018] 可选的，所述根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电，具体包括：
[0019] 当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时
[0020] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0021] 若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0022] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0023] 当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
[0024] 若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0025] 若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0026] 当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时
[0027] 若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0028] 若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0029] 当风电输出功率小于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
[0030] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0031] 若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0032] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0033] 其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率，ΔTf为设定值。
[0034] 本发明还提供了一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统，包括：
[0035] 能量存储模型获取模块，用于获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；
[0036] 成本函数确定模块，用于确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；
[0037] 最优值确定模块，用于根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；
[0038] 功率指令确定模块，用于确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；
[0039] 储能指令确定模块，用于根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；
[0040] 储能系统充放电模块，用于根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。
[0041] 可选的，所述最优值确定模块具体包括：
[0042] 最优值确定单元，用于采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。
[0043] 可选的，所述储能系统充放电模块具体包括：
[0044] 储能系统充放电单元，用于以下充放电过程：
[0045] 当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时
[0046] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0047] 若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0048] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0049] 当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
[0050] 若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0051] 若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0052] 当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时
[0053] 若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0054] 若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0055] 当风电输出功率小于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
[0056] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0057] 若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0058] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0059] 其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率，ΔTf为设定值。
[0060] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统，根据微电网储能系统的能量存储模型以及成本函数，以微电网储能系统的日均成本最小为目标函数，以微电网储能系统的功率平衡、锂电池的储能功率及储能容量和飞轮的储能功率及储能容量为约束，确定微电网储能系统中高通滤波器滤波时间常数的最优值；根据高通滤波器滤波时间常数的最优值以及功率指令确定锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令；进而，根据锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。在保障成本的前提下，延长了锂电池的使用寿命。
附图说明
[0061] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0062] 图1为本发明实施例基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法流程图；
[0063] 图2为本发明实施例基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统结构示意图。
具体实施方式
[0064] 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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0065] 本发明的目的是提供一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统，能够延长储能系统的使用寿命。
[0066] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0067] 如图1所示，本发明提供的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法流程具体如下：
[0068] 步骤101：获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；
[0069] 步骤102：确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；
[0070] 步骤103：根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；
[0071] 步骤104：确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；
[0072] 步骤105：根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；
[0073] 步骤106：根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。
[0074] 其中，步骤103在确定锂电池有功指令的最优值时，采用粒子群算法确定锂电池有功指令的最优值。
[0075] 步骤101中的能量存储模型为：
[0076]
[0077] 其中，τlife-li为锂电池的寿命，τ为时间段，Savg-li为τ时间段内锂电池SOC的平均值，Lli为锂电池寿命损耗系数，Tref为参考环境温度，Pref-li(t)为锂电池的有功指令，Trefa为参考环境温度的绝对温度值，Tlia为锂电池实际温度的绝对温度值，ΔLli(m)为锂电池损耗系数的增量，Nli为τ时间段内锂电池的等效吞吐周期，Sdev-li为锂电池SOC的归一化偏差，KSOC、KT、Kco、Kex、Rth均为经验常数。
[0078] 具体推导过程如下：
[0079] 首先，计算时间τ内磷酸铁锂电池的SOC平均值Savg-li、SOC归一化偏差Sdev-li和等效吞吐周期Nli，计算公式如下：
[0080]
[0081]
[0082]
[0083] 式中：Ili(t)为t时刻锂电池的电流；Qli为锂电池的额定容量；
[0084]
[0085] 式中：L1为计算中间变量；Kco,Kex均为经验常数，取值分别为3.66×10-5,0.717；Trefa,Tlia分别为参考环境温度，锂电池实际温度的绝对温度值，Trefa＝Tref+273K，Tlia＝Tli+
273K；Tref,Tli分别为参考环境温度，锂电池实际温度的摄氏温度值，即Tref＝25℃；τlife-li为容量衰减为80％标称容量的日历寿命估算值，即锂电池的期望寿命；
[0086]
[0087] 式中：L2为计算中间变量；KSOC为经验常数，取值为0.916；Lli为锂电池寿命损耗系数；
[0088]
[0089]
[0090] 式中：ΔLli(m)为锂电池寿命损耗系数增量；KT代表温度每升高10℃锂电池寿命衰减率加倍，即KT＝(ln2)/10＝0.0693；Rth为经验常数；Pref-li为锂电池的有功指令；
[0091] 则M个周期后，锂电池寿命的损耗系数为：
[0092]
[0093] 由于当Lli＝0.2时，锂电池的容量就衰减为标称容量的80％了，也就是说，锂电池的寿命终了。所以，此时锂电池的寿命即为锂电池的期望寿命；
[0094] 锂电池实时荷电状态为：
[0095]
[0096] 式中：Sli0为锂电池的初始荷电状态；Iout-li(t)为锂电池放电电流。
[0097] 飞轮储能的寿命不受充电次数和充电方式影响，其寿命只取决于自身的材料，飞轮储能使用寿命长且运行过程中基本不需要维护。
[0098] 飞轮储能的荷电状态Sf可以由飞轮的转速ω描述，表示为：
[0099]
[0100] 式中：Er(t)为飞轮储能当前存储能量；J为飞轮储能转动惯量，kg/m2。
[0101] 步骤102中成本函数的推导过程如下：
[0102] (1)投资成本
[0103] Cin＝Cin.li+Cin.fes
[0104] 式中，Cin.li为锂电池投资成本；Cin.fes为飞轮储能投资成本，其表达式如下：
[0105] Cin.li＝Cp.liPrated.li+CQ.liErated.li
[0106] Cin.fes＝Cp.fesPrated.fes+CQ.fesErated.fes
[0107]
[0108] 式中，Cp.li为锂电池单位功率成本；Prated.li为锂电池的额定功率；CQ.li为锂电池单位容量成本；Erated.li为锂电池的额定容量；Cp.fes为飞轮储能单位功率成本；Prated.fes为飞轮储能的额定功率；CQ.fes为飞轮储能单位容量成本；Erated.fes为飞轮储能的额定容量；ωrated为飞轮储能的额定转速；
[0109] 其中考虑到配置储能系统经济特征需要将投资成本折到每日，储能寿命周期内等日值成本表示为
[0110]
[0111] 式中，τlife-li,τlife-fes分别为锂电池与飞轮储能的期望寿命(年)；i为贴现率；
[0112] (2)维护成本
[0113] Cm＝A(Cm.liErated.li+Cm.fesErated.fes)
[0114] 式中，Cm.li,Cm.fes分别为锂电池和飞轮储能维护成本(￥/kWh)；A为储能系统工作时间；
[0115] 以24h为一个调度周期研究储能配置方案，采用日均最小成本为目标函数，即[0116]
[0117] 步骤103中的各约束如下：
[0118] 微电网储能系统的功率平衡约束为Pli+Pfes＝PHESS；锂电池的储能功率约束为|Pli(t)|≤Prated.li和 锂电池的储能容量约束为Erated.liSL.li≤Eli(t)≤Erated.liSU.li；飞轮的储能功率约束为|Pfes(t)|≤Prated.fes、 和飞轮的储能容量约束为Erated.fesSL.fes≤Efes(t)≤Erated.fesSU.fes，其
中，Pli为锂电池吸收或释放的功率，Pfes为飞轮的吸收或释放功率，PHESS为储能系统的所需存数量，Prated.li为锂电池的额定功率，ηd.li为锂电池的充电效率，ηc.li为锂电池的放电效率，Erated.li为锂电池的额定容量，SL.li为锂电池的SOC上限值，Eli(t)为锂电池t时刻的容量，SU.li为锂电池的SOC下限值，Pfes(t)为飞轮t时刻吸收或释放的功率，Prated.fes为飞轮的额定功率，Pchar.fes为飞轮的最大充电功率，Emax为飞轮的最大存储容量，Emin为飞轮的最大存储容量，Er为，Pdisc.fes为飞轮的最大放电功率，Erated.fes为飞轮储能的额定容量，SL.fes为飞轮的SOC上限值，Efes(t)为飞轮t时刻的容量，SU.fes为飞轮的SOC下限值。
[0119] 步骤105具体包括：
[0120] 根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令，具体公式如下：
[0121]
[0122]
[0123] 式中：Tf为滤波时间常数，在功率初分配时Tf为初值Tf0，Tf可在[Tfmin,Tfmax]内以步长ΔTf进行多次调整。
[0124] 步骤106具体包括：
[0125] (1)风电输出功率大于实时调度目标值，储能系统接收充电指令，步骤104中的功率指令即是风电输出功率减去实时调度目标值得到的功率值
[0126] 1)当锂电池处于充电状态时
[0127] 蓄能状态1：若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0128] 蓄能状态2：若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf；
[0129] 蓄能状态3：若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf；
[0130] 2)当锂电池处于放电状态时
[0131] 蓄能状态4：若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0132] 蓄能状态5：若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf。
[0133] (2)风电输出功率小于实时调度目标值，储能系统接收放电指令
[0134] 1)当锂电池处于充电状态时
[0135] 释能状态1：若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0136] 释能状态2：若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf；
[0137] 2)当锂电池处于放电状态时
[0138] 释能状态3：若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0139] 释能状态4：若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf；
[0140] 释能状态5：若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf；
[0141] 其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量(该值由Pli(s)计算得到)；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量(该值由Pfes(s)计算得到)；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率。
[0142] 本发明还提供了一种基于锂电池充放电状态的微电网能量管理系统，如图2所示，包括：
[0143] 能量存储模型获取模块201，用于获取微电网复合储能系统的能量存储模型，所述微电网复合储能系统包括锂电池和飞轮，所述能量存储模型的自变量为锂电池的有功指令、因变量为锂电池的寿命；
[0144] 成本函数确定模块202，用于确定所述复合储能系统的成本函数，所述复合储能系统的成本与所述锂电池的寿命相关；
[0145] 最优值确定模块203，用于根据所述能量存储模型、微电网储能系统的功率平衡约束、锂电池的储能功率及储能容量约束和飞轮的储能功率及储能容量约束，以微电网复合储能系统的日均成本最小为目标函数，确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值；
[0146] 功率指令确定模块204，用于确定所述复合储能系统的功率指令；所述功率指令大于0表示风电输出功率大于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的充电指令；所述功率指令小于0表示风电输出功率小于实时调度目标值，所述功率指令为复合储能系统的放电指令；
[0147] 储能指令确定模块205，用于根据所述高通滤波器滤波时间常数的最优值以及所述功率指令确定所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令；
[0148] 储能系统充放电模块206，用于根据所述锂电池的储能有功指令和所述飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。
[0149] 其中，所述最优值确定模块203具体包括：
[0150] 最优值确定单元，用于采用粒子群算法确定所述能量存储模型中高通滤波器的滤波时间常数的最优值。
[0151] 所述储能系统充放电模块206具体包括：
[0152] 储能系统充放电单元，用于以下充放电过程：
[0153] 当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于充电状态时
[0154] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池充电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0155] 若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0156] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0157] 当风电输出功率大于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
[0158] 若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能充电；
[0159] 若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0160] 当风电输出功率小于实时调度目标值且锂电池处于充电状态时
[0161] 若Emax-fes＞Eref-fes+Eref-li，则DC/DC切除锂电池，减少锂电池充放电转换次数，DC/AC按PHESS以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0162] 若Emax-fes＜Eref-fes+Eref-li，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0163] 当风电输出功率小于实时调度目标值且当锂电池处于放电状态时
[0164] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则DC/DC按Pli以恒功率方式对锂电池放电，DC/AC按Pfes以恒功率方式对飞轮储能放电；
[0165] 若Emax-li＜Eref-li且Emax-fes＞Eref-fes，则Tf＝Tf+ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0166] 若Emax-li＞Eref-li且Emax-fes＜Eref-fes，则Tf＝Tf-ΔTf，根据Tf重新确定Pli和Pfes；
[0167] 其中，Emax-li为锂电池的最大可用存储容量；Emax-fes为飞轮储能的最大可用存储容量；Eref-li为储能系统中锂电池所需的存储容量；Eref-fes为储能系统中飞轮储能所需的存储容量；Pli为锂电池吸收或释放的功率；Pfes为飞轮储能吸收或释放的功率，ΔTf为设定值。
[0168] 本发明提供的基于锂电池充放电状态的微电网能量管理方法及系统，根据微电网储能系统的能量存储模型以及成本函数，以微电网储能系统的日均成本最小为目标函数，以微电网储能系统的功率平衡、锂电池的储能功率及储能容量和飞轮的储能功率及储能容量为约束，确定微电网储能系统中高通滤波器滤波时间常数的最优值；根据高通滤波器滤波时间常数的最优值以及功率指令确定锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令；进而，根据锂电池的储能有功指令和飞轮的储能有功指令对锂电池和飞轮进行充电或放电。在保障成本的前提下，延长了锂电池的使用寿命。
[0169] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0170] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
