本发明专利技术公开了一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，所述方法不仅从功率预报误差修正的主动需求出发，在考虑变换器效率及自放电因素下，对基本处于连续不完全充放电交替工作复杂状态的电池荷电状态进行动态预测与管理。而且结合电池实际充放电电流时间积分监测量，进一步修正实际SOC变化，同时修正输入输出电能与电池荷电量当量关系参数，修正变换器效率及自放电效率，判断电池健康使用情况，统计使用周期数，方便后续的SOC预测。本发明专利技术带来的有益效果是：用电池充放电过程外围电路输入输出参数来估计电池SOC动态变化，解决了电池模型构建难的问题，实现电池科学管理，有效延长电池寿命，达到风电场预报精准要求。
【技术实现步骤摘要】
一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法
本专利技术公开了一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，属于风力发电系统控制的
技术介绍
风能为代表的清洁能源在近年来快速发展，当今世界环境污染加重和传统能源枯竭，二次能源替代传统燃料迫在眉睫，风电以其使用清洁，成本较低，取用不尽的优点已经成为最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一。我国早在2011年国家能源局便下发通知，明确要求各风场开展功率预测，根据预测情况进行风电的有效调控及并网消纳。风电场每5分钟需更新一次未来4小时的风电功率预报，每天更新一次或两次未来24小时的风电功率预报。风功率预报目前仍是一个难题，制约着风能资源发挥更大作用，而弃用风电和并网等问题也困扰着相关行业。从技术方面来说，风电场风电功率预报对于风电的稳定发展至关重要，由预报结果实时对电网调度计划进行相应调整，可以有效减轻风电对电网的不利影响，提高风电穿透功率极限，减少电力系统运行成本，提高风电场运行效益，使风能由劣质能源转化为优质能源。风的预报在气象预报中本就是有一定挑战性的，不可能做到100％准确。造成风力发电功率动态输出偏离功率预报数值。而电池具有灵活的充放电特性和相对成熟的技术，正好可以用来动态吸纳或补充风电场预测过程中所无法预见的冗余功率或积欠功率，可以将其应用于平滑风电功率预制误差，提高风电功率预报的精度。这样就可以利用较小的储能电池容量，通过快速的电能动态存取，实现较大功率的调节，提高风力发电系统运行的稳定性和供电的可靠性，从而应用于工程实际。其中，储能作为核心技术，荷电状态的在线管理一直是该领域的难题，为进一步提高电池利用效率，提高使用寿命，降低经济成本，保护环境，大量科研人员已经投入了大量的人力和物力，在该领域开展进一步开发和研究，聚焦于电池荷电状态SOC的预测、能量的有效管理和利用。由于电池SOC不能直接测量，所以只能通过其它参数和方法间接获得。国内比较早的研究有最小二乘法来进行电池模型的参数识别，该种方法无法SOC做出最小方差意义上的最优估计。利用充放电电流积分实时计算电池电量变化，再根据SOC的初始值计算电池可用电量，这种方法在简单的试验工作条件下比较实用，但是初始值很难精确测定。随着SOC算法研究的深入，新的智能算法不断涌现，如神经网络法和模糊推理法、容量衰减法、电化学阻抗谱法及粒子群算法。将模糊逻辑与神经网络结合起来用于估算SOC，模糊系统的输入量为电池电流、温度、初始容量，通过模糊推理，求出电池的电压降，把电压降和端电压作为估计的电池开路电压，然后通过神经网络实现由开路电压到剩余容量的估计，这类方法和整个网络模型的速度与算法有关，一般都要耗费较长的时间，需要确立算法函数。2011年之后，有学者引进阻抗谱概念，从阻抗角度，对电池等效模型进行参数求解，利用电池的阻抗谱与电荷状态规律，通过电路模型预测出电池的SOC。但是为了表现电池的动态特性，电化学模型需要建立多组复杂的、时变的偏微分方程，求解这些方程通常耗费大量的时间。同样，使用容量衰减法从容量衰减的角度研究锂离子电池，其研究思路就是利用等效电路模型结合数据驱动的方法。虽然新进文献提到利用自适应预测(PAEP)预测电动车辆电池SOC，依托于基本模型，控制能量预测误差在2％以下。但由于应用场合有别，电动汽车基本处于连续的充电或连续放电过程，红绿灯或刹车时，可以测量其外部开路电压，也可测试其内阻抗变化，基本以充放电完整循环周期计量循环次数。能获取更多参数。用于风力发电系统实时风功率预报修正的电池工作模式基本处于连续不完全充放电交替工作状态，因此能量管理要复杂多。研究一种能对不完全充放电能量进行有效管理的策略显得尤有必要。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，通过用电池充放电过程外围电路输入输出参数来估计电池SOC动态变化，解决电池模型构建难的问题，实现电池科学管理，有效延长电池寿命，达到风电场预报精准要求。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过实际风电功率采样周期内功率预报误差修正所需消纳的电能值来预测此采样周期T内电池所需充放的荷电量，估计本采样周期T末的电池荷电状态，并结合监测的电能及荷电量变化实际值，动态修正电池的荷电状态；1.1)离线对新进电池参数检测，根据电池出厂时的数据，在正式投入使用前通过1到2次完整充放电实验获取；1.2)系统实际投入运行时，由风功率预报采样周期T点的预测值与实际采样值的误差数据，对采样周期T内需输入输出做功电能值进行计算；We(nT)表示预报功率与实际功率差值在第n个预报周期内的做功情况；Pe(nT)为第n个预报采样点预报功率与实际功率的误差；每个预报采样点内有m个实际功率采样周期，实际采样周期l为m个采样周期的任一点，表示T周期内的第l点的预报功率；每两个预报点之间的功率采用直线拟合，用两点直线拟合P(n-1)T到PnT的变化轨迹，并求取两预报点之间的动态预报数据；1.2.1)由预报误差预测输入输出电能变化，为正，表示实际风力发电功率小于预报设定值，需要储能系统提供的能量，此时为负，表示实际风力发电功率大于预报设定值，需要储能系统储存的能量，此时对采样周期T内电池荷电情况变化进行预测，并根据实际电流时间积分，修正当量系数k；如果为正，则充电电流ic为零，储能系统需要放电，存在放电电流id，按放电过程荷电量变化量Qd＝kdWout估计荷电状态变化量如果为负，则放电电流id为零，储能系统需要充电，存在充电电流ic，按充电过程荷电量变化量Qc＝kcWin估计荷电状态变化量荷电状态预测值Qkt是k次完整充放电循环统计修正后的蓄电池容量；其中，Q0表示电池初始电量；σ表示充电效率；S(Ta,t)表示自放电电量；1.2.2)按实际监测数值修正相关参数：第n个预报采样周期内实际监测该周期间隔内第l个内的电池荷电变化量对照先前荷电变化量预测由ΔQ-ΔQ′来进一步修正当量常数kd或kc；当|Wint-Woutt/(ηbc1*ηbd1*σ1)|≈0.5Win1时，修正Qkt的修正在风电场故障检修时经过一次完整的充放电循环进行，k为完成循环的次数；1.3)对充放电累计值ΔQzong进行过充过放管理：储能系统频繁充放电过程中，对应充放电电量累加统计，充电为正，放电为负，充电或放电累计值始终不能超越值Qkt，控制当电池充电过程剩余可充荷电量Qcs或放电过程剩余可放荷电量Qds小于采样周期T内风电预报误差修正要求对应荷电量时，以电池的荷电状态SOC的充放电保护极限对应的可用荷电量作为标准，提前调整修正量，通过输入输出电能限制调整充放电量；2)对电池生命周期进行预测：2.1)根据风电输出每次采样得到的周期T内的数据，如果为正，修正误差输出的电能累计入Woutm；如果为负，修正误差输入的电能累计入Winn；2.2)当满足|Woutm-0.5Wout1|≤γ且Winm≥0.5Win1；或|Winn-0.5Win1|≤ζ且Woutm≥0.5Wout1时，符合条件的m或n值即为半个循环周期数；2.3)根据系统修正需求，输出总和与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过实际风电功率采样周期内功率预报误差修正所需消纳的电能值来预测此采样周期T内电池所需充放的荷电量，估计本采样周期T末的电池荷电状态，并结合监测的电能及荷电量变化实际值，动态修正电池的荷电状态；1.1)离线对新进电池参数检测，根据新电池出产时的数据，在正式投入使用前通过1到2次完整充放电实验获取；1.2)系统实际投入运行时，由风功率预报采样周期T点的预测值与实际采样值的误差数据，对采样周期T内需输入输出做功电能值进行计算；We(nT)表示预报功率与实际功率差值在第n个预报周期内的做功情况；Pe(nT)为第n个预报采样点预报功率与实际功率的误差；每个预报采样点内有m个实际功率采样周期，实际采样周期l为m个采样周期的任一点，表示T周期内的第l点的预报功率；每两个预报点之间的功率采用直线拟合，用两点直线拟合P(n‑1)T到PnT的变化轨迹，并求取两预报点之间的动态预报数据；1.2.1)由预报误差预测输入输出电能变化，为正，表示实际风力发电功率小于预报设定值，需要储能系统提供的能量，此时We{lm+(n-1)T}=Pe{lm+(n-1)T}*1mT/η;]]>为负，表示实际风力发电功率大于预报设定值，需要储能系统储存的能量，此时对采样周期T内电池荷电情况变化进行预测，并根据实际电流时间积分，修正当量系数k；如果为正，则充电电流ic为零，储能系统需要放电，存在放电电流id，按放电过程荷电量变化量Qd＝kdWout估计荷电状态变化量ΔSOC′=ΔQ′Qkt=-kdWe{lmT+(n-1)T}Qkt;]]>如果为负，则放电电流id为零，储能系统需要充电，存在充电电流ic，按充电过程荷电量变化量Qc＝kcWin估计荷电状态变化量ΔSOC′=ΔQ′Qkt=kcWe{lmT+(n-1)T}Qkt;]]>荷电状态预测值SOC{lmT+(n-1)T}′=SOC{l-1mT+(n-1)T}+ΔSOC′=Q0+σ∫0{l-1mT+(n-1)T}ic(t)dt-∫0{l-1mT+(n-1)T}id(t)dt-S(Ta,t)Qkt+kWe{lmT+(n-1)T}Qkt;]]>Qkt是k次完整充放电循环统计修正后的蓄电池容量；其中，Q0表示电池初始电量；σ表示充电效率；S(Ta,t)表示自放电电量；1.2.2)按实际监测数值修正相关参数：第n个预报采样周期内实际监测该周期间隔内第l个内的电池荷电变化量ΔQ=∫{l-1mT+(n-1)T}{lmT+(n-1)T}icdt-∫{l-1mT+(n-1)T}{lmT+(n-1)T}iddt,]]>对照先前荷电变化量预测由ΔQ‑ΔQ′来进一步修正当量常数kd或kc；当|Wint‑Woutt/(ηbc1*ηbd1*σ1)|≈0.5Win1时，修正Qkt=0.5Q(k-1)t+ΔQ=0.5Q(k-1)t+|∫0kticdt-∫0ktiddt|;]]>Qkt的修正在风电场故障检修时经过一次完整的充放电循环进行，k为完成循环的次数；1.3)对充放电累计值ΔQzong进行过充过放管理：储能系统平繁充放电过程中，对应充放电电量累加统计，充电为正，放电为负，充电或放电累计值始终不能超越值Qkt，控制|ΔQzong|=|Σt=0{lmT+(n-1)T}ΔQTm|≤0.5Qd1;]]>当电池充电过程剩余可充荷电量Qcs或放电过程剩余可放荷电量Qds小于采样周期T内风电预报误差修正要求对应荷电量时，以电池的荷电状态SOC的充放电保护极限对应的可用荷电量作为标准，提前调整修正量，通过输入输出电能限制调整充放电量；2)对电池生命周期进行预测：2.1)根据风电输出每次采样得到的周期T内的数据，如果为正，修正误差输出的电能累计入Woutm；如果为负，修正误差输入的电能累计入Winn；2.2)当满足|Woutm‑0.5Wout1|≤γ且Winm≥0.5Win1；或且Woutm≥0.5Wout1时，符合条件的m或n值即为半个循环周期数；2.3)根据系统修正需求，输出总和与输入总和分别与基准值0.5Win1，0.5Wout1相比，其中较小值就是目前完成半个循环的次数；3)电池健康状态的诊断：根据上述步骤所得的效率系数及相关修正参数，利用循环计量法，采用如下办法进行电池健康状态监测：用某时间段输入输出储能装置过程的电能及电池本身的荷电量变化绝对损耗或此过程的...
【技术特征摘要】
1.一种用于风电场实时功率预报修正的电池能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过实际风电功率采样周期内功率预报误差修正所需消纳的电能值来预测此采样周期T内电池所需充放的荷电量，估计本采样周期T末的电池荷电状态，并结合监测的电能及荷电量变化实际值，动态修正电池的荷电状态；1.1)离线对新进电池参数检测，根据电池出厂时的数据，在正式投入使用前通过1到2次完整充放电实验获取；1.2)系统实际投入运行时，由风功率预报采样周期T点的预测值与实际采样值的误差数据，对采样周期T内需输入输出做功电能值进行计算；We(nT)表示预报功率与实际功率差值在第n个预报周期内的做功情况；Pe(nT)为第n个预报采样点预报功率与实际功率的误差；每个预报采样点内有m个实际功率采样周期，实际采样周期l为m个采样周期的任一点，表示T周期内的第l点的预报功率；每两个预报点之间的功率采用直线拟合，用两点直线拟合P(n-1)T到PnT的变化轨迹，并求取两预报点之间的动态预报数据；1.2.1)由预报误差预测输入输出电能变化，为正，表示实际风力发电功率小于预报设定值，需要储能系统提供的能量，此时为负，表示实际风力发电功率大于预报设定值，需要储能系统储存的能量，此时对采样周期T内电池荷电情况变化进行预测，并根据实际电流时间积分，修正当量系数k；如果为正，则充电电流ic为零，储能系统需要放电，存在放电电流id，按放电过程荷电量变化量Qd＝kdWout估计荷电状态变化量如果为负，则放电电流id为零，储能系统需要充电，存在充电电流ic，按充电过程荷电量变化量Qc＝kcWin估计荷电状态变化量荷电状态预测值Qkt是k次完整充放电循环统计修正后的蓄电池容量；其中，Q0表示电池初始电量；σ表示充电效率；S(Ta,t)表示自放电电量；1.2.2)按实际监测数值修正相关参数：第n个预报采样周期内实际监测该周期间隔内第l个内的电池荷电变化量对照先前荷电变化量预测由ΔQ-ΔQ′来进一步修正当量常数kd或kc；当|Wint-Woutt/(ηbc1*ηbd1*σ1)|≈0.5Win1时，修正Qkt的修正在风电场故障检修时经过一次完整的充放电循环进行，k为完成循环的次数；1.3)对充放电累计值ΔQzong进行过充过放管理：储能系统频繁充放电过程中，对应充放电电量累加统计，充电为正，放电为负，充电或放电累计值始终不能超越值Qkt，控制当电池充电过程剩余可充荷电量Qcs或放电过程剩余可放荷电量Qds小于采样周期T内风电预报误差修正要求对应荷电量时，以电池的荷电状态SOC的充放电保护极限对应的可用荷电量作为标准，提前调整修正量，通过输入输出电能限制调整充放电量；2)对电池生命周期进行预测：2.1)根据风电输出每次采样得到的周期T内的数据，如果为正，修正误差输出的电能累计入Woutm；如果为负，修正误差输入的电能累计入Winn；2.2)当满足|Woutm-0.5Wout1|≤γ且Winm≥0.5Win1；或|Winn-0.5Win1|≤ζ且Woutm≥0.5Wout1时，符合条件的m或n值即为半个循环周期数；2.3)根据系统修正需求，输出总和与输入总和分别与基准值0.5Win1，0.5Wout1相比，其中较小值就是目前完成半个循环的次数；3)电池健康状态的诊断：根据上述步骤所得的效率系数及相关修正参数，利用循环计量法，采用如下办法进行电池健康状态监测：用某时间段输入输出储能装置过程的电能及电池本身的荷电量变化绝对损耗或此过程的相对损耗来监测；或在计及电池自放电效率及充放电变换器效率情况下，对于同等的充放荷电量，监测输入输出电能的实际数量，由电能损耗在多次循环中的数值变化趋势，判断电池健康状态；或对于计及传输效率的同等的输入输出电能，监测充放电的实际荷电量变化，由荷电量自放电损耗在多次循环中的数值变化趋势，判断电池健康状态；或根据充放电传输效率与自放电效率变化趋势来判断电池健康状态；选定上述某一循环计量过程，对某一时间段t,当时，利用此过程中Woutt与Wint关系修正如果ηbk＜30％，表明电池寿命已到；上述公式中涉及到的字母含义如下：其中，直交变换器D...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱建红，潘文霞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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