基于动态分组技术的集中式电池储能电站调频控制策略制造技术

本发明专利技术公开了基于动态分组技术的集中式电池储能电站调频控制策略。它包括以下步骤：构建动态分组技术的评价指标体系，并设计自适应天牛须算法的适应度函数；构建自适应天牛须优化算法的自适应步长公式；应用自适应天牛须算法，优化动态分组技术的强制更新阈值；确定动态分组技术的自动更新周期；对电池单元进行分组，应用动态分组技术确定储能电站中三个电池组的调频功率指令，进而确定每个电池单元的调频指令，并使电池单元响应。本发明专利技术使用自适应天牛须优化算法搜索强制更新阈值，降低了响应结束后电池单元的荷电状态极差，提升了下一调度时段储能电站的可调度潜力；降低了储能系统的动作次数，提高了其运行的经济性。提高了其运行的经济性。提高了其运行的经济性。

【技术实现步骤摘要】
基于动态分组技术的集中式电池储能电站调频控制策略


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，具体涉及一种集中式电池储能电站调频控制策略。
技术背景
[0002]截至2020年底，中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW，占全球市场总规模的18.6％，同比增长9.8％，涨幅比2019年同期增长6.2个百分点。同时，风电、光伏等可再生能源大规模并网，其间歇性与不确定性的出力特性给电力系统的频率调节带来了极大地压力。
[0003]锂离子电池由于具有容量大、工作电压高、允许工作温度范围宽、循环使用寿命长等优点，被广泛的应用于电力系统调频。同时集中式储能电站由于集中布局、可控性强和调频效果好等优点被广泛应用。但是电池储能系统如果不采用合理的控制策略，会导致电池单元无规则动作，同时不利于完成调频任务。动态分组技术的出现明显降低了集中式电池储能电站电池单元的动作次数。为降低储能单元的动作次数的同时，提升储能单元的可调度潜力，需要设计合理的储能控制策略进一步提升动态分组技术工作效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于降低储能系统的动作次数，提高了其运行的经济性；同时降低响应结束后电池单元的荷电状态极差，提升了下一调度时段储能电站的可调度潜力。本专利技术提供了一种集中式电池储能电站调频控制策略，该策略设计了动态分组的评价指标，并在该评价指标的基础上应用自适应天牛须优化算法获得强制更新阈值，最后通过仿真验证了该策略的有效性。
[0005]本专利技术采用技术方案：基于动态分组技术的集中式电池储能电站调频控制策略，包括以下步骤：
[0006](1)构建动态分组技术的评价指标体系，并依照此评价指标体系设计适应度函数；
[0007](2)确定天牛须搜索算法的自适应步长；
[0008](3)结合本专利技术设计的适应度函数，应用自适应天牛须搜索算法确定动态分组技术的强制更新阈值w；
[0009](4)根据AGC更新周期，确定动态分组技术的自动更新周期；
[0010](5)将集中式电池储能电站中电池单元分成为3个电池组，根据动态分组技术确定3个电池组的调频功率指令，进而确定每个电池单元的调频指令，并使电池单元响应各自指令，完成调频任务。
[0011]所述步骤(1)中，构建动态分组技术的评价指标体系及适应度函数的步骤如下：
[0012]1)构建评价指标体系由4部分构成，即储能电站出力与AGC指令差值的标准差、电池单元荷电状态极差平均值、响应结束时刻电池单元荷电状态极差和强制更新次数，其中，强制更新次数用于表征由于电池单元荷电状态极差大于设定强制更新阈值导致的动态分组次数增加量X；
[0013]2)依照此评价指标体系确定适应度函数：
[0014][0015]其中，f1为储能系统出力与AGC指令差值的标准差，N1为AGC指令个数，s
t
为每个AGC周期储能系统出力，y
t
为AGC指令期望出力值，f2为电池单元荷电状态极差平均值，u
t
为每个AGC周期末电池单元荷电状态极差，f3为末时刻电池单元荷电状态极差，f4为强制更新次数X；α1、α2、α3和α4为权重，适应度函数权重α1和α2取值分别为5和1500，α3和α4的确定方法如下：
[0016][0017][0018]其中，为响应结束时刻电池单元荷电状态极差，X为强制更新次数，末时刻极差阈值E1与强制更新次数阈值E2分别为0.05和50。
[0019]所述步骤(2)中，天牛须搜索算法的自适应步长确定方法如下：
[0020]μ
n
＝
‑
arc tan[a(n+b)]+c
ꢀꢀꢀ
(4)
[0021]其中，μ
n
为自适应步长，n为迭代次数，步长参数a、b和c取值分别为0.16、1.5和1.361。
[0022]所述步骤(3)中，自适应天牛须搜索算法确定动态分组技术的强制更新阈值w的过程如下：
[0023]1)天牛须算法参数初始化：
[0024]设置初始步长(最大步长)、最大迭代次数、步长参数a、b和c；
[0025]2)确定天牛须朝向并归一化处理，即：
[0026][0027]式中：rands为随机函数，k为空间维度；
[0028]3)天牛位置初始化，选取[
‑
1，1]之间的随机数作为天牛算法的初始解集，及天牛初始位置，并将其保存在X
best
中；
[0029]4)根据式(1)计算天牛初始位置的适应度函数值，并保存在Y
best
中；
[0030]5)根据下式(6)对天牛须左右位置更新：
[0031][0032]式中：x
ln
和x
rn
分别表示天牛左须和天牛右须在第n次迭代时的位置坐标，x
n
为天牛
在第n次迭代时的质心坐标，dis为两须之间的距离；
[0033]6)天牛须算法解集更新：
[0034]根据天牛左右须位置，利用式(1)分别求取左右须的适应度函数值f(x
ln
)和f(x
rn
)，比较其强度并根据下式(7)更新天牛位置，即调整动态分组技术的强制更新阈值w，并计算当前位置下的适应度函数值，若此时适应度函数值优于Y
best
，则更新X
best
、Y
best
；
[0035][0036]式中：sign为符号函数；
[0037]7)判断是否满足迭代终止条件，若满足，输出当前w为动态分组技术的最优强制更新阈值，若不满足，返回步骤5)。
[0038]所述步骤(4)中，根据AGC更新周期，确定动态分组技术的自动更新周期。
[0039]所述步骤(5)中，将集中式电池储能电站中电池单元分成为3个电池组，根据动态分组技术确定3个电池组的调频功率指令，进而确定每个电池单元的调频指令，并使电池单元响应各自指令，步骤如下：
[0040]1)集中式电池储能电站控制中心首先将集中式电池储能电站的储能单元平均分为三组，并按照如下公式计算电池组i的平均荷电状态SOCi；并将三组分别命名为：优先充电组、备用组和优先放电组，h
i
为三个电池组的电池单元个数，即：
[0041][0042]同时当集中式电池储能电站电池单元极差大于等于强制更新阈值w时，对集中式电池储能电站电池单元重新分组，即满足下式时重新分组：
[0043][0044]其中，T为集中式电池储能电站运行时间，t为动态分组技术的自动更新周期，u
t
为每个AGC周期末电池单元荷电状态极差，w为动态分组技术的强制更新阈值；
[0045]2)接收下发的AGC指令P
c
后，首先确定集中式储能电站的工作状态，方法如下：
[0046](1)充电状态(P
c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于动态分组技术的集中式电池储能电站调频控制策略，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建动态分组技术的评价指标体系，并依照此评价指标体系设计适应度函数；(2)确定天牛须搜索算法的自适应步长；(3)结合本发明设计的适应度函数，应用自适应天牛须搜索算法确定动态分组技术的强制更新阈值w；(4)根据AGC更新周期，确定动态分组技术的自动更新周期t；(5)将集中式电池储能电站中电池单元分成为3个电池组，根据动态分组技术确定3个电池组的调频功率指令，进而确定每个电池单元的调频指令，并使电池单元响应各自指令，完成调频任务。2.根据权利要求1所述的基于动态分组技术的集中式电池储能电站调频控制策略，其特征在于，所述步骤(1)中评价指标体系由4部分构成，即储能电站出力与AGC指令差值的标准差、电池单元荷电状态极差平均值、响应结束时刻电池单元荷电状态极差和强制更新次数；其中，强制更新次数用于表征由于电池单元荷电状态极差大于等于设定强制更新阈值导致的动态分组次数增加量X；设计的适应度函数为：其中，f1为储能系统出力与AGC指令差值的标准差，N1为AGC指令个数，s
i
为每个AGC周期储能系统出力，y
i
为AGC指令期望出力值，f2为电池单元荷电状态极差平均值，u
i
为每个AGC周期末电池单元荷电状态极差，f3为末时刻电池单元荷电状态极差，f4为强制更新次数X；α1、α2、α3和α4为权重，适应度函数权重α1和α2取值分别为5和1500，α3和α...

【专利技术属性】
技术研发人员：余洋，王卜潇，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：