【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及用电负荷智能管理，尤其涉及一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法。
技术介绍
1、随着经济的快速发展和人口增长，能源消耗量一直在大幅增加。为了提高能源使用效率，世界各国大力发展分布式发电技术。分布式发电技术主要是指利用各种分散能源发电的技术。可实现分散太阳能、风能、海洋能等可再生能源的有效利用。然而，分布式发电技术的发展存在着许多问题和挑战。例如，风能和太阳能本质上是随机的和间歇性的，很难提供持续稳定的电力。能量输出的不稳定性大大削弱了分布式发电技术的作用。为了解决这个问题，美国首先提出了微电网的概念。微电网可以很好地解决上述问题，实现分布式发电，集中调度用电。
2、微电网是相较于国家电网而言的一种小型电网的概念。微电网的提出旨在满足日益复杂的能源需求，同时也有助于满足保护环境的要求。
3、在解决分布式发电技术的上述难题时，电池储能系统起到了相当重要的作用。当分布式发电机的发电量大于需求侧的用电量时，过剩的电量将存储在电池储能系统中；当分布式发电机的发电量小于需求侧的用电量时，电池储能系统也将作为分布式发电机接入，电池储能系统放电用于补充这一缺额。通过电池储能系统的削峰填谷，满足了供需平衡。然而各个电池储能系统在放电的过程中又存在电量不同步的问题，当微电网处于孤岛运行模式时，各个电池储能系统的电量不同步，会出现部分电池储能系统提前将电量放完，需求侧会出现电压和频率波动，供需不平衡的情况。同时，在充电时，电量高的电池储能系统会出现过载的情况，这将会导致电池储能系统寿命降低，甚至出现安全问
4、因此，如何设计一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，用以实现电池储能系统的电量同步，实现各个电池储能系统统一的充放电管理，使得各个电池储能系统寿命尽可能相同，并降低微电网的维护成本，便成为本领域人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，解决现有技术的不足之处，提出一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，该方法将储能系统考虑到基于下垂控制的微电网模型中，实现了储能系统和微电网的互动调节；所设计的通信拓扑允许储能系统之间的局部信息交换，避免了全局通信造成通信代价过大的问题；所设计的快速互动调节算法，既保证了对储能系统的电量调节，同时又保证了对储能系统的有功功率和无功功率的互动调节。
2、一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，包括以下步骤：
3、步骤1，结合微电网下垂控制的动态特性和各电池储能系统之间的异构性，建立储能系统的动力学模型；
4、步骤2，设计基于分布式协同控制的储能系统之间的通信拓扑，实现储能系统集群之间的分布式信息交换；
5、步骤3，设计储能系统集群的快速互动调节算法，并结合所述的动力学模型和通信拓扑，实现对储能系统的充放电的控制以及功率分配的快速互动调节。
6、优选的，步骤1的具体步骤如下：
7、a1：建立电池储能系统的频率和电压下垂特性的数学模型，如公式(1)所示：
8、
9、上式中，i∈n代表第i个电池储能系统；wi代表第i个电池储能系统的频率；和分别代表第i个电池储能系统的标称设定频率和标称设定电压，它们用于补偿下垂控制引起的频率和电压偏差；和分别代表第i个电池储能系统的频率和电压的下垂系数；pi和qi分别代表第i个电池储能系统的有功功率和无功功率；和分别代表第i个电池储能系统在直轴和交轴的电压；
10、a2：第i个电池储能系统的输出电压如公式(2)所示：
11、
12、上式中，vi代表第i个电池储能系统的输出电压；
13、a3：结合公式(1)与公式(2)，得到第i个电池储能系统的数学模型，如公式(3)所示：
14、
15、上式中，ei代表第i个电池储能系统的电量；代表第i个电池储能系统的异构程度的常数；代表第i个电池储能系统的电量控制输入；
16、a4：对公式(3)中第i个电池储能系统的下垂控制模型取关于时间的导数，具体表达式如公式(4)所示：
17、
18、a5：公式(4)中频率、电压、有功功率和无功功率关于时间的导数与控制输入的关系具体表达式如公式(5)所示：
19、
20、上式中，和分别代表第i个电池储能系统的频率控制输入、电压控制输入、有功功率控制输入和无功功率控制输入；
21、a6：结合公式(3)、公式(4)与公式(5)，得到第i个电池储能系统的动力学模型，如公式(6)所示：
22、
23、优选的，步骤2中，所研究的多电池储能系统作为分布式电源的微电网中包含n个电池储能系统，用有向图g＝{z,m,a}来表示各电池储能系统之间的信息通讯；其中点集合z＝{1,...,n}表示各个电池储能系统，边集合表示各电池储能系统之间的信息交流线路，a＝[aij]∈rn×n表示邻接矩阵；(j,i)∈m表示i节点能够直接接收到来自j节点的信息，当(j,i)∈m时，权重aij＞0；否则aij＝0；拉普拉斯矩阵l＝[lij]∈rn×n，其中矩阵b＝diag[b1,...,bn]，当i节点能够直接接收到参照信号时，bi＞0；否则bi＝0。
24、
25、优选的，步骤3的具体步骤如下：
26、c1：设计各电池储能系统之间的功率分配比例，具体表达式如公式(7)所示：
27、
28、上式中，分别代表第i个电池储能系统和第j个电池储能系统；
29、c2：定义辅助变量和其中当各电池储能系统的和分别达到一致时，各电池储能系统之间的功率分配就如公式(7)所示；结合定义的辅助变量，储能系统集群的快速互动调节算法具体表达式如公式(8)所示：
30、
31、上式中，τ1、τ2和τ3均大于零，分别代表有功功率控制输入、无功功率控制输入和电量控制输入的控制增益；sgn(x)代表符号函数，其中
32、本专利技术的优点及技术效果在于：
33、本专利技术的一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，首先，针对微电网下垂控制的动态特性和各电池储能系统之间的异构性，建立单个储能系统的动力学模型；然后，设计储能系统之间的通信拓扑，实现储能系统集群之间的信息交换；最后，设计储能系统集群的快速互动调节算法，并结合所述的动力学模型和通信拓扑，实现对储能系统的充放电的控制以及功率分配的快速互动调节。
34、1、本专利技术所提的控制算法基于多智能体的分布式协同控制，每个电池储能系统仅通过拓扑图与其邻居节点通信，而不需要拓扑图的全局信息，减少通信负担的同时也提高了控制算法的鲁棒性；
35、2、本专利技术所提的控制算法解决了异构的电池储能系统的电量同步问题，实现了各个电池储能系统统一的充放电管理，便于各电池储能系统使用寿命的统一，降低了微电网的维护成本；
36、3、本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于：所述步骤2中，所研究的多电池储能系统作为分布式电源的微电网中包含N个电池储能系统，用有向图G＝{Z,M,A}来表示各电池储能系统之间的信息通讯；其中点集合Z＝{1,...,N}表示各个电池储能系统，边集合表示各电池储能系统之间的信息交流线路，A＝[aij]∈RN×N表示邻接矩阵；(j,i)∈M表示i节点能够直接接收到来自j节点的信息，当(j,i)∈M时，权重aij＞0；否则aij＝0；拉普拉斯矩阵L＝[lij]∈RN×N，其中矩阵B＝diag[b1,...,bN]，当i节点能够直接接收到参照信号时，bi＞0；否则bi＝0。
4.根据权利要求1所述的一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种需求侧分布式异构储能集群的快速互动调节方法，其特征在于：所述步骤2中，所研究的多电池储能系统作为分布式电源的微电网中包含n个电池储能系统，用有向图g＝{z,m,a}来表示各电池储能系统之间的信息通讯；其中点集合z＝{1,...,n}...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚明路，魏立勇，肖楚鹏，许静，余梦，朱亮亮，张剑，李野，李国栋，程宝华，赵晨阳，张宇，崔文庆，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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