电池储能系统参与电网削峰填谷实用算法

1、电池储能系统参与电网削峰填谷实用算法董慧峰1，牛文迪2，杨旭强2，郭志敏3，周丽1（1国网河南节能服务有限公司，郑州 450052 ；2哈尔滨工业大学 电气学院， 哈尔滨 150001；3河南恩湃高科集团有限公司，郑州 450052）摘要：为使电池储能系统简单有效参与电网削峰填谷，提出一种电池储能系统参与电网削峰填谷功率优化模型以及电池储能系统参与电网削峰填谷实用算法。该算法充分考虑电池储能系统实际约束，并能实用方便的规划电池储能系统充放电时间段及充放电功率。通过实例分析，该算法简单、实用、可行。关键词：电池储能系统；削峰填谷；优化模型；实用算法中图分类号：TM732 文献标识码：B 文章编号

2、：Practical algorithm applied in peak load shifting of battery energy storage system in power gridDong Huifeng1, Niu Wendi2, Yang Xuqiang2, Guo Zhimin3, Zhou Li1(1 (1. State Grid Henan Energy Service Co,. ., Ltd., Zhengzhou 450052, China2 . 2. School of Electrical Engineering and Automation, Harbin I

3、nstitute of Technology, Harbin 150001, China3 . 3. Henan Epri Hitech group Group Co,. ., Ltd., Zhengzhou 450052,China, China)Abstract: : In order to apply the battery energy storage system in the peak load shifting in power grid simply and effectively, the power optimization model inpeakin peak load

4、 shifting of the battery energy storage system is put forward in this paperaspaper, as well as the practical algorithm solvingthesolving the model. The practical constraints of the battery energy storage system are fully considered in this practical algorithm. The charging and discharging periods an

5、d power of the battery energy storage system can be effectively planned Through through this practical algorithm, the charging and discharging periods and power of the battery energy storage system can be effectively gh. an example analysis, the The algorithm is simple, practical and feasible throug

6、h an example analysis.Key words: battery energy storage system, peak load shifting, optimization model, practical algorithm0 引 言近年来，随着中国经济的飞速发展，电力负荷谷峰差逐年增大，电力负荷供需不平衡现象日益严重1-4。电池储能系统有快速吞吐特性，利用电池储能系统在负荷高峰时释放能量，负荷低谷时吸收能量，以实现电力负荷的削峰填谷。进而缓解负荷高峰用电紧张，间接延缓电力系统设备升级投资，提高输电和配电设备的利用率，有利于电网的经济运行5-6。目前，削峰填谷的电力调度问

7、题，主要是优化算法研究7-11。本文提出一种电池储能系统参与电网削峰填谷实用算法，该算法充分考虑电池储能系统实际约束，实用方便的规划电池储能系统充放电时间段及充放电功率。1 电池储能系统参与电网削峰填谷功率优化模型削峰填谷是为保证电网负荷的相对平稳，可通过负荷标准差对削峰填谷效果进行衡量。负荷标准差越小，负荷也就越平稳。1.1 目标函数电池储能系统参与电网削峰填谷优化目标函数如下： (1) (2)式中，为第时刻的实际电网负荷；为目标函数优化对象变量的向量形式，即电池储能系统优化周期内对外功率构成的向量；为第时刻储能系统的充放电功率，放电时：；充电时：；则为浮充状态，不充电也不放电；为负荷采样周

8、期；为储能系统负荷平均值。 (3)1.2 约束条件(1) 功率约束充电时： (4)放电时： (5)式中,为电池储能系统的最大充电功率；储能系统的最大放电功率。(2) 剩余电量约束储能系统的容量计算公式如下： (6)式中,为时刻电池储能系统所储存的能量；为充电系数。引入荷电状态(state of charge，SOC)对剩余电量进行评估： (7) (8) (9) (10)式中，为当前电池储能系统所储存能量；为电池储能系统额定容量；为储能系统荷电状态的最小值；为储能系统荷电状态的最大值；为第时刻的荷电状态；为功率采样的时间间隔。对剩余电量SOC约束(9)和(10)进行变换处理： (11) (12)

9、(13) (14) (15) (16) (17) (18)式中，为荷电状态向量；为初始荷电状态向量（阶）；为目标函数变量的向量形式；为系数矩阵（阶方阵）且；联系公式(10)可得：(19)(20)(21) (22)2 电池储能系统参与电网削峰填谷实用算法本文提出一种电池储能系统参与电网削峰填谷实用算法，与传统算法相比，该算法更加简单实用。该算法确定电池储能系统充放电时间段及充放电功率的原理如下：首先导入预测负荷数据，绘制负荷曲线，统计负荷谷峰值分别为与，确定算法功率迭代步长与迭代常数，如图1所示作功率线： (23) (24)式中，为电池储能系统额定功率。计算与： (25) (26)式中，为连续的

10、预测负荷；为离散化的预测负荷；为时对应的离散负荷编号；为时对应的离散负荷编号；为功率采样的时间间隔。分别比较与电池储能系统容量的大小关系：(1)若则以如下方式进行迭代： (27)计算如式(25)直至停止迭代，确定此时对应的为电池储能系统放电时间段，功率差为电池储能系统放电功率。 (28)图1实用算法原理示意图1Fig.1 PracticalFig.1 Schematic diagram 1 of practical algorithm principle diagram 1若则以如下方式进行迭代： (29)计算如式(26)直至停止迭代，确定此时对应的为电池储能系统充电时间段，功率差为电池储能系

11、统充电功率。 (30)(2)若则如图2所示作功率线并以如下方式进行迭代： (31)图2实用算法原理示意图2Fig.2 Fig.2 Schematic diagram 2 of practicalalgorithm principlePractical algorithm principle diagram 2计算如下： (32)直至停止迭代，确定此时对应的为电池储能系统放电时间段，在于时间段内放电功率为；在时间段内保持恒定放电功率。充电时间段及充电功率确定方法与上同理。(3)若出现功率线与预测负荷曲线多交点情况，则计算如图3所示，迭代过程与放电时间段及放电功率确定方法与上同理。图3实用算法原理

12、示意图3Fig.3 PracticalFig.3 Schematic diagram 3 of practicalalgorithm principle algorithm principle diagram 3通过上述迭代方法，确定功率上下阈值，当实际负荷大于上阈值时电池储能系统放电，放电功率为式(28)功率差，功率差超出电池储能系统额定功率时，电池储能系统将以额定功率恒功率放电；当实际功率负荷小于下阈值时电池储能系统充电，放电功率为式(30)功率差，功率差超出电池储能系统额定功率时，电池储能系统将以功率恒功率充电，此方法对于实际负荷与预测负荷谷峰出现时间存在偏差具有实时控制性。3 实例分析

13、某地区日负荷如图4所示：图4某地区日负荷Fig.4 DailyFig.4 Daily load in a certain area电池储能系统参数为1MW/6MWh，。实用算法实例仿真结果如下：图5削峰填谷前后对比图Fig.5 Comparison diagram before and after in peak load shifting图6电池储能系统充放电功率Fig.6 ChargeFig.6 Charge and discharge power of battery energy storage system图7电池储能系统荷电状态Fig.7 StateFig.7 State of c

14、harge of the battery energy storage system引入负荷标准差指标与谷峰系数对算法削峰填谷效果进行衡量： (33) (34)负荷标准差指标越小，负荷波动越小，负荷标准差指标在全局层面上衡量了负荷波动的大小，注重整体；谷峰系数越大，负荷波动越小，谷峰系数指标主要以负荷谷峰值为衡量依据，注重局部。将优化前后负荷数据代入公式(33)和(34)可得，未进行削峰填谷的负荷标准差，谷峰系数；削峰填谷后负荷标准差，谷峰系数。由此实例分析可以得出，本文提出的实用算法进行削峰填谷，可有效减小负荷谷峰差，指标性良好，算法简便可行。4 结束语本文提出的电池储能系统参与电网削峰填谷

15、的实用算法，可根据预测的负荷数据，简单快速的计算出电池储能系统充放电阈值，并根据实际负荷值与阈值间关系规划出电池储能系统充放电时间段及充放电功率，该算法削峰填谷计算简单实用，效果良好，并具有一定实时控制性。参 考 文 献1 张浩. 储能系统用于配电网削峰填谷的经济性评估方法研究D. 北京：华北电力大学, 2014. Zhang Hao. Research on economic evaluation method of energy storage system for peak-cutting and valley filling of distribution networkD. Beij

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