[发明专利]一种考虑电池寿命的电池储能系统削峰填谷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑电池寿命的电池储能系统削峰填谷方法，属于电力系统最优化计 算技术领域。

背景技术

大规模电池储能系统(Battery Energy Storage System，以下简称BESS)通过在负荷高 峰时放电，在负荷低谷时充电，可以实现对负荷的削峰填谷功能。对电网来说，削峰填谷 能够推迟设备容量升级，提高设备利用率，节省设备更新的费用；对用户来说，可以利用 峰谷电价差获得经济效益。在国外已有许多大规模BESS在运行；在国内，南方电网开展 了MW级电池储能系统示范项目。

削峰填谷日前优化是在新的一天开始前，根据预测出的日负荷曲线，优化出24小时 的BESS最优充放电策略，即每个时刻电池是否充放电，充放电的功率大小为多少。在实 时控制时，根据日前优化给出的充放电策略，以及当前时刻的负荷值、电池状态等数据， 计算出充放电功率指令并下发给每组电力电子变流器。

目前广泛采用的电池储能系统削峰填谷日前优化模型中，基于分时电价理论，以获得 最大的经济效益为目标，一个小时对应一个负荷点，一天一共24个点。这样的模型优化 出的结果过于粗糙，电池充放电起止时刻不精确，无法平抑分钟级时间尺度上的负荷功率 波动。另外，电池的非线性物理约束使得优化模型难以求解。

目前求解电池储能系统削峰填谷日前优化模型的方法包括梯度类算法、智能算法和动 态规划算法。随着时间步长的减小，梯度类算法的迭代时间大大增加，并且梯度类算法无 法处理非连续的约束条件。智能算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。在智 能算法中，选取合适的参数非常困难且智能算法无法保证每次都能求得全局最优解。动态 规划算法可以处理非连续、非线性的约束。

对电池的充放电次数和放电深度加以限制，可以起到延长电池寿命的作用，也可以用 来研究电池寿命和充放电次数、放电深度的关系。以往求解电池充放电策略的算法中，没 有考虑电池充放电次数约束和放电深度约束。这两个约束是非连续约束，无法用基于连续 约束的优化方法来求解。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑电池寿命的电池储能系统削峰填谷方法，求解出电池储 能系统在一天中的最优充放电策略，使负荷曲线变得平坦，充放电策略满足电池的充放电 次数限制和放电深度限制，延长电池的使用寿命，并且优化时间满足削峰填谷应用需求。

本发明提出的考虑电池寿命的电池储能系统削峰填谷方法，包括以下步骤：

(1)将一天划分为N个阶段，相邻两个阶段的预测负荷数据的时间间隔为Δt，设定 电池储能系统的工作参数，包括：电池储能系统一天内的N个预测负荷数据D(i)，i＝1，2，…， n，…，N，电池储能系统的电池组总容量S，电池的电量的上限S_high和下限S_low，电池电 量的初值S_initial和终值S_final，电池的最大充放电功率限制值P_max，电池的充放电次数限制 值k，电池在第j次放电时的放电深度限制值DOD(j)，j＝1，2，……，k；

(2)根据上述电池储能系统的工作参数，建立电池储能系统削峰填谷日前优化模型， 建立过程如下：

(2-1)设电池的充电功率为正，放电功率为负，将电池储能系统在N个时刻的输出 功率b(i)作为控制变量，i＝1，2，……，N，将电池储能系统在N个时刻电池的电量s(i)， 作为状态变量，i＝0，1，2，……，N，得到电池储能系统日前优化模型的目标函数为：