一种储能系统平滑波动典型工况生成方法及系统

摘要

本发明提出了一种储能系统平滑波动典型工况生成方法及系统，该方法包括：获取储能系统在平滑波动模式下的工作数据；根据工作数据处理后生成平滑波动曲线，并根据平滑波动曲线通过计算生成对应的特征分布数据；将平滑波动曲线按某一单位时间t进行分段，获得多个单位平滑波动曲线片段；选取一定数量a的单位平滑波动曲线片段，组成多个时长为a×t的组合平滑波动曲线片段；根据多个组合平滑波动曲线片段，通过计算生成对应的特征分布数据；计算多个组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据与平滑波动曲线对应的特征分布数据之间的误差值；选取误差值小于一定数值的组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据，合成储能系统平滑波动的典型工况图。

说明书

技术领域

本发明涉及电力领域，尤指一种储能系统平滑波动典型工况生成方法及系统。

背景技术

伴随着我国风电、光伏发电装机的高速发展，风、光资源的波动性和随机性给电 网安全运行带来新的技术问题。储能系统作为平抑风光波动性和随机性的有效方式， 也成为关注的研究热点。

并网大容量锂电池储能电站一般由锂电池组串、变流器、能量管理系统、储能监 控系统及其配套的电气回路构成。其运行工况一般有削峰填谷、平滑波动、跟踪计划 发电和调频调压。

并网大容量锂电池储能系统虽然由单体电池集成而成，但其性能不仅与各个单体 性能相关，还与其集成方式、使用工况、均衡性等等相关。而现有研究成果的研究对 象均为储能电池单体或用于电动汽车的小型电池模组，对于大容量的储能锂电池组串 性能鲜有研究。

而要想研究应用于并网大容量锂电池储能系统的电池、电池模组性能，需模拟储 能系统现场运行工况。而目前对于锂电池性能的研究，主要在实验室进行循环工况实 验，即从0％荷电状态至100％荷电状态反复充放。

对于典型工况的提取，目前的研究成果主要是对于电动汽车运行工况的提取，一 般根据电池运行特点，分为怠速、匀速、快速等阶段，分别提取功率、电流特征，用 于研究电动汽车日常工况下，对电池模组性能的影响。目前还没有针对大容量储能系 统典型工况提取的研究成果。

发明内容

为了研究大容量储能系统日常工况对电池模组的影响程度，需设计用于实验室的 储能系统典型工况。

为实现上述目的，本发明提出了一种储能系统平滑波动典型工况生成方法，所述 方法包括：步骤1，获取所述储能系统在平滑波动模式下的工作数据；步骤2，根据 所述工作数据处理后生成平滑波动曲线，并根据所述平滑波动曲线通过计算生成对应 的特征分布数据；步骤3，将所述平滑波动曲线按某一单位时间t进行分段，获得多 个单位平滑波动曲线片段；步骤4，选取一定数量a的单位平滑波动曲线片段，组成 多个时长为a×t的组合平滑波动曲线片段；步骤5，根据多个所述组合平滑波动曲线 片段，通过计算生成对应的特征分布数据；步骤6，计算所述步骤5生成的多个所述 组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据与所述步骤2生成的平滑波动曲线对应 的特征分布数据之间的误差值；步骤7，选取误差值小于一定数值的组合平滑波动曲 线片段对应的特征分布数据，合成储能系统平滑波动的典型工况图。

为实现上述目的，本发明还一种储能系统平滑波动典型工况生成系统，所述系统 包括：工作数据获取模块，用于获取所述储能系统在平滑波动模式下的工作数据；平 滑波动曲线分布数据生成模块，用于根据所述工作数据处理后生成平滑波动曲线，并 根据所述平滑波动曲线通过计算生成对应的特征分布数据；分段模块，用于将所述平 滑波动曲线按某一单位时间t进行分段，获得多个单位平滑波动曲线片段；平滑波动 曲线片段组合模块，用于选取一定数量a的单位平滑波动曲线片段，组成多个时长为 a×t的组合平滑波动曲线片段；组合平滑波动曲线片段分布数据生成模块，用于根据 多个所述组合平滑波动曲线片段，通过计算生成对应的特征分布数据；误差值计算模 块，用于计算多个所述组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据与平滑波动曲线对 应的特征分布数据之间的误差值；典型工况图合成模块，用于选取误差值小于一定数 值的组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据，合成储能系统平滑波动的典型工况 图。

通过本发明提出的储能系统平滑波动典型工况生成方法及系统生成的典型工况 时间周期较短，便于暂停试验与试验数据分析，并且涵盖大容量储能系统工况的所有 重要信息，在一个周期内，电池模组的能量转移代数和SOE接近于0，利用本发明 的方法和系统提取的典型工况能够满足实验室进行储能系统性能的研究要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的储能系统平滑波动典型工况生成方法流程图。

图2为本发明一具体实施例的各个误差间的某一组片段序号的输出结果示意图。

图3为本发明一具体实施例的平滑波动典型工况示意图。

图4为本发明一具体实施例的考虑SOE后的平滑波动典型工况示意图。

图5为本发明一实施例的系统平滑波动典型工况生成系统结构示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段。

在本发明实施例中，涉及到一些术语在此先行说明：

电池的能量状态(SOE，StateOfEnergy)：SOE为E_rem与E_max的百分比；其中， E_max为电池的最大可用能量，定义为电池从充满电状态以足够小的电流放电至放完电 状态过程释放的能量；E_rem为剩余能量，定义为电池从当前状态以足够小的电流放电 至放完电状态过程释放的能量。

图1为本发明一实施例的储能系统平滑波动典型工况生成方法流程图。如图1 所示，该方法包括：

步骤1，获取储能系统在平滑波动模式下的工作数据。

步骤2，根据工作数据处理后生成平滑波动曲线，并根据平滑波动曲线通过计算 生成对应的特征分布数据；

其中，平滑波动曲线的特征分布数据包括：平滑波动曲线的幅值分布数据、电流 变化率分布数据、充放电转换次数数据。

步骤3，将平滑波动曲线按某一单位时间t进行分段，获得多个单位平滑波动曲 线片段；

在一具体实施例中，某一单位时间t可取10分钟，即：步骤3是将平滑波动曲 线按10分钟进行分段。

步骤4，选取一定数量a的单位平滑波动曲线片段，组成多个时长为a×t的组合 平滑波动曲线片段。

在一具体实施例中，一定数量a可为6个，即：在步骤4中，选取6个单位平滑 波动曲线片段，组成多个时长为60分钟(6×10分钟)的组合平滑波动曲线片段。

步骤5，根据多个组合平滑波动曲线片段，通过计算生成对应的特征分布数据；

其中，组合平滑波动曲线片段的特征分布数据包括：组合平滑波动曲线片段的幅 值分布数据、电流变化率分布数据、充放电转换次数数据。

步骤6，计算步骤5生成的多个组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据与步 骤2生成的平滑波动曲线对应的特征分布数据之间的误差值。

在一实施例中，步骤6计算误差值包括：

计算步骤5中的某一组合平滑波动曲线片段的幅值分布数据与步骤2生成的平滑 波动曲线的幅值分布数据之间的均方根误差，生成第一误差值；

计算某一组合平滑波动曲线片段的电流变化率分布数据与平滑波动曲线的电流 变化率分布数据之间的均方根误差，生成第二误差值；

计算某一组合平滑波动曲线片段的充放电转换次数数据与平滑波动曲线的充放 电转换次数数据之间的均方根误差，生成第三误差值；

计算第一误差值、第二误差值、第三误差值的平均误差值，获得某一个组合平滑 波动曲线片段对应的特征分布数据与平滑波动曲线对应的特征分布数据之间的误差 值；

重复上述步骤，可以获得多个组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据与平滑 波动曲线对应的特征分布数据之间的误差值。

步骤7，选取误差值小于一定数值的组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数 据，合成储能系统平滑波动的典型工况图。

在一具体实施例中，可以选取误差值小于2％的组合平滑波动曲线片段对应的特 征分布数据，合成储能系统平滑波动的典型工况图。

为了对上述储能系统平滑波动典型工况生成方法进行更为清楚的解释，下面结合 一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发 明，并不构成对本发明不当的限定。

结合步骤1，选取风光储示范电站储能系统某性能稳定的储能单元一年中典型月 份数据，截取3天运行于平滑波动模式下的出力曲线。

本实施例选取了ATLC005单元18号PCS(大容量电池储能系统，Power ConversionSystem)，2013年4月13日、5月25日、6月19日三天中，工作于平滑 波动工况下的电流随时间变化的曲线，共约27小时。

该ATL单元由1个PCS及10组电池簇并联组成，电池簇由3并12串电池包串 联组成，该单元额定充放电电流为900A。

结合步骤2，将该27小时的数据组合成一条平滑波动I-t曲线，计算该曲线幅值 分布、电流变化率、充放电转换次数的分布情况，结果如表1(电池幅值概率分布)、 表2(电流变化率概率分布)、表3(充放电转换次数)所示：

表1电池幅值概率分布

表2电流变化率概率分布

表3充放电转换次数

结合步骤3，将该27小时的数据进行分段，每10分钟一段，共得出约160个小 片段。

结合步骤4，在160个小片段中，随机选取6个小片段，组成一个时长为1小时 的I-t曲线A。此步骤中可组成多个时长为1小时的I-t曲线。

结合步骤5，计算A的特征值分布情况，即：幅值分布数据、电流变化率分布数 据、充放电转换次数数据(类似于表1至表3的信息)。

结合步骤6，计算步骤5的曲线A与步骤2的27小时总工况曲线之间的误差， 包括：

曲线A的每个电流幅值分布概率(如表1所示，共13个)与总工况的对应部分 相减，求出一个均方根误差e₁；

曲线A的每个电流变化率分布概率(如表2所示，共14个)与总工况的对应部 分相减，求出一个均方根误差e₂；

同样的，还可求出充放电转换次数概率的误差e3；

三个误差值求平均，得到总误差e。

结合步骤7，分别输出总误差e小于20％、10％、5％、2％的组合，如图2所示， 为一Matlab程序输出结果，其中分别示意了在各个误差间的某一组片段序号。

选取误差小于2％的组合平滑波动曲线片段，合成典型工况图，如图3所示。根 据该图可计算出该段曲线充放电电量：充入电量28.91Ah，放出电量36.85Ah。

根据图3所示曲线的分布最大值范围，缺少较大幅值电流(如300-400A之间无 电流分布)，因此，通过大概缺少的幅值电流大小补充电量，使SOE趋于0。

选取200、300、400A电流各充电14秒，SOE＝0.031(无法完全为0)，最终合 成典型工况曲线图，如图4所示。

最后，可通过验证比较来判断典型工况与实际工况的偏差是否符合实验需要：

比较生成的典型工况与风光储示范电站储能系统平滑波动出力曲线特征值概率 分布情况，如表4、5、6所示：

表4电池幅值概率分布

表5电流变化率概率分布

表6充放电转换次数

次数 实际曲线概率 典型工况曲线概率 偏差 319 7.08％ 8.20％ -1.12％

由上表可知，典型工况能够涵盖实际曲线的所有信息，且最大误差不超过5％， 因此认为可以满足实验需要。

在实际使用时，可根据被试电池模组额定充放电电流，等比例缩放典型工况中的 电流大小。

本发明提出的储能系统平滑波动典型工况生成方法能够提取能够表征现场运行 数据特点的所有特征量，通过数据处理的方法，输出时间周期较短、且能够涵盖实际 运行曲线所有信息量的典型工况，对典型工况进行目标为能量转移量约为零的修正， 最终得出能够表征平滑波动实际运行工况的试验用典型工况曲线。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种储能系统平滑波动典型工况生 成系统，如下面的实施例所述。由于该系统解决问题的原理与储能系统平滑波动典型 工况生成方法相似，因此该系统的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。 以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组 合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件 的组合的实现也是可能并被构想的。

图5所示为本发明一实施例的储能系统平滑波动典型工况生成系统结构示意图。 如图5所示，该系统包括：

工作数据获取模块1，用于获取储能系统在平滑波动模式下的工作数据；

平滑波动曲线分布数据生成模块2，用于根据工作数据处理后生成平滑波动曲 线，并根据平滑波动曲线通过计算生成对应的特征分布数据；

其中，特征分布数据包括：平滑波动曲线的幅值分布数据、电流变化率分布数据、 充放电转换次数数据；

分段模块3，用于将平滑波动曲线按某一单位时间t进行分段，获得多个单位平 滑波动曲线片段；

平滑波动曲线片段组合模块4，用于选取一定数量a的单位平滑波动曲线片段， 组成多个时长为a×t的组合平滑波动曲线片段；

组合平滑波动曲线片段分布数据生成模块5，用于根据多个组合平滑波动曲线片 段，通过计算生成对应的特征分布数据；

其中，特征分布数据包括：多个组合平滑波动曲线片段的幅值分布数据、电流变 化率分布数据、充放电转换次数数据。

误差值计算模块6，用于计算多个组合平滑波动曲线片段对应的特征分布数据与 平滑波动曲线对应的特征分布数据之间的误差值；

其中，误差值计算模块6计算误差值包括：

计算某一组合平滑波动曲线片段的幅值分布数据与平滑波动曲线的幅值分布数 据之间的均方根误差，生成第一误差值；

计算某一组合平滑波动曲线片段的电流变化率分布数据与平滑波动曲线的电流 变化率分布数据之间的均方根误差，生成第二误差值；

计算某一组合平滑波动曲线片段的充放电转换次数数据与平滑波动曲线的充放 电转换次数数据之间的均方根误差，生成第三误差值；

计算第一误差值、第二误差值、第三误差值的平均误差值，获得某一个组合平滑 波动曲线片段对应的特征分布数据与平滑波动曲线对应的特征分布数据之间的误差 值。

典型工况图合成模块7，用于选取误差值小于一定数值的组合平滑波动曲线片段 对应的特征分布数据，合成储能系统平滑波动的典型工况图。

通过本发明提出的储能系统平滑波动典型工况生成方法及系统生成的典型工况 时间周期较短，便于暂停试验与试验数据分析，并且涵盖大容量储能系统工况的所有 重要信息，在一个周期内，电池模组的能量转移代数和SOE接近于0，利用本发明 的方法和系统提取的典型工况能够满足实验室进行储能系统性能的研究要求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发 明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。