一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法与流程

1.本发明涉及重力储能技术领域，尤其涉及一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法。


背景技术：

2.风电和光伏发电为主导的绿色清洁能源，具有随机性、波动性和间歇性的特点。这些特点给风电和光伏大规模并网运行带来了困难与挑战，特别是在其直接并网比例超过10％以后，可能影响电网的安全稳定运行，需要通过建设储能电站来解决新能源发电引发的问题。
3.具有高安全可靠性、环境友好的重力储能是最具发展潜力的储能技术之一。储能系统的容量和荷电状态是储能系统能量管理的重要参数，也是电网对储能系统进行优化调度的重要依据。由于重力储能技术目前还处于起步阶段，国内外还没有准确的重力储能系统容量和荷电状态计算方法。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明提供了一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，能够解决无法获取准确的重力储能系统容量和荷电状态的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，包括：
8.获取斜坡式重力储能系统的参数，计算出斜坡式重力储能系统的容量；
9.获取斜坡式重力储能系统的运行状态信息，计算斜坡式重力储能系统的当前能量；
10.利用计算出的所述当前能量得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。
11.获取斜坡式重力储能系统的参数，计算出斜坡式重力储能系统的容量；
12.获取斜坡式重力储能系统的运行状态信息，计算斜坡式重力储能系统的当前能量；
13.利用计算出的所述当前能量得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。
14.作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述参数包括，
15.缆绳主驱动轮半径，上堆场到系统零势能参考面的垂直高度，下堆场到系统零势能参考面的垂直高度，系统所在地重力加速度，各段坡面的倾斜角度，各段坡面的长度，投入运行质量块的数量和各自的质量。
16.作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述斜坡式重力储能系统的运行状态信息包括，
17.上堆场质量块数量，下堆场质量块数量，运行区间质量块数量，运行区间质量块的速度，运行区间质量块当前所处的斜坡编号及其进入运行区间后所在轨道主驱动轮旋转角度。
18.作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述当前能量的计算包括，
19.将所述参数和运行状态信息，输入运行区间能量计算模型、上堆场能量计算模型和下堆场能量计算模型，分别计算出斜坡式重力储能系统的运行区间能量、上堆场能量和下堆场能量，并将计算结果求和，得到斜坡式重力储能系统的当前能量。
20.作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述荷电状态的计算包括，将获得的所述斜坡式重力储能系统的当前能量，除以获得的所述斜坡式重力储能系统的容量，得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。
21.作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述容量计算公式表示为：
[0022][0023]
其中，h
lower
为下堆场到系统零势能参考面的垂直高度，h
upper
为上堆场到系统零势能参考面的垂直高度，n
total
为投入运行质量块的数量，mi为投入运行的质量块各自的质量，g为系统所在地重力加速度。
[0024]
作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述运行区间能量计算模型包括，计算运行区间质量块的总动能，公式表示为：
[0025][0026]
其中，n
mov
为运行区间质量块数量，vj为运行区间第j个质量块的速度，mj为运行区间第j个质量块的质量，j为运行区间质量块的编号；
[0027]
计算运行区间的第j个质量块从进入运行区间后移动的距离xj，公式表示为：
[0028]
xj＝rδj[0029]
其中，r为缆绳主驱动轮半径，δj为质量快进入运行区间后所在轨道主驱动轮旋转角度；
[0030]
计算运行区间的第j个质量块与当前所处斜坡底部的距离lj，公式表示为：
[0031][0032]
其中，kj为当前所处的斜坡编号，sq和sk为第q段和k段坡面的长度，z为坡面的总数；
[0033]
计算运行区间的第j个质量块的重力势能wj，公式表示为：
[0034][0035]
其中，θk为第k段坡面的倾斜角度，为当前所处的斜坡的倾斜角度，计算运行区间质量块的总势能，公式表示为：
[0036][0037]
计算运行区间能量，公式表示为：q
mov
＝e+w。
[0038]
作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述上堆场能量计算模型，公式表示为：
[0039][0040]
其中，n
upper
为上堆场质量块数量，m
l
为第l个质量块的质量。
[0041]
作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述下堆场能量计算模型，公式表示为：
[0042][0043]
其中，n
lower
为下堆场质量块数量，me为第e个质量块的质量。
[0044]
作为本发明所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的一种优选方案，其中：所述荷电状态的计算公式表示为：
[0045][0046]
本发明的有益效果：本发明实现了斜坡式重力储能系统荷电状态的实时精确计
算，为斜坡式重力储能系统的峰值功率计算等研究工作的开展奠定夯实基础，便于对储能系统的能量进行管理，确保了电网的安全稳定运行。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0048]
图1为本发明一个实施例提供的一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法流程示意图；
[0049]
图2为本发明一个实施例提供的一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法的工作设备示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0051]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0052]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0053]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0054]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0055]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0056]
实施例1
[0057]
参照图1-2，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，包括：
[0058]
s1：获取斜坡式重力储能系统的参数，计算出斜坡式重力储能系统的容量；
[0059]
更进一步的，获取斜坡式重力储能系统的参数，包括：缆绳主驱动轮半径r，上堆场到系统零势能参考面的垂直高度h
upper
，下堆场到系统零势能参考面的垂直高度h
lower
，系统所在地重力加速度g，各段坡面的倾斜角度θ1、θ2、
……
、θz，各段坡面的长度s1、s2、
……
、sz，投入运行质量块的数量n
total
和各自的质量
[0060]
应说明的是，参数输入容量计算模型，获得斜坡式重力储能系统的容量；容量计算模型，具体计算方法如下：
[0061][0062]
s2：获取斜坡式重力储能系统的运行状态信息，计算斜坡式重力储能系统的当前能量；
[0063]
更进一步的，获取斜坡式重力储能系统的运行状态信息，包括：上堆场质量块数量n
upper
，下堆场质量块数量n
lower
，运行区间质量块数量n
mov
，运行区间质量块的速度vj，当前所处的斜坡编号kj及其进入运行区间后所在轨道主驱动轮旋转角度δj，下标j为运行区间质量块的编号。
[0064]
更进一步的，将参数和运行状态信息，输入运行区间能量计算模型、上堆场能量计算模型和下堆场能量计算模型，分别计算出斜坡式重力储能系统的运行区间能量、上堆场能量和下堆场能量，并将计算结果求和，获得斜坡式重力储能系统的当前能量。
[0065]
应说明的是，运行区间能量计算模型，具体计算步骤如下：
[0066]
计算运行区间质量块的总动能，具体计算方法为：
[0067][0068]
其中，vj为运行区间的第j个质量块的速度；
[0069]
计算运行区间的第j个质量块从进入运行区间后移动的距离xj，具体计算方法为：
[0070]
xj＝rδj[0071]
计算运行区间的第j个质量块与当前所处斜坡底部的距离lj，具体计算方法为：
[0072][0073]
计算运行区间的第j个质量块的重力势能wj，具体计算方法为：
[0074]
[0075]
计算运行区间质量块的总势能，具体计算方法为：计算运行区间能量，具体计算方法为：q
mov
＝e+w。
[0076]
更进一步的，上堆场能量计算模型，具体计算方法如下：
[0077][0078]
下堆场能量计算模型，具体计算方法如下：
[0079][0080]
s3：利用计算出的当前能量得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。
[0081]
更进一步的，将获得的斜坡式重力储能系统的当前能量，除以获得的斜坡式重力储能系统的容量，获得斜坡式重力储能系统的荷电状态。
[0082]
应说明的是，计算斜坡式重力储能系统的荷电状态的方法，具体计算方法如下：
[0083][0084]
实施例2
[0085]
本发明的一个实施例，提供了一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。
[0086]
获取本发明的变量参数，如下表所示：
[0087][0088]
将获取到的上述参数代入公式中进行计算获得斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态，便于对储能系统的能量进行管理。
[0089]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0090]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0091]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0092]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精
神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：包括，获取斜坡式重力储能系统的参数，计算出斜坡式重力储能系统的容量；获取斜坡式重力储能系统的运行状态信息，计算斜坡式重力储能系统的当前能量；利用计算出的所述当前能量得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。2.如权利要求1所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述参数包括，缆绳主驱动轮半径，上堆场到系统零势能参考面的垂直高度，下堆场到系统零势能参考面的垂直高度，系统所在地重力加速度，各段坡面的倾斜角度，各段坡面的长度，投入运行质量块的数量和各自的质量。3.如权利要求2所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述斜坡式重力储能系统的运行状态信息包括，上堆场质量块数量，下堆场质量块数量，运行区间质量块数量，运行区间质量块的速度，运行区间质量块当前所处的斜坡编号及其进入运行区间后所在轨道主驱动轮旋转角度。4.如权利要求1～3任一所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述当前能量的计算包括，将所述参数和运行状态信息，输入运行区间能量计算模型、上堆场能量计算模型和下堆场能量计算模型，分别计算出斜坡式重力储能系统的运行区间能量、上堆场能量和下堆场能量，并将计算结果求和，得到斜坡式重力储能系统的当前能量。5.如权利要求4所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述荷电状态的计算包括，将获得的所述斜坡式重力储能系统的当前能量，除以获得的所述斜坡式重力储能系统的容量，得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。6.如权利要求1～3或5任一所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述容量计算公式表示为：其中，h
lower
为下堆场到系统零势能参考面的垂直高度，h
upper
为上堆场到系统零势能参考面的垂直高度，n
total
为投入运行质量块的数量，m
i
为投入运行的质量块各自的质量，g为系统所在地重力加速度。7.如权利要求6所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述运行区间能量计算模型包括，计算运行区间质量块的总动能，公式表示为：其中，n
mov
为运行区间质量块数量，v
j
为运行区间第j个质量块的速度，m
j
为运行区间第j个质量块的质量，j为运行区间质量块的编号；计算运行区间的第j个质量块从进入运行区间后移动的距离x
j
，公式表示为：x
j
＝rδ
j
其中，r为缆绳主驱动轮半径，δ
j
为质量快进入运行区间后所在轨道主驱动轮旋转角度；计算运行区间的第j个质量块与当前所处斜坡底部的距离l
j
，公式表示为：其中，k
j
为当前所处的斜坡编号，s
q
和s
k
为第q段和k段坡面的长度，z为坡面的总数；计算运行区间的第j个质量块的重力势能w
j
，公式表示为：其中，θ
k
为第k段坡面的倾斜角度，为当前所处的斜坡的倾斜角度，计算运行区间质量块的总势能，公式表示为：计算运行区间能量，公式表示为：q
mov
＝e+w。8.如权利要求1～3、5或7任一所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述上堆场能量计算模型，公式表示为：其中，n
upper
为上堆场质量块数量，m
l
为第l个质量块的质量。9.如权利要求8所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述下堆场能量计算模型，公式表示为：其中，n
lower
为下堆场质量块数量，m
e
为第e个质量块的质量。10.如权利要求1～3、5、7或9任一所述的斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法，其特征在于：所述荷电状态的计算公式表示为：

技术总结
本发明公开了一种斜坡式重力储能系统的容量与荷电状态计算方法包括，获取斜坡式重力储能系统的参数，包括缆绳主驱动轮半径，上堆场到系统零势能参考面的垂直高度，堆场到系统零势能参考面的垂直高度，系统所在地重力加速度，各段坡面的倾斜角度，各段坡面的长度，投入运行质量块的数量和各自的质量，计算出斜坡式重力储能系统的容量；获取斜坡式重力储能系统的运行状态信息，包括上堆场质量块数量，下堆场质量块数量，运行区间质量块数量，运行区间质量块的速度，计算斜坡式重力储能系统的当前能量；利用计算出的所述当前能量得到斜坡式重力储能系统的荷电状态。本方法可以解决无法获取准确的重力储能系统容量和荷电状态的问题。取准确的重力储能系统容量和荷电状态的问题。取准确的重力储能系统容量和荷电状态的问题。


技术研发人员：王斌 陈巨龙 汪玉翔 汤泽彬 龙家焕 李庆生 牟雪鹏 李震 刘大猛 罗晨 张裕 张兆丰 杨婕睿 王伟 刘康 袁浩亮
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/26