一種電池儲能電站的有功功率分配方法
2023-06-07 16:48:11
一種電池儲能電站的有功功率分配方法
【專利摘要】本發明公開了一種電池儲能電站的有功功率分配方法，通過實時採集電池機組的荷電狀態SOC值和有功功率，對儲能電站的電池機組進行分類，並計算每一類電池機組的充放電範圍；再根據每類電池機組的充放電範圍，計算電池機組的充放電調節能力，最後結合電池機組的調節能力對每臺電池機組進行有功功率的分配。這樣通過控制電池機組的充放電，使儲能電站響應電網的調度，提高了提高電網對間歇性可再生能源發電接納能力。其次，根據電池機組的實時荷電狀態對電池機組進行分類，可以減少了電池機組的啟停機次數，提高了電池儲能電站資源的利用率，延長了電池機組的使用壽命。
【專利說明】-種電池儲能電站的有功功率分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於智能電網【技術領域】，更為具體地講，涉及一種電池儲能電站的有功功 率分配方法。
【背景技術】
[0002] 儲能是提高電網對間歇性可再生能源發電接納能力的有效技術，電池儲能因其獨 特的性能，已成為優先發展方向之一。近些年來，國內外相繼開展了各種電池儲能電站的示 範應用及併網運行，理論和實踐證明，規模化電池儲能電站的引入可以有效地改善間歇式 新能源電源的運行性能與調控能力，有助於增強電網接入能力，因此，規模化儲能與小規模 分布式儲能電站在今後配電網中所佔比例將不斷增加，對未來電網發展產生積極影響。
[0003] 隨著電池及其集成技術的不斷發展，大規模分布式和集中式電池儲能電站的應用 模式將逐步成為一種優選方案。電池儲能電站中目前常用的幾種大容量儲能電池有鈉硫電 池，液流電池以及鋰電池等類型。
[0004] 通過合理控制連接在儲能設備上的換流器，高效實現儲能電站的充放電，能在很 大程度上解決由於風電及光伏發電隨機性，間歇性及波動性等帶來的發電輸出功率不穩定 的問題，並有效的解決由於風電及光伏發電波動給電網頻率波動帶來的電能質量等問題。
[0005] 從電池儲能的角度來說，過度的充電和放電都會對電池的壽命造成影響。因此，根 據電池荷電狀態，在儲能電站內部合理分配好總有功功率需求，並將電池的荷電狀態控制 在一定範圍內是十分必要的。
[0006] 目前有關電池儲能電站的有功功率分配方面的專利、文獻、技術報告等非常少，需 要深入研究和探索。本發明結合各儲能機組的實時工作狀態，提出了一種規模化電池儲能 電站併網運行時的有功功率分配策略，使電池儲能電站既能響應電網調度，又能運行在本 地控制模式下，對新能源發電波動進行平抑。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種電池儲能電站的有功功率分配 方法，通過對電池機組的荷電狀態和充放電功率的控制，提高電網對間歇性可再生能源發 電接納能力，並延長電池機組的使用壽命。
[0008] 為實現上述發明目的，本發明一種電池儲能電站的有功功率分配方法，其特徵在 於，包括以下步驟：
[0009] (1)、採集電池儲能電站中所有電池機組的S0C值和當前時刻t的輸出有功功率 PMreal(t)，M表示電池儲能電站中第M臺電池機組；以及電池儲能電站中併網點的總有功 功率P KEAU和上級電網對電池儲能電站的有功功率調度值PSETT ;
[0010] (2)、根據步驟（1)採集的S0C值，對所有的電池機組進行分類，再確定每類電池機 組的充放電功率範圍；
[0011] ⑶、根據步驟⑴採集的輸出有功功率PMreal⑴和步驟⑵確定的充放電功率 範圍，計算出每類電池機組進行充放電時的功率調節能力；
[0012] (4)、將步驟⑴採集的總有功功率PKEAU和獲取的有功功率調度值PSETT作差，計算 出有功功率的差值△ P，再結合電池機組的機組類別、充放電的功率調節能力對電池儲能電 站進行有功功率分配。
[0013] 本發明的發明目的是這樣實現的：
[0014] 本發明一種電池儲能電站的有功功率分配方法，通過實時採集電池機組的荷電狀 態S0C值和有功功率，對儲能電站的電池機組進行分類，並計算每一類電池機組的充放電 範圍；再根據每類電池機組的充放電範圍，計算電池機組的充放電調節能力，最後結合電池 機組的調節能力對每臺電池機組進行有功功率的分配。這樣通過控制電池機組的充放電， 使儲能電站響應電網的調度，提高了提高電網對間歇性可再生能源發電接納能力。其次，根 據電池機組的實時荷電狀態對電池機組進行分類，可以減少了電池機組的啟停機次數，提 高了電池儲能電站資源的利用率，延長了電池機組的使用壽命。
[0015] 同時，本發明一種電池儲能電站的有功功率分配方法還具有以下有益效果：
[0016] (1)、本發明電池儲能電站的有功功率分配方法，在實際工程應用中易於實現和掌 握，通過該方法可實現電池儲能電站有功功率分配及運行狀態監控的控制目標；
[0017] (2)、本發明電池儲能電站的有功功率分配方法，使電池儲能電站既能響應電網調 度，又能運行在本地控制模式下，對新能源發電波動進行平抑；
[0018] (3)、同傳統的有功功率平均分配方法相比，本發明根據S0C值對儲能電站的機組 進行了分類，實現了機組的最小啟停機次數，提高了電池儲能電站資源的利用率，又兼顧了 有功功率響應和儲能設備使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明一種電池儲能電站的有功功率分配方法的原理圖；
[0020] 圖2是在功率調度模式下，儲能電站總功率曲線圖；
[0021] 圖3是在功率調度模式下，各儲能機組的S0C值曲線圖；
[0022] 圖4是在功率調度模式下，各儲能機組的實際有功功率曲線圖；
[0023] 圖5是在波動平抑模式下，儲能電站的有功功率控制響應曲線圖；
[0024] 圖6是在波動平抑模式下，各儲能機組的S0C值曲線圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地 理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許 會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。
[0026] 實施例
[0027] 圖1是本發明一種電池儲能電站的有功功率分配方法的原理圖。
[0028] 在本實施例中，電池儲能電站的有功功率分配的原理圖，如圖1所示，主要包括電 池機組、機組分類模塊和功率分配模塊；電池儲能電站工作運行後，其具體的有功功率分配 方法如下：
[0029] -種電池儲能電站的有功功率分配方法，包括以下步驟：
[0030] S1、採集電池儲能電站中所有電池機組的S0C值和當前時刻t的輸出有功功率 PMreal(t)，M表示電池儲能電站中第M臺電池機組；以及電池儲能電站中併網點的總有功 功率P KEAU和上級電網對電池儲能電站的有功功率調度值PSETT ;
[0031] S2、根據步驟S1採集的S0C值，對所有的電池機組進行分類，再確定每類電池機組 的充放電功率範圍；
[0032] S3、根據步驟S1採集的輸出有功功率PMreal (t)和步驟S2確定的充放電功率範 圍，計算出每類電池機組進行充放電時的功率調節能力；
[0033] S4、將步驟S1採集的總有功功率PKEAU和獲取的有功功率調度值PSETT作差，計算出 有功功率的差值△ P，再結合電池機組的機組類別、充放電的功率調節能力對電池儲能電站 進行有功功率分配。
[0034] 下面針對上述四個步驟進行詳細說明，具體如下：
[0035] S1、採集電池儲能電站中所有電池機組的S0C值和當前時刻t的輸出有功功率 PMreal(t)，M表示電池儲能電站中第M臺電池機組；以及電池儲能電站中併網點的總有功 功率P KEAU和上級電網對電池儲能電站的有功功率調度值PSETT ;
[0036] 本實施例中，可以採用傳感器採集上述指標參數。
[0037] S2、根據步驟S1採集的S0C值，機組分類模塊對所有的電池機組進行分類，再確定 每類電池機組的充放電功率範圍；
[0038] S2. 1、將電池機組的S0C值G [0, a)的電池機組分為第一類，記為Si，該類電池機 組的充放電功率範圍為：0< Pi < PH，對應的電池狀態為：過放；
[0039] S2. 2、將電池機組的S0C值G [a，b)的電池機組分為第二類，記為S2，該類電池機 組的充放電功率範圍為：P DMAX < P2 < P0"，對應的電池狀態為：較低；
[0040] S2. 3、將電池機組的S0C值G [b，1-b)的電池機組分為第三類，記為S3，該類電池 機組的充放電功率範圍為：PDMAX < P3 < P0"，對應的電池狀態為：正常；
[0041] S2. 4、將電池機組的S0C值G [l-b，l-a)的電池機組分為第四類，記為S4，該類電 池機組的充放電功率範圍為：PDMAX < P4 < Pa"，對應的電池狀態為：較高；
[0042] S2. 5、將電池機組的S0C值G [1-a，1)的電池機組分為第五類，記為S5，該類電池 機組的充放電功率範圍為：PDMAX < P5 < P0"，對應的電池狀態為：充滿；
[0043] S2. 6、將電池機組S0C值未知，如因傳感器故障等，沒有採集到S0C值的電池機組 分為第六類，記為s6,該類電池機組的充放電功率範圍為0,對應的電池狀態為：故障；
[0044] 其中，a和b為電池機組的S0C區間分類常數，且a 0, 為s5類電池機組的限制放電功率值，且為s2至s4類電池機組的最大充電功率 值，且P〇M > 〇, PDMA)(為電池機組的最大放電功率值，且Pm? < 〇。
[0045]
【權利要求】
1. 一種電池儲能電站的有功功率分配方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 、採集電池儲能電站中所有電池機組的SOC值和當前時刻t的輸出有功功率 PMreal(t),M表示電池儲能電站中M臺電池機組；以及電池儲能電站中併網點的總有功功 率PKEm和上級電網對電池儲能電站的有功功率調度值PSETT ; (2) 、根據步驟（1)採集的SOC值，對所有的電池機組進行分類，再確定每類電池機組的 充放電功率範圍； (3) 、根據步驟⑴採集的輸出有功功率PMreal⑴和步驟⑵確定的充放電功率範圍， 計算出每類電池機組進行充放電時的功率調節能力； (4) 、將步驟（1)採集的總有功功率PKEAU和獲取的有功功率調度值PSETT作差，計算出有 功功率的差值AP，再結合電池機組的機組類別、充放電的功率調節能力對電池儲能電站進 行有功功率分配。
2. 根據權利要求1所述的電池儲能電站的有功功率分配方法，其特徵在於，所述的步 驟（2)中對電池機組進行分類，以及確定對應類別電池機組的充放電功率範圍的方法為： S2. 1、將電池機組的S0C值G[〇，a)的電池機組分為第一類，記為Si，該類電池機組的 充放電功率範圍為：〇<Pi<PH，對應的電池狀態為：過放； S2. 2、將電池機組的S0C值G(a，b)的電池機組分為第二類，記為S2，該類電池機組的 充放電功率範圍為：PDMAX <P2 <P〇"，對應的電池狀態為：較低； S2. 3、將電池機組的S0C值G[b，1-b)的電池機組分為第三類，記為S3，該類電池機組 的充放電功率範圍為：PDMAX <P3 <P〇"，對應的電池狀態為：正常； S2. 4、將電池機組的S0C值G[1-b，1-a)的電池機組分為第四類，記為S4，該類電池機 組的充放電功率範圍為：PDMAX <P4 <P〇"，對應的電池狀態為：較高； S2.5、將電池機組的S0C值G[l-a，l)的電池機組分為第五類，記為S5，該類電池機組 的充放電功率範圍為：PDMAX <P5 <P〇"，對應的電池狀態為：充滿； S2. 6、將電池機組S0C值為未知的電池機組分為第六類，記為S6，該類電池機組的充放 電功率範圍為0,對應的電池狀態為：故障； 其中，8和13為電池機組的50(：區間分類常數，且&<13，&，13￡(〇，1)。？ 1表示第1類 機組的充放電能力；當功率PKEAU正值時，表示電池機組處於充電狀態，當功率PKEAU為負值 時，表示電池機組處於放電狀態；PH為Si類電池機組的限制充電功率值，且PH > 0, 為S5 類電池機組的限制放電功率值，且 〇,Pma)(為電池機組的最大放電功率值，且Pmax< 〇。
3. 根據權利要求1所述的電池儲能電站的有功功率分配方法，其特徵在於，所述的步 驟（3)中計算每類電池機組進行充放電時的功率調節能力的方法為： 設第i類電池機組中第m臺電池機組在當前時刻t的輸出有功功率為Pmireal(t)，第i類電池機組中第m臺電池機組的充電上調能力為APi&(m_i)，第i類電池機組中第m臺 電池機組的充電下調能力為APiM(m_i)，第i類電池機組中第m臺電池機組的放電上調能 力為APito(m_i)，第i類電池機組中第m臺電池機組的放電下調能力為APiDd(m_i)，其中i =1，2,…，6; (3. 1)、當i= 1時，即在第一類電池機組Si中，滿足以下條件：
AP1Dr(m_l) = 0APiDd(m_l) =〇 第一類電池機組Si具有充電調節能力，無放電調節能力； (3. 2)、當ie[2, 4]時，即在第二類至第四類電池機組（S2?S4)中，滿足以下條件：
第S2、S3、S4類電池機組具有放電和充電調節的能力； (3. 3)、當i= 5時，即在第五類電池機組S5中，滿足以下條件：
AP5Cr (m_5) = 0AP5Cd (m_5) = 0 第五類電池機組&具有放電調節能力，無充電調節能力； (3. 4)、當i= 6時，即第六類電池機組S6中，該類電池機組無功率調節能力，即功率調 節能力置為0。
4.根據權利要求1所述的電池儲能電站的有功功率分配方法，其特徵在於，所述的步 驟（4)中對電池儲能電站進行有功功率分配的方法為： 設mi表示第i類機組的總臺數，變量k= 1，2,…，mi,變量j= 1，2,…，6,則第i類電 池機組中第m臺電池機組下一控制周期的有功功率設定值為Pmiref(t+1); 根據有功功率的差值AP和總有功功率PKEAU的取值，確定電池儲能電站的有功功率分 配，具體如下： (4. 1)、當PKEAU彡0,AP彡0時，儲能電站當前控制周期處於充電狀態，儲能電站中S5 和&類電池機組的調度功率全部置為0,且下一控制周期為增加充電功率，儲能電站的調度 順序為Si-S2-S3-S4，對應的有功功率的分配為：
>時，調度Si類電池機組增加充電功率，且電池機組下一控制周 期的有功功率設定值為：
時（x= 2, 3, 4)，調度Si至Sx類機組增加 充電功率，且電池機組下一周期的有功功率設定值為：
時，儲能電站的全部可調度電池機組以最大充電功率輸出，且 電池機組下一周期的有功功率設定值為：
(4. 2)、當PKEAU彡0,AP< 0時，儲能電站當前控制周期處於充電狀態，儲能電站中S5 和&類電池機組的調度功率全部置為0,且在下一控制周期為減小充電功率，儲能電站的調 度順序為S4-S3-S2-Si，對應的有功功率的分配為：
時，調度S4類電池機組減少充電功率，且電池機組下一周期 的有功功率設定值為：
I時（X= 3, 2, 1)，調度S4至Sx類機組減少 充電功率，且電池機組下一周期的有功功率設定值為：
時，整個儲能電站全部可調度電池機組以最小充電功率輸 出，且電池機組下一周期的有功功率設定值為： Pmjref(t+1) = 0(i= 1，2, 3, 4) (4. 3)、當PKEAU < 0,AP彡0時，儲能電站當前控制周期處於放電狀態，Si和S6類電池 機組的調度功率全部置為〇,且下一控制周期為減小放電功率，則調度順序為s2-s3-s4-s5， 對應的有功功率的分配為：
時，調度S2類電池機組減少放電功率，且電池機組下一周期 的有功功率設定值為：
時（x= 3, 4, 5)，調度S2至Sx類機組減小 放電功率，且電池機組下一周期的有功功率設定值為：
時，整個儲能電站全部可調度電池機組以最小放電功率輸出， 且電池機組下一周期的有功功率設定值為： Pmjref(t+1) = 0(i= 2, 3, 4, 5) (4. 4)、當PKEAU < 0,AP< 0時，儲能電站當前控制周期處於放電狀態，Si和S6電池機 組的調度功率全部置為〇,且下一控制制周期為增加放電功率，則調度順序為s5-s4-s3-s2， 對應的有功功率的分配為：
時，調度S5類電池機組增加放電功率，且電池機組下一周期 的有功功率設定值為：
時，調度S5至Sx類機組增加放電功率，且 電池機組下一周期的有功功率設定值為：
時，整個儲能電站全部可調度電池機組以最大放電功率輸出， 且電池機組下一周期的有功功率設定值為：
【文檔編號】H02J3/32GK104410094SQ201410785544
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】李凱, 鄒見效, 梁政鋒, 李夢書, 徐紅兵, 馬蘭 申請人:電子科技大學