專利名稱：兆瓦級液流電池儲能電站實時功率控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)以及能量存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于大功率大容量兆瓦級液流電池儲能電站的實時功率控制方法，尤其適用于大規(guī)模風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中兆瓦級電池儲能電站的電池功率及電池能量管理方法。
背景技術(shù)：
國家風(fēng)光儲輸示范工程是國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)首批試點工程，以“電網(wǎng)友好型”新能源發(fā)電為目標(biāo)，以“先進(jìn)性、靈活性、示范性、經(jīng)濟(jì)性”為特點，是目前世界上規(guī)模最大、集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程。其中，國家風(fēng)光儲輸示范工程(一期)擬建設(shè)風(fēng)電100MW、光伏發(fā)電40MW和儲能裝置20MW(包含14MW磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)、2麗全釩液流電池儲能系統(tǒng)、4MW鈉硫電池儲能系統(tǒng))。隨著液流電池及其集成技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用液流電池儲能電站去實現(xiàn)平滑風(fēng)光功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷、暫態(tài)有功出力緊急響應(yīng)、暫態(tài)電壓緊急支撐等多種應(yīng)用，已成為了一種可行方案。其中關(guān)鍵問題之一，是掌握集成化的大規(guī)模液流電池儲能電站綜合控制技術(shù)。通過合理控制連接在儲能設(shè)備上的換流器,高效實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的充放電，能在很大程度上解決由于風(fēng)電及光伏發(fā)電隨機(jī)性、間歇性及波動性等帶來的風(fēng)光發(fā)電輸出功率不穩(wěn)定問題，以滿足風(fēng)力及太陽能發(fā)電的并網(wǎng)新需求，并有效解決由于風(fēng)電及光伏發(fā)電波動給電網(wǎng)頻率波動帶來的電能質(zhì)量等問題。從電池儲能的角度來說，過度的充電和過度的放電都會對電池的壽命造成影響。因此，監(jiān)控好電池荷電狀態(tài)、在儲能電站內(nèi)部合理分配好總功率需求值，并將電池的荷電狀態(tài)控制在一定范圍內(nèi)是必要的。兆瓦級大功率液流電池儲能系統(tǒng)中，液流電池儲能系統(tǒng)的內(nèi)部功率損耗(以下簡稱功耗)是必須考慮的實際問題。以某175千瓦液流電池儲能子單元為例，當(dāng)處于系統(tǒng)熱備狀態(tài)時，為了維持液流電池儲能子單元的正常工作，約有11%上下的系統(tǒng)功耗，并通過由電網(wǎng)側(cè)供電來補(bǔ)償。而且，隨著交流并網(wǎng)側(cè)充放電功率的變化，系統(tǒng)功耗也隨之改變。目前有關(guān)基于兆瓦級大功率大容量液流電池儲能電站的總功率實時控制方面的專利、文獻(xiàn)、技術(shù)報告等非常少，需要深入研究和探索。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種操作方便、易于實現(xiàn)的兆瓦級液流電池儲能電站的實時功率控制方法。本發(fā)明的控制法方是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種基于規(guī)則的兆瓦級液流電池儲能電站實時功率分配方法，該方法包括以下步驟:步驟A，實時讀取液流電池儲能電站的總功率需求值和該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并對上述總功率需求值和運行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理；步驟B，根據(jù)液流電池儲能電站的總功率需求值來判斷液流電池儲能電站的狀態(tài)，并通過相應(yīng)的預(yù)設(shè)規(guī)則來計算液流電池儲能電站中各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；步驟C，對各液流電池儲能子單元的初始功率命令值進(jìn)行實時診斷和修正，以確定待分配給各液流電池儲能子單元的功率命令值(P1、P2----Pe ；R為液流電池儲能子單元個數(shù))；步驟D，將待分配給各液流電池儲能子單元的功率命令值進(jìn)行匯總后輸出至液流電池儲能電站，以實現(xiàn)對各電池儲能子單元進(jìn)行功率分配和對電池儲能電站的實時功率控制。其中，在步驟A中，所述相關(guān)運行數(shù)據(jù)包括:液流電池儲能電站中各液流電池儲能子單元的可控狀態(tài)值、荷電狀態(tài)(簡稱S0C)值、最大允許放電功率和最大允許充電功率等。其中，所述步驟B包括如下步驟:判斷液流電池儲能電站的狀態(tài)；當(dāng)液流電池儲能電站總功率需求值為正值時，表示該液流電池儲能電站將處于放電狀態(tài)，則基于第一預(yù)設(shè)規(guī)則計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求值為負(fù)值時，表示該液流電池儲能電站將處于充電狀態(tài)，則基于第二預(yù)設(shè)規(guī)則計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求值為零時,表示該液流電池儲能電站將處于零功率的熱備用狀態(tài)，則基于第三預(yù)設(shè)規(guī)則計算各液流電池儲能子單元的功率命令值。其中，所述第一預(yù)設(shè)規(guī)則包括:Bll)當(dāng)液流電池儲能電站總功率需求值加上該儲能電站中所有可控液流電池儲能子單元的平均功耗值之和的總和占該儲能電站所有可控液流電池儲能子單元最大允許放電功率總和的比例值大于等于預(yù)設(shè)值時，則通過下式求取所有液流電池儲能子單元的初始功率命令值:.
權(quán)利要求
1.一種兆瓦級液流電池儲能電站實時功率控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟A，實時讀取液流電池儲能電站的總功率需求值和該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并對上述總功率需求值和相關(guān)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲； 步驟B，根據(jù)液流電池儲能電站的總功率需求值和該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，計算液流電池儲能電站中各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 步驟C，對各液流電池儲能子單元的初始功率命令值進(jìn)行實時診斷和修正，以確定各液流電池儲能子單元的功率命令值； 步驟D，將各液流電池儲能子單元的功率命令值進(jìn)行匯總后輸出至液流電池儲能電站。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A中，所述相關(guān)運行數(shù)據(jù)包括:液流電池儲能電站中各液流電池儲能子單元的可控狀態(tài)值Up荷電狀態(tài)值SOCp最大允許放電功率if 和最大允許充電功率if。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: 判斷液流電池儲能電站的狀態(tài)； 當(dāng)液流電池儲能電站總功率需求值為正值時，表示該液流電池儲能電站將處于放電狀態(tài)，則基于第一預(yù)設(shè)規(guī)則計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求值為負(fù)值時，表示該液流電池儲能電站將處于充電狀態(tài)，則基于第二預(yù)設(shè)規(guī)則計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求值為零時，表示該液流電池儲能電站將處于零功率的熱備用狀態(tài)，則基于第三預(yù)設(shè)規(guī)則設(shè)置各液流電池儲能子單元的功率命令值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 所述第一預(yù)設(shè)規(guī)則包括: Bll)當(dāng)液流電池儲能電站總功率需求值PiIft加上該儲能電站中所有可控液流電池儲能子單元的平均功耗值之和的總和占該儲能電站所有可控液流電池儲能子單元最大允許放電功率總和的比例值大于等于預(yù)設(shè)值時，則通過下式求取所有液流電池儲能子單元的初始功率命令值:
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于， 步驟B32中，所述最大允許放電功率約束條件為:液流電池儲能子單元的功率命令值小于等于該子單兀的最大允許放電功率； 步驟B32中，所述根據(jù)電網(wǎng)供電約束條件直接設(shè)置各液流電池儲能子單元的功率命令值并進(jìn)行相應(yīng)處理的具體步驟包括: 如果允許從電網(wǎng)側(cè)取電給液流電池儲能子單元，以維持零功率熱備運行狀態(tài)時，則令該子單元的功率命令值為零，并使用電網(wǎng)側(cè)取電供給該液流電池儲能子單元功耗； 如果不允許從電網(wǎng)側(cè)取電給該液流電池儲能子單元，以維持零功率熱備運行狀態(tài)時，則令該子單元的功率命令值為零，并對該液流電池儲能子單元做停機(jī)處理。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述和# 的取值范圍為0.7 0.9 ο
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟C中，首先對步驟B計算出的各液流電池儲能子單元初始功率命令值進(jìn)行實時診斷，判斷是否有違反各液流電池儲能子單元最大允許充、放電功率約束條件的情況發(fā)生:如有違反的，則進(jìn)行在線修正和再計算；如沒有，則直接將步驟B計算出的相應(yīng)液流電池儲能子單元的初始功率命令值直接設(shè)為該子單元的功率命令值。
8.如權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，步驟C的具體方法包括: 步驟Cl、當(dāng)液流電池儲能電站總功率需求值為正值時，表示該儲能電站將處于放電狀態(tài)，則計算各液流電池儲能子單元功率命令值的方法包括: Cll)判斷所有液流電池儲能子單元的初始功率命令值是否滿足最大允許放電功率約束條件，該條件為:液流電池儲能子單元的初始功率命令值小于等于該子單元的最大允許放電功率；當(dāng)有任一電池儲能子單元的初始功率命令值違反該條件時，則計算違反該條件的電池儲能子單元個數(shù)N、并將相應(yīng)電池儲能子單元的最大允許放電功率設(shè)為其功率命令值Pi ; C12)通過下式計算其余R-N個沒有被限制在最大允許放電功率的液流電池儲能子單元功率命令值Pj:
9.一種兆瓦級液流電池儲能電站實時功率控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 通訊模塊，用于實時讀取液流電池儲能電站的總功率需求值和該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，以及將各液流電池儲 能子單元的功率命令值輸出至液流電池儲能電站； 數(shù)據(jù)存儲與管理模塊，用于存儲液流電池儲能電站的總功率需求值和該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以及將實時功率校正模塊返回的各液流電池儲能子單元的功率命令值匯總后傳至通訊模塊； 總功率初始分配控制模塊，用于根據(jù)液流電池儲能電站總功率需求值來判斷液流電池儲能電站的狀態(tài)，并計算相應(yīng)狀態(tài)時各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；和 實時功率校正模塊，用于對各液流電池儲能子單元的初始功率命令值進(jìn)行實時診斷和修正，以確定各液流電池儲能子單元的功率命令值。
10.如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總功率初始分配控制模塊包括: 判斷模塊，用于判斷液流電池儲能電站的狀態(tài):當(dāng)液流電池儲能電站的總功率需求值為正值時，表示該電池儲能電站將處于放電狀態(tài)，則通過第一執(zhí)行模塊計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；當(dāng)液流電池儲能電站的總功率需求值為負(fù)值時，表示該電池儲能電站將處于充電狀態(tài)，則通過第二執(zhí)行模塊計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；當(dāng)液流電池儲能電站的總功率需求值為零時，表示該電池儲能電站將處于零功率狀態(tài)，則通過第三執(zhí)行模塊計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 第一執(zhí)行模塊，用于當(dāng)液流電池儲能電站將處于放電狀態(tài)時，計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 第二執(zhí)行模塊，用于當(dāng)液流電池儲能電站將處于充電狀態(tài)時，計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；和 第三執(zhí)行模塊，用于當(dāng)液流電池儲能電站將處于零功率狀態(tài)時，計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值。
11.如權(quán)利要求10所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一執(zhí)行模塊包括: 第一執(zhí)行子單元I，用于當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求占該儲能電站當(dāng)前各可控液流電池儲能子單元最大允許放電功率總和的比例值大于等于時，計算各液流電池儲能子單兀的初始功率命令值；和第一執(zhí)行子單元II，用于當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求占該儲能電站當(dāng)前各可控液流電池儲能子單元最大允許放電功率總和的比例值小于時，計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 所述第二執(zhí)行模塊包括: 第二執(zhí)行子單元I，用于當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求占該儲能電站當(dāng)前各可控液流電池儲能子單元最大允許充電功率總和的比例值大于等于時，計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 第二執(zhí)行子單元II，用于當(dāng)液流電池儲能電站當(dāng)前總功率需求占該儲能電站當(dāng)前各可控液流電池儲能子單元最大允許充電功率總和的比例值小于時，計算各液流電池儲能子單元的初始功率命令值； 所述第三執(zhí)行模塊，用于判斷液流電池儲能子單元的功率命令值是否滿足最大允許放電功率約束條件，如果有液流電池儲能子單元違反該約束條件，則進(jìn)一步根據(jù)電網(wǎng)供電約束條件計算各液流電池儲能子單元的功率命令值并進(jìn)行相應(yīng)處理。
12.如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述實時功率校正模塊包括: 實時診斷單元，用于對各液流電池儲能子單元的初始功率命令值進(jìn)行實時診斷，看是否有違反各液流電池儲能子單元最大允許放電功率及最大允許充電功率限制的情況發(fā)生；和 計算單元，用于根據(jù)實時診斷單元的診斷結(jié)果，進(jìn)行在線修正和再計算或者直接將各液流電池儲能子單元的初始功率命令值設(shè)置為各液流電池儲能子單元功率命令值。
13.如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元包括: 第一計算子單元，用于當(dāng)液流電池儲能電站將處于放電狀態(tài)時，如果發(fā)生任一液流電池儲能子單元的初始命令值大于其最大允許放電功率的情況時，則查找滿足上述情況的電池儲能子單元個數(shù)，并將這些液流電池儲能子單元的最大允許放電功率設(shè)定為其功率命令值，余下各電池儲能子單元的功率命令值重新計算；和 第二計算子單元，用于當(dāng)液流電池儲能電站將處于充電狀態(tài)時，如果發(fā)生任一液流電池儲能子單元的初始命令值違反其最大允許充電功率限制的情況時，則查找滿足上述情況的液流電池儲能子單元個數(shù)，并將這些液流電池儲能子單元的最大允許充電功率設(shè)定為其功率命令值，余下各液流電池儲能子單元的功率命令值重新計算。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種兆瓦級液流電池儲能電站實時功率控制方法及其系統(tǒng)，該方法包括A)實時讀取液流電池儲能電站的總功率需求值和該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并對各數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理；B)計算液流電池儲能電站中各液流電池儲能子單元的初始功率命令值；C)計算待分配給各液流電池儲能子單元的功率命令值；D)將各液流電池儲能子單元的功率命令值進(jìn)行匯總后輸出至液流電池儲能電站。該系統(tǒng)包括通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲與管理模塊、總功率初始分配控制模塊和實時功率校正模塊。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)具有操作方便、在實際應(yīng)用中易于實現(xiàn)和掌握等優(yōu)點，可實現(xiàn)對兆瓦級液流電池儲能電站實時功率的有效控制和分配目的。
文檔編號H02J3/28GK103187733SQ20111045924
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者李相俊, 惠東, 王立業(yè), 徐 明, 劉漢民 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲示范電站有限公司