一种能量型和功率型混合储能协调控制方法 |
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| 申请号 | CN201410686194.5 | 申请日 | 2014-11-25 | 公开(公告)号 | CN104362658A | 公开(公告)日 | 2015-02-18 |
| 申请人 | 国家电网公司; 国电南瑞科技股份有限公司; 江苏省电力公司; 江苏省电力公司南京供电公司; 国电南瑞南京控制系统有限公司; | 发明人 | 孙国城; 洪涛; 林弘宇; 赵景涛; 唐斐; 金涛; 韦磊; 赵新建; 李海峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 能量 型和功率型混合储能协调控制方法，功率型储能装置遵循优先响应的原则，在尽量满足微 电网 建设者主要目的的情况下，不仅调节了 波动 频率 高、波动幅度大的短期波动，又调节了波动周期长、调节容量大的较长时间的波动，保证了混合储能系统的使用寿命，充分利用分布式 可再生 能源 ，保障供电可靠性的同时避免 风 、光 可再生能源 电能 的浪费，提高可再生能源的利用率，具有良好的应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种能量型和功率型混合储能协调控制方法，其特征在于：混合储能系统，包括功率型储能装置和能量型储能装置，具体控制方法，包括以下步骤， |
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| 说明书全文 | 一种能量型和功率型混合储能协调控制方法技术领域[0001] 本发明涉及分布式电源技术领域，具体涉及一种能量型和功率型混合储能协调控制方法。 背景技术[0002] 风力发电和光伏发电等可再生能源的分布式电源的输出特性受自然因素的影响，具有随机性、波动性，并网运行后，对电网产生不利影响。储能技术正好能弥补可再生能源的分布式电源的不足，储能根据其响应速度、调节能力等特点分为能量型和功率型。针对波动频率高、波动幅度大的短期波动，应采用功率型储能进行调节；针对波动周期长、调节容量大的较长时间的波动，应采用能量型储能进行调节；由于可再生能源的分布式电源具有两种波动的特点，因此，应用能量型/功率型混合储能进行协调控制，常见的混合储能形式有不同蓄电池组合、蓄电池/超级电容、蓄电池/超导储能等。 [0003] 目前，已有的微电网储能调度策略，对含有普通负荷的微电网进行调度，即：实时判断电网电压和电网频率，根据频率偏差动态调度储能能量，能减小频率波动幅度和客服系统频率振荡加剧；并根据发电电量和负荷需求情况，能量型储能荷电状态判断储能充放电运行方式，目前，微电网中多采用价格较低的储能电池作为光伏发电和负荷的平衡，而深度放电对电池的寿命有严重的影响。 [0004] 中国专利号201020624601公开了一种电池储能监控调度系统，调度控制系统根据电网负荷预测系统生成的电网预测生成的电网预测和电池储能监控系统发送的各项信息，判断充放电模式，并将命令发送至电网接入系统和电池管理系统，控制储能电池组通过电网接入系统接入电网，并通过变电站系统变压后，与电网进行充放电操作，这种方法若用于含旋转负荷的微电网，要求储能电池有足够大的容量，影响其经济性； [0005] 中国专利号CN201410124542，混合储能微网系统截止频率确定方法及输出功率控制方法，针对现有混合储能微网系统利用穷举法确定截止频率所带来的输出功率幅值波动、适应性较差等方面的不足，利用经验模态分解技术将微电源输出功率分解为不同瞬时频率等级的分量，从而得到对电源侧输出功率进行高低分频的最佳截止频率，根据独立微网供电功率平滑度指标动态调整截止频率，并按照动态调整的截止频率控制微网输出功率，其控制方式过于复杂，处理时间长，不方便实时调节，电网稳定性不佳。 发明内容[0006] 本发明所解决的技术问题是克服现有技术中对能量型和功率型混合储能协调控制的不足。本发明的能量型和功率型混合储能协调控制方法，能够有效保证电网稳定，并有效提高储能系统使用寿命，充分利用分布式可再生能源，保障供电可靠性的同时避免风、光可再生能源电能的浪费，提高可再生能源的利用率，具有良好的应用前景。 [0007] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： [0008] 一种能量型和功率型混合储能协调控制方法，其特征在于：混合储能系统，包括功率型储能装置和能量型储能装置，具体控制方法，包括以下步骤， [0009] 步骤(1)，判断微电网中分布式电源输出功率与系统负荷需求功率的大小，若分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率时，执行步骤(2)；若分布式电源输出功率小于系统负荷需求功率时，执行步骤(6)； [0010] 步骤(2)，微网能量管理系统采集功率型储能荷电量SOC1，若功率型储能荷电量SOC1低于其荷电状态的最小值时，执行步骤(3)；若功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(4)；若功率型储能荷电量荷电状态SOC1高于其荷电状态的最大值时，执行步骤(5)； [0011] 步骤(3)，控制系统切除能量型储能装置，并以恒功率方式对功率型储能装置充电，消耗分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，直至功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(4)； [0012] 步骤(4)，控制系统对能量型储能装置充电，并按照能量型储能装置的最大充电功率进行充电，消耗分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，直至功率型储能荷电量荷电状态SOC1高于其荷电状态的最大值时，执行步骤(5)； [0013] 步骤(5)，控制系统切除功率型储能装置，微网能量管理系统采集能量型储能荷电量SOC2，若能量型储能荷电量SOC2低于其荷电状态的最大值时，能量型储能继续充电；若能量型储能荷电量SOC2高于其荷电状态的最大值时，控制系统切除能量型储能装置，消耗分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，微电网并网运行时将多余电量并入微电网，若微电网处于离网运行，切除部分分布式发电单元； [0014] 步骤(6)，微网能量管理系统采集功率型储能荷电量SOC1，若功率型储能荷电量SOC1低于其荷电状态的最小值时，执行步骤(7)；若功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(8)；若率型储能荷电量SOC1和能量型储能荷电量SOC2同时低于其荷电状态的最小值时，布式电源输出功率与系统负荷需求功率的差额，通过微电网补齐； [0015] 步骤(7)，控制系统切除功率型储能装置，微网能量管理系统采集能量型储能荷电量SOC2，若能量型储能荷电量SOC2高于其荷电状态的最小值时，控制系统控制其放电，填补分布式电源输出功率与系统负荷需求功率差额；若能量型储能荷电量SOC2低于其荷电状态的最小值时，分布式电源输出功率与系统负荷需求功率的差额，通过微电网补齐； [0016] 步骤(8)，控制系统控制功率型储能装置对外放电，填补分布式电源输出功率与系统负荷需求功率差额，若无法填补功率差额，微网能量管理系统采集能量型储能荷电量SOC2，控制系统控制其放电，填补分布式电源输出功率与系统负荷需求功率差额；若能量型储能荷电量SOC2低于其荷电状态的最小值时，分布式电源输出功率与系统负荷需求功率的差额，通过微电网补齐。 [0017] 本发明的有益效果是：本发明的能量型和功率型混合储能协调控制方法，在尽量满足微电网建设者主要目的的情况下，不仅调节了波动频率高、波动幅度大的短期波动，又调节了波动周期长、调节容量大的较长时间的波动，保证了混合储能系统的使用寿命，充分利用分布式可再生能源，保障供电可靠性的同时避免风、光可再生能源电能的浪费，提高可再生能源的利用率，具有良好的应用前景。附图说明 [0018] 图1是本发明的微电网发电系统的系统框图。 [0019] 图2是本发明的混合储能系统充放电控制的逻辑图。 具体实施方式[0021] 如图1所示，微电网发电系统包括风机、光伏组件、能量型储能装置、功率型储能装置、逆变器、微电网能量管理系统(控制系统)，当进行混合储能系统时，混合储能系统，包括功率型储能装置和能量型储能装置，本发明的能量型和功率型混合储能协调控制方法，采用功率型储能装置遵循优先响应的原则，具体控制方法，包括以下步骤，[0022] 步骤(1)，判断微电网中分布式电源输出功率与系统负荷需求功率的大小，若分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率时，执行步骤(2)；若分布式电源输出功率小于系统负荷需求功率时，执行步骤(6)； [0023] 步骤(2)，微网能量管理系统采集功率型储能荷电量SOC1，若功率型储能荷电量SOC1低于其荷电状态的最小值时，执行步骤(3)；若功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(4)；若功率型储能荷电量荷电状态SOC1高于其荷电状态的最大值时，执行步骤(5)； [0024] 步骤(3)，控制系统切除能量型储能装置，并以恒功率方式对功率型储能装置充电，消耗分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，直至功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(4)； [0025] 步骤(4)，控制系统对能量型储能装置充电，并按照能量型储能装置的最大充电功率进行充电，消耗分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，直至功率型储能荷电量荷电状态SOC1高于其荷电状态的最大值时，执行步骤(5)； [0026] 步骤(5)，控制系统切除功率型储能装置，微网能量管理系统采集能量型储能荷电量SOC2，若能量型储能荷电量SOC2低于其荷电状态的最大值时，能量型储能继续充电；若能量型储能荷电量SOC2高于其荷电状态的最大值时，控制系统切除能量型储能装置，消耗分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，微电网并网运行时将多余电量并入微电网，若微电网处于离网运行，应切除部分分布式发电单元； [0027] 步骤(6)，微网能量管理系统采集功率型储能荷电量SOC1，若功率型储能荷电量SOC1低于其荷电状态的最小值时，执行步骤(7)；若功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(8)； [0028] 步骤(6)，微网能量管理系统采集功率型储能荷电量SOC1，若功率型储能荷电量SOC1低于其荷电状态的最小值时，执行步骤(7)；若功率型储能荷电量SOC1处于其荷电状态的最大值和最小值之间时，执行步骤(8)；若率型储能荷电量SOC1和能量型储能荷电量SOC2同时低于其荷电状态的最小值时，布式电源输出功率与系统负荷需求功率的差额，通过微电网补齐； [0029] 步骤(7)，控制系统切除功率型储能装置，微网能量管理系统采集能量型储能荷电量SOC2，若能量型储能荷电量SOC2高于其荷电状态的最小值时，控制系统控制其放电，填补分布式电源输出功率与系统负荷需求功率差额；若能量型储能荷电量SOC2低于其荷电状态的最小值时，分布式电源输出功率与系统负荷需求功率的差额，通过微电网补齐； [0030] 步骤(8)，控制系统控制功率型储能装置对外放电，填补分布式电源输出功率与系统负荷需求功率差额，若无法填补功率差额，微网能量管理系统采集能量型储能荷电量SOC2，控制系统控制其放电，填补分布式电源输出功率与系统负荷需求功率差额；若能量型储能荷电量SOC2低于其荷电状态的最小值时，分布式电源输出功率与系统负荷需求功率的差额，通过微电网补齐。 [0031] 采用本发明的能量型和功率型混合储能协调控制方法的一个具体实施例，以超级电容器(功率型储能装置)和蓄电池(能量型储能荷电量)为例，以超级电容器的荷电状态SOCSC为依据制定充放电控制策略，设超级电容器的荷电状态的最大、最小值分别为SOCSC_max、SOCSC_min，混合储能系统所需吞吐总功率为PES，蓄电池的最大充放电功率为 充放电控制策略的逻辑，如图2所示，其中实线表示储能、释能状态的依次转换，虚线代表储能、释能状态的选择性跳转，具体分析如下， [0032] (1)判断分布式电源输出功率和系统负荷需求功率大小； [0033] (2)若(1)中分布式电源输出功率大于系统负荷需求功率，判断SOCSC值； [0034] (3)若(2)中SOCSC＜SOCSC_min,控制系统切除蓄电池，减少蓄电池的充电响应次数，使功率型储能超级电容以恒功率方式充电； [0035] (4)若(2)中SOCSC_min≤SOCSC≤SOCSC_max，控制系统控制超级电容器吸收功率，并控制蓄电池以恒功率 进行充电，为避免超倍率充电，超级电容器吸收功率为[0036] (5)若(2)中SOCSC＞SOCSC_max，控制系统切除超级电容器，控制蓄电池以 恒功率充电，分布式电源输出功率导致 此时，蓄电池充电功率 不变，超级电容器充电功率为 由于 从而PSC≈PES，保护蓄电池，消耗分布式电 源输出功率大于系统负荷需求功率的差额，并将多余电量并入微电网； [0037] (6)若(1)中分布式电源输出功率小于系统负荷需求功率，判断SOCSC值； [0038] (7)若(6)中SOCSC＜SOCSC_min,控制系统切除超级电容，保证蓄电池荷电量在50％的情况下放电； [0039] (8)若(6)中SOCSC＞SOCSC_min，控制系统控制超级电容优先放电，并检测SOCSC值直至最小，再控制蓄电池对外放电，此时，分布式电源输出功率与系统负荷需求功率还存在差额，通过微电网补齐。 [0040] 储能状态如下： [0041] 储能状态1：SOCSC＜SOCSC_min，切除蓄电池，减少蓄电池的充电响应次数，使超级电容器以恒功率方式充电； [0042] 储能状态2：SOCSC_min≤SOCSC≤SOCSC_max，超级电容器吸收功率；蓄电池以恒功率充电，为避免超倍率充电，超级电容器充电功率为 [0043] 储能状态3：SOCSC＞SOCSC_max，切除超级电容器，蓄电池以 恒功率充电； [0044] 储能状态4：分布式电源输出功率导致 由当前储能状态(1或2)直接转入储能状态4。此时，蓄电池充电功率 不变，超级电容器充电功率为由于 从而PSC≈PES，保护蓄电池。储能状态4结束后，根据SOCSC 的实时状态选择性转入储能状态1或2或3。 [0045] 综上所述，本发明的能量型和功率型混合储能协调控制方法，在尽量满足微电网建设者主要目的的情况下，不仅调节了波动频率高、波动幅度大的短期波动，又调节了波动周期长、调节容量大的较长时间的波动，保证了混合储能系统的使用寿命，充分利用分布式可再生能源，保障供电可靠性的同时避免风、光可再生能源电能的浪费，提高可再生能源的利用率，具有良好的应用前景。 [0046] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 |
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