一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法 |
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| 申请号 | CN201710161429.2 | 申请日 | 2017-03-17 | 公开(公告)号 | CN107046290A | 公开(公告)日 | 2017-08-15 |
| 申请人 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司; 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院; | 发明人 | 喻明江; 田春光; 刘波; 兰贞波; 刘波; 王卓; 李文岚; 李爱魁; 周盛; 冯万兴; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种提高区域 电网 能源 利用率的多元储能融合方法，该方法将锂 电池 、铅酸 蓄电池 、超级电容器、全 钒 液流电池储能单元融合在一起应用于区域电网系统，以区域电网功率预测、储能电池电量、储能电池充放电次数为约束条件，为区域电网系统的多元储能系统配置提供最优策略，按照策略控制充放电运行状态，以提高区域电网系统的能源利用率。本发明在区域电网系统接入中多元储能单元，能有效抑制区域电网系统的功率 波动 ，避免 可再生能源 丰富地区在功率 不平衡 时出现弃光弃 风 现象，可有效提高区域电网系统的能源利用率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法，所述区域电网系统包括多元储能系统、区域电网储能控制器及与所述多元储能系统连接的光伏板组和风力发电机，所述多元储能系统包括多组由锂电池、铅酸蓄电池、超级电容器、全钒液流电池分别组成的储能单元，每组储能单元都通过DC/DC变换单元连接至区域电网直流母线，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法技术领域[0001] 本发明涉及区域电网系统技术领域，更具体地说，涉及一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法。 背景技术[0002] 随着政策支持和技术进步，可再生能源发电，特别是风力发电技术和风力发电技术，得到了快速发展，区域电网是可再生能源利用的重要形式。由于区域电网中含有受气象因素影响的具有间歇性、随机波动性可再生能源发电，区域电网并网运行或孤网运行时存在功率波动问题。区域电网稳定运行主要依赖于能量的平衡控制，储能技术是实现能源平衡，保证区域电网稳定运行的重要手段。本发明通过在区域电网中接入多元储能，以抑制区域电网功率波动，避免可再生能源丰富地区在功率不平衡时出现弃光弃风现象，可有效提高区域电网能源利用率。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法。 [0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法，所述区域电网系统包括多元储能系统、区域电网储能控制器及与所述多元储能系统连接的光伏板组和风力发电机，所述多元储能系统包括多组由锂电池、铅酸蓄电池、超级电容器、全钒液流电池分别组成的储能单元，每组储能单元都通过DC/DC变换单元连接至区域电网直流母线，所述方法包括： [0005] 所述多元储能系统对区域电网系统的需求功率Ptotal进行预测控制； [0006] 所述区域电网储能控制器记录每组锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充放电状态，控制电池储能单元在没有充满电之前不允许放电以及在放电没有达到允许放电深度时不允许充电； [0007] 所述区域电网储能控制器记录每组电池储能单元的充放电次数，控制锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充放电次数比例为30:5:130，锂电池储能单元的最大充放电次数为3000次，铅酸蓄电池储能单元的最大充放电次数为500次，全钒液流电池储能单元的最大充放电次数为13000次； [0008] 若所述区域电网系统的需求功率Ptotal小于零，在|ptotal|小于超级电容器储能单元剩余容量对应最大输出功率值 时，则先释放超级电容器储能单元电量；在|ptotal|大于 且小于电池储能单元剩余容量对应最大输出功率 与 之和时，则释放超级电容器储能单元和电池储能单元存储的电量；若|ptotal|大于 与 之和，则释放超级电容器储能单元和电池储能单元存储的电量，并且连接电网，电网将多元储能系统的差额电量输入区域电网系统。 [0009] 在上述方案中，所述多元储能系统预测控制区域电网系统的需求功率Ptotal包括以下步骤，先给定功率P0，在时间段△t内检测到区域电网实际输出功率P实际，若|P实际-P0|大于0.001W，则接着输入给定功率值为P0+(P实际-P0)/△t，如此进行迭代计算直到|P实际-P0|在 0.001W内。 [0010] 在上述方案中，预测得到的区域电网系统需求功率Ptotal分为缓变需求功率和快变需求功率，电池储能单元控制缓变需求功率，超级电容器储能单元控制快变需求功率。 [0011] 在上述方案中，在t时刻采集区域电网系统的能量为Pn，在t+t0时刻采集区域电网系统的能量为Pn+1，若|(Pn+1-Pn)/t0|小于4，则电池储能单元通过充放电控制缓变需求功率；若|(Pn+1-Pn)/t0|大于4，则超级电容器储能单元通过充放电控制快变需求功率。 [0012] 在上述方案中，所述区域电网储能控制器控制所述多元储能系统的充放电状态时，超级电容器储能单元的充电状态值SOC没有达到95％时不允许放电且放电没有达到允许放电深度5％时不允许充电；锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充电状态值SOC没有达到80％不允许放电且放电没有达到允许放电深度20％时不允许充电。 [0013] 实施本发明一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法，具有以下有益效果： [0014] 1、本发明合理分配多元储能单元的充放电工作状态，多元储能单元的利用率高； [0015] 2、本发明在区域电网系统接入中多元储能单元，能有效抑制区域电网系统的功率波动，避免可再生能源丰富地区在功率不平衡时出现弃光弃风现象，可有效提高区域电网系统的能源利用率； [0016] 3、本发明可以延长电池储能单元的使用寿命，可以在统一时间内对电池储能单元进行整体维护，减少运营成本； [0018] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： [0019] 图1为区域电网示范基地的安装示意图； [0020] 图2为超级电容器储能单元和电池储能单元控制区域电网系统需求功率的策略示意图； [0021] 图3为多元储能系统的控制策略框图。 具体实施方式[0022] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。 [0023] 本发明提供一种提高区域电网能源利用率的多元储能融合方法，区域电网系统包括多元储能系统、区域电网储能控制器及与多元储能系统连接的光伏板组和风力发电机，多元储能系统包括多组由锂电池、铅酸蓄电池、超级电容器、全钒液流电池分别组成的储能单元，每组储能单元都通过DC/DC变换单元连接至区域电网直流母线。以某区域电网示范基地为例，如图1所示，其安装有光伏发电系统和风力发电系统，其中光伏容量100kW，风力发电容量50kW，配置5kW超级电容器储能系统、10kW铅酸蓄电池储能系统、15kW磷酸铁锂电池储能系统、20kW全钒液流电池储能系统及100kW负载。分配方法为：配置5组每组容量为1kW超级电容器储能单元、配置5组每组容量为2kW铅酸蓄电池储能单元，配置5组每组容量为3kW磷酸铁锂电池储能单元、配置2组每组容量为10kW全钒液流电池储能单元及100kW负载。 每组储能单元都通过DC/DC模块连接至区域电网直流母线上。该多元储能融合方法方法包括： [0024] 多元储能系统对区域电网系统的需求功率Ptotal进行预测控制，具体采用以下控制方法：先给定功率P0，在时间段△t内检测到区域电网实际输出功率P实际，若|P实际-P0|大于0.001W，则接着输入给定功率值为P0+(P实际-P0)/△t，如此进行迭代计算直到|P实际-P0|在 0.001W内。 [0025] 预测得到的区域电网系统需求功率Ptotal分为缓变需求功率和快变需求功率。电池储能单元控制缓变需求功率；超级电容器储能单元控制快变需求功率，例如，区域电网系统的需求功率Ptotal有巨大功率波动时，超级电容器储能单元优先投入运行，吸收或放出电能以平抑区域电网系统电能质量波动，参照图2，在t时刻采集区域电网系统的能量为Pn，在t+t0时刻采集区域电网系统的能量为Pn+1，若|(Pn+1-Pn)/t0|小于4，则电池储能单元通过充放电控制缓变需求功率；若|(Pn+1-Pn)/t0|大于4，则超级电容器储能单元通过充放电控制快变需求功率。 [0026] 区域电网储能控制器记录每组锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充放电状态。根据每组锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充放电(SOC)状态，合理配置其工作状态，使其工作在最佳的运行范围内。具体采用以下控制方法：超级电容器储能单元的充电状态值SOC没有达到95％时不允许放电且放电没有达到允许放电深度5％时不允许充电；锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充电状态值SOC没有达到80％不允许放电且放电没有达到允许放电深度20％时不允许充电。 [0027] 区域电网储能控制器记录每组电池储能单元的充放电次数，根据每组锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充放电次数，合理配置其工作状态，使其工作在最佳的运行范围内。具体采用以下控制方法：锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、全钒液流电池储能单元的充放电次数比例为30:5:130，锂电池储能单元的最大充放电次数为3000次，铅酸蓄电池储能单元的最大充放电次数为500次，全钒液流电池储能单元的最大充放电次数为13000次。 [0028] 区域电网多元储能控制策略依据多目标优化运行，优化目标包括新能源消纳能力最大、多元储能系统充放电次数最少和区域电网系统运行成本最小，多元储能系统充放电功率大小和对应储能组数多少依据不同运行目标而变化。 [0029] 图3为多元储能系统的控制策略框图，其列出了54种不同状态下对应储能充放电控制策略，其中图中框外数字表示54种状态中该输出策略可能出现的次数。框内数字“1”表示区域电网系统对多元储能系统的需求为放电且 数字“2”表示区域电网系统对多元储能系统的需求为放电且 数字“3”表示区域电网系统对多元储能系统的需求为放电且 数字“4”表示区域电网系统对多元储能系统的需求为放电且 数字“5”表示区域电网系统对多元储能系统的需求为放电且 数字“6”表示区域电网系统对多元储能系统的需求为放电且 字母“a”表示电池SOC低于下限状态；字母“b”表示电池SOC处于正常工作状态；字母“c”表示电池SOC高于上限状态。字母“d”表示超级电容器SOC低于下限状态；字母“e”表示超级电容器SOC处于正常工作状态；字母“f”表示超级电容器SOC高于上限状态。其中：Ptotal表示区域电网系统对多元储能系统的需求功率； 表示允许放电的超级电容器储能单元对应最大输出功率； 表示允许放电的电池储能单元剩余容量对应最大输出功率；表示允许充电的超级电容器储能单元最大输入功率；表示允许充电的电池储能单元最大输入功率。Pw为区域电网系统发出功率之和，Pboi为负荷需消耗功率之和。 [0030] 若区域电网系统的需求功率Ptotal小于零，在|ptotal|小于超级电容器储能单元剩余容量对应最大输出功率值 时，则先释放超级电容器储能单元电量；在|ptotal|大于且小于电池储能单元剩余容量对应最大输出功率 与 之和时，则释放超级电容器储能单元和电池储能单元存储的电量；若|ptotal|大于 与 之和，则释放超级电容器储能单元和电池储能单元存储的电量，并且连接电网，电网将多元储能系统的差额电量输入区域电网系统。 [0031] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。 |
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