CN107508304A - 一种电池储能系统的分区控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池储能系统的分区控制方法，通过设定四个荷电状态SOC节点，同时设置充放电倍率分区控制节点，在外环境正常工况下，若电池储能系统的SOC处于能量自由搬运区时，根据外环境需求自由控制充放电状态，若处于紧急充电专区时，按照充放电倍率C_max进行紧急充电，且只允许充电，若处于紧急放电专区时，按照充放电倍率C_max进行紧急放电，且只允许放电。当外环境处于紧急工况时，电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间进行充放电，且在外环境出现大功率扰动时，电池储能系统优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能。本发明实现对电池储能系统的精细管理，避免频繁的充放电切换，提高设备利用率，具备较好的经济效益。

Description

一种电池储能系统的分区控制方法

技术领域

本发明涉及微电网电能分配技术领域，特别是涉及一种电池储能系统的分区控制方法。

背景技术

现有研究和实践表明，微电网是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。储能系统是微电网系统的重要组成部分，可以平滑风电、光伏等间歇性可再生能源的功率输出；可跟随负荷和微电源的出力情况进行能量搬运，以显著提高可再生能源的利用率；可在微电网系统大扰动情况下，进行紧急功率控制，对微电网系统的稳定运行与控制起着非常重要的作用。

近年来，大容量电池储能系统在电力行业获得了越来越多的应用，在大容量集中式电池储能电站中，通常将储能系统按能量型和功率型完全独立配置，前者用以实现削峰填谷，后者用以实现电网调频及功率紧急控制等功能。在含多种分布式电源的微电网系统中，也依据系统需求将储能系统按能量型和功率型独立配置，前者主要进行能量搬运，提高可再生能源渗透率，后者主要提供系统的旋转容量备用，用于微电网系统大扰动情况下的功率紧急控制。但同时配置能量型和功率型的电池储能系统，增加了电力系统的设备投资，且功率型电池储能系统的使用率较低，不具备很好的经济效益。

目前已具有将能量搬运和功率紧急控制两功能集成于一套储能系统的控制方法，如发明专利申请号为201310059177.4，发明名称为：一种兼顾能量型与功率型的电池储能系统的控制方法，该申请中公开了：根据不同荷电状态值，在现有的电池储能系统的控制节点SOCmin、SOCmax的基础上，又增加了两个控制节点SOCdown、SOCup将电池储能系统分为3个可运行区，实现了不同荷电状态下的电池储能系统在不同外部运行环境下的优化控制，与单独分别配置功率型和能量型的混合型电池储能系统相比，减小了电池储能系统设备投资，提高了设备利用率，具备较好的经济效益。但该技术并没有考虑充放电倍率因素，还不能更精细的管理电池储能系统。需要频繁进行充放电切换，并有效延长电池运行寿命，保证电池储能系统的利用率。

在上述背景技术基础上，本发明创设一种在荷电状态分区基础上进一步提出充放电倍率分区控制策略的电池储能系统的分区控制方法，使其实现对电池储能系统的精细管理，有助于延长电池储能系统的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电池储能系统的分区控制方法，使其避免频繁进行充放电切换，且实现对电池储能系统的精细管理，从而克服现有的电池储能系统的分区控制方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池储能系统的分区控制方法，包括协同作用的荷电状态分区控制方法和充放电倍率分区控制方法，

所述荷电状态分区控制方法的分区步骤为：将所述电池储能系统的荷电状态SOC设定四个关键节点SOC_min、SOCd_own、SOC_up和SOC_max，其中SOC_min和SOC_max分别为防止电池过度充放电的极限运行区间下限和上限，SOC_down和SOC_up分别为实现电池能量搬运的正常运行区间下限和上限，则SOCmin-SOCdown为紧急充电专区，SOCdown-SOCup为能量自由搬运区，SOCup-SOCmax为紧急放电专区；

所述充放电倍率分区控制方法的分区步骤为：将所述电池储能系统的充放电倍率设定最小充放电倍率C_min，最大充放电倍率C_max和紧急充放电倍率C_emg；

所述荷电状态分区控制方法和充放电倍率分区控制方法的协同作用方法包括如下工况：

正常工况下，当SOC处于SOC_min与SOC_down之间时，按照充放电倍率C_max进行紧急充电，当SOC处于SOC_up与SOC_max之间时，按照充放电倍率C_max进行紧急放电，使SOC快速回到SOCdown-SOCup区间；当SOC处于SOC_down与SOC_up之间时，根据当前的充放电状态，以充放电倍率C_max和C_min为上下限维持电池的有序充放电；

紧急工况下，当所述电池储能系统的外环境处于过载状态时，所述电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间放电；当所述电池储能系统的外环境处于轻载状态时，所述电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间充电。

作为本发明的一种改进，所述电池储能系统的分区控制方法还包括：

当所述外环境出现大的功率扰动时，所述分区控制方法优先执行所述紧急工况下的快速充电或快速放电紧急功率控制步骤；

在所述外环境正常运行时，当所述电池储能系统的SOC处于能量自由搬运区时，根据所述外环境的需求，自由控制充放电状态，当所述电池储能系统的SOC处于紧急充电专区时，只允许充电，当所述电池储能系统的SOC处于紧急放电专区时，只允许放电。

进一步改进，所述外环境为微电网、大电网或电池储能电站。

进一步改进，所述微电网包括所述电池储能系统、柴油发电系统、生物质发电系统、间歇性能源发电系统、交流母线、负荷和微电网中央控制器，

所述电池储能系统、柴油发电系统、生物质发电系统和间歇性能源发电系统分别与所述交流母线连接，所述交流母线还连接所述负荷，所述电池储能系统、柴油发电系统、生物质发电系统和间歇性能源发电系统为所述负荷提供电能，所述微电网中央控制器用于对所述微电网系统能量进行管理和优化调度。

进一步改进，所述间歇性能源发电系统包括光伏发电系统和风力发电系统。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明在荷电状态分区的基础上进一步提出充放电倍率分区控制策略以实现电池储能系统的精细管理，实现了不同荷电状态下的电池储能系统在不同外部运行环境下的优化控制，可以将能量搬运和功率紧急控制两功能集成于一套储能系统中，其控制方法简单灵活，精细准确，易于实现，利于推广。

2、本发明通过荷电状态分区和充放电倍率分区的设置，一方面保证了电池储能系统在任意时刻都具备功率紧急控制的能力，另一方面保障了电池储能系统的有序充放电并防止了深充深放现象的发生，有助于延长电池储能系统的使用寿命。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明所适用的含多种分布式电源的微电网系统的结构示意图。

图2是本发明电池储能系统的分区控制方法的结构示意图。

具体实施方式

本发明电池储能系统的分区控制方法，可应用在含有一套兼顾能量型与功率型的电池储能系统的微电网、大电网或电池储能电站中，用于对电池储能系统进行控制，使其兼具能量搬运与功率紧急控制功能。下面以微电网系统为例举例说明。

参照图1所示的为含多种分布式电源的微电网系统，该微电网系统包括柴油发电系统1、电池储能系统2、生物质发电系统3、光伏发电系统4、风力发电系统5、交流母线6、负荷8和微电网中央控制单元7。其中柴油发电系统1、电池储能系统2、生物质发电系统3、光伏发电系统4和风力发电系统5分别与交流母线6连接，交流母线6还与负荷8连接，各发电系统为负荷8提供电力供应，微电网中央控制器7对微电网系统能量进行管理和优化调度。

在保证负荷8电力供应稳定可靠的同时，尽量提高可再生能源的渗透率，降低化石能源的消耗，减少排放和确保系统的经济性，是微电网工程实践的一个重要目的。微电网系统正常运行时，选用柴油发电机组做主电源，建立电网的电压和频率，同时为系统提供旋转功率备用，平抑负荷和间歇性电源(光伏发电系统和风力发电系统)的功率瞬时波动，具备短时的过载和轻载能力。当负荷功率需求相对间歇性能源出力较大时，光伏发电系统和风力发电系统运行在最大功率跟踪模式，提高间歇性新能源利用率；而间歇性新能源相对负荷需求富余时，富余部分优先给电池储能系统充电，若仍有富余，则需限功率运行，甚至切除部分风电及光伏发电机组。生物质发电系统的功率响应特性相对较慢，主要承担部分基本供电负荷，在间歇性新能源充裕时，尽量运行在较低负载率水平，甚至停机，而在间歇性新能源不足时，尽可能地提高出力水平，以减低柴油的消耗。

该电池储能系统，通过控制策略的控制，一方面，可实现对风电和光伏等间歇性新能源的能量搬运，使其尽量跟随负荷需求，提高新能源利用率；另一方面，在系统大扰动情况下，提供紧急功率支持，协助维持系统稳定。

参照附图2所示，本实施例电池储能系统的分区控制方法包括：

首先，设定四个荷电状态(state of charge，SOC)节点：SOC_min、SOC_down、SOC_up及SOC_max，其中SOC_max和SOC_min分别是为防止电池过度充放电而设置的极限运行区间上限和下限，SOC_up和SOC_down分别为实现电池能量搬运而设置的正常运行区间上限和下限；同时，为了进一步精细管理电池储能系统，提出充放电倍率分区控制策略，记C_min为最小充放电倍率，C_max为最大充放电倍率，C_emg为紧急充放电倍率。

正常工况下，当SOC处于SOC_min与SOC_down之间和SOC_up与SOC_max之间时，分别按照线段EF和HG所示的倍率C_max进行充、放电，使之快速回到BCGF所示的正常运行区间；当SOC处于SOC_down与SOC_up之间时，根据当前的充放电状态，以C_max和C_min为上下限维持电池的有序充放电，以实现能量的优化搬运以延长电池的使用寿命。

紧急工况下，电池储能系统需要能随时提供充放电功率以实时应对外环境系统功率的短时盈缺，其充放电倍率限值提升为C_emg，从而使之在ADJI所示的运行区间提供紧急功率支持。具体为：当微电网处于过载状态时，电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间放电；当微电网处于轻载状态时，电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间充电，从而配合主电源共同维持微电网的安全稳定运行。

进一步的，当所在的外环境出现大的功率扰动时，电池储能系统总能优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能；在外环境正常运行时，当电池储能系统处于能量自由搬运区时，根据外环境需求自由控制充放电状态，处于紧急充电专区时，只允许充电，处于紧急放电专区时，只允许放电。这样微电网系统能根据微电网需求自由控制充放电状态，实现能量的优化搬运，使间歇性新能源发电系统的功率输出尽量跟随负荷的变动，提高新能源利用率。

本发明通过设定四个荷电状态SOC节点，同时设置充放电倍率分区控制节点，当所在的外环境正常工况下，若电池储能系统的SOC处于能量自由搬运区时，根据外环境需求自由控制充放电状态，若电池储能系统的SOC处于紧急充电专区时，按照充放电倍率C_max进行紧急充电，且只允许充电不允许放电，若电池储能系统的SOC处于紧急放电专区时，按照充放电倍率C_max进行紧急放电，且只允许放电不允许充电。当所在的外环境处于紧急工况时，所述电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间进行充放电，且在外环境出现大的功率扰动时，电池储能系统总能优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能，本发明控制方法能实现对电池储能系统的精细管理，避免频繁进行充放电切换，提高了设备利用率，具备较好的经济效益。

本发明电池储能系统分区控制方法，兼顾了能量搬运与功率紧急控制的两种功能，一方面保证了系统在任意时刻都具备功率紧急控制的能力，另一方面也防止了深充深放现象的发生。其中，紧急功率控制属于系统大扰动情况下的过渡过程。在系统大扰动发生而触发电池储能系统进入紧急功率控制工况后，应通过系统控制和调度管理技术，逐渐消除扰动产生的后果，尽快使电池储能系统回复到能量搬运的正常运行状态，避免电池长时间的较大充放电倍率运行工况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电池储能系统的分区控制方法，其特征在于，包括协同作用的荷电状态分区控制方法和充放电倍率分区控制方法，

所述荷电状态分区控制方法的分区步骤为：将所述电池储能系统的荷电状态SOC设定四个关键节点SOC_min、SOC_down、SOC_up和SOC_max，其中SOC_min和SOC_max分别为防止电池过度充放电的极限运行区间下限和上限，SOC_down和SOC_up分别为实现电池能量搬运的正常运行区间下限和上限，则SOCmin-SOCdown为紧急充电专区，SOCdown-SOCup为能量自由搬运区，SOCup-SOCmax为紧急放电专区；

所述充放电倍率分区控制方法的分区步骤为：将所述电池储能系统的充放电倍率设定最小充放电倍率C_min，最大充放电倍率C_max和紧急充放电倍率C_emg；

所述荷电状态分区控制方法和充放电倍率分区控制方法的协同作用方法包括如下工况：

正常工况下，当SOC处于SOC_min与SOC_down之间时，按照充放电倍率C_max进行紧急充电，当SOC处于SOC_up与SOC_max之间时，按照充放电倍率C_max进行紧急放电，使SOC快速回到SOCdown-SOCup区间；当SOC处于SOC_down与SOC_up之间时，根据当前的充放电状态，以充放电倍率C_max和C_min为上下限维持电池的有序充放电；

紧急工况下，当所述电池储能系统的外环境处于过载状态时，所述电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOCmix与SOC_max之间放电；当所述电池储能系统的外环境处于轻载状态时，所述电池储能系统以C_emg和C_min为上下限适时启动紧急功率控制使之在SOC_min与SOC_max之间充电。

2.根据权利要求1所述的电池储能系统的分区控制方法，其特征在于，所述电池储能系统的分区控制方法还包括：

当所述外环境出现大的功率扰动时，所述分区控制方法优先执行所述紧急工况下的快速充电或快速放电紧急功率控制步骤；

在所述外环境正常运行时，当所述电池储能系统的SOC处于能量自由搬运区时，根据所述外环境的需求，自由控制充放电状态，当所述电池储能系统的SOC处于紧急充电专区时，只允许充电，当所述电池储能系统的SOC处于紧急放电专区时，只允许放电。

3.根据权利要求1或2所述的电池储能系统的分区控制方法，其特征在于，所述外环境为微电网、大电网或电池储能电站。

4.根据权利要求3所述的电池储能系统的分区控制方法，其特征在于，所述微电网包括所述电池储能系统、柴油发电系统、生物质发电系统、间歇性能源发电系统、交流母线、负荷和微电网中央控制器，

所述电池储能系统、柴油发电系统、生物质发电系统和间歇性能源发电系统分别与所述交流母线连接，所述交流母线还连接所述负荷，所述电池储能系统、柴油发电系统、生物质发电系统和间歇性能源发电系统为所述负荷提供电能，所述微电网中央控制器用于对所述微电网系统能量进行管理和优化调度。

5.根据权利要求4所述的电池储能系统的分区控制方法，其特征在于，所述间歇性能源发电系统包括光伏发电系统和风力发电系统。