一种面向分布式储能需求的储能集聚系统及其优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向分布式储能需求的储能集聚系统及其优化方法，其物理层包括集中式储能电站、分布式储能单元、优化调度服务器、智能能量管理模块及智能故障管理模块。优化调度服务器为各储能单元制定短期储能计划；集中式储能电站与分布式储能单元是本系统的储能实体；智能能量管理模块与用户及各分布式储能单元相连，用于信息收集、信息传输及能量变换；智能故障管理模块分布在配电网重要节点，用于紧急状况下的故障切除；基于上述系统，提出一种多时间尺度的优化方法，能够根据用户储能需求优化调度储能实体。本发明专利技术通过集成规模效应及高效优化方法降低用户储能使用费用，契合未来储能市场发展趋向，具有良好的市场前景。

An Energy Storage Aggregation System for Distributed Energy Storage Requirements and Its Optimizing Method

The invention discloses an energy storage and accumulation system for distributed energy storage requirements and an optimization method thereof. Its physical layer includes a centralized energy storage power station, a distributed energy storage unit, an optimized dispatching server, an intelligent energy management module and an intelligent fault management module. Optimize dispatching server to make short-term energy storage plan for each energy storage unit; centralized energy storage power station and distributed energy storage unit are the energy storage entities of the system; intelligent energy management module is connected with users and distributed energy storage units for information collection, information transmission and energy conversion; intelligent fault management module is distributed in important nodes of distribution network for emergency failure. Based on the above system, a multi-time scale optimization method is proposed, which can optimize the scheduling of energy storage entities according to the user's energy storage needs. The invention reduces the user's energy storage cost by integrating scale effect and efficient optimization method, which is in line with the future development trend of energy storage market and has good market prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种面向分布式储能需求的储能集聚系统及其优化方法
本专利技术涉及储能能量管理的
，尤其是指一种面向分布式储能需求的储能集聚系统及其优化方法。
技术介绍
分布式储能是一种主要安装于用户侧或分布式发电侧的储能，主要用于储存过剩的分布式发电电能，平抑分布式发电出力波动以减少对配电网的影响。近年来，可再生能源发电的蓬勃发展有效刺激了分布式储能的技术进步和应用。新能源拥有高渗透率的未来电力系统中，分布式储能将是其中的关键领域。分布式储能在刚开始出现时，由于装机容量和数量并没有形成一定规模，对电网的冲击并不算严重。但随着其近年发展，分布式储能可控性差、接入分散的缺点充分暴露，缺乏有效管理手段使得电网的电压、频率和电能质量都经受考验，大大增加了电网的运行成本。分布式储能发展受限也将波及可再生能源的推广。有鉴于此，国内外各方作出了许多有益的尝试和理论研究，其中较有成效的有：1)“免费午餐”模式，储能电池商向用户出售蓄电池并享有电池的主要控制权，当电网电价较低时控制电池从电网充电，用户通过最大化自我消纳屋顶光伏所发的电力获得储能电池商奖励的额外电能，从而实现更低的电费账单。2)通过把能源管理模块与储能系统集成，将用户侧分散储能集成起来，使其可以在用户侧被用作虚拟电厂，该种虚拟电厂较传统具有更多功能，可提供一次调频控制和备用等服务。该种模式下用户可以自运营商获得辅助服务费用，从而降低电费。近年来，国内学者提出“负荷聚合商”概念，不久后又衍生出“资源聚合商”概念，即汇聚若干分布式用户储能参与电力市场交易。“云储能”则是该种“资源聚合商”的进一步具体化。云储能是将原本分散在用户侧的储能装置集中到云端，用云端的虚拟储能容量代替用户侧的实体储能，而云端的虚拟储能容量以大规模的储能设备为主要支撑，以分布式的储能为辅助，为大量的用户提供价廉质优的分布式储能服务。云储能虽已经有了基本的运作模式，其商业模式也已经有了预测分析，但具体到云储能系统的技术实现并没有一种可实施方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种面向分布式储能需求的储能集聚系统及其优化方法，可从技术层面实现其汇聚用户离散储能资源达到规模效应、平抑可再生能源出力波动、优化社会资源配置、为用户提供价廉质优的储能空间等系列基本目标。在此基础上，通过多目标多时间尺度优化方法，可实现精准、高效、实时的用户储能需求跟踪。另外，本专利技术在总储能空间有冗余时，可积极协助电网调峰调频，进一步为电网的安全稳定运行提供保障。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案如下：一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，包括：优化调度服务器，用于实现多种时间尺度下的储能调度优化；集中式储能电站，为大规模储能实体，根据用户实时储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，控制其控制的储能单元充放以满足用户需求；分布式储能单元，主要是电动汽车车载蓄电池，也包含居民储能电池，作为后备储能资源，当集中式储能电站不足以满足用户需求时，分布式储能单元将提供额外储能空间；智能能量管理模块，即IEM,配置在用户侧及分布式储能单元侧，用于系统通信、信息收集以及与配电网的电能交互；智能故障管理模块，即IFM,分布在配电网的重要节点，用于紧急状况下的故障切除。进一步，所述集中式储能电站包含有液流电池组、锂电池组、超级电容器阵列、DC-AC变换器、电池能量管理模块及储能双向变流接口控制器；其中，所述液流电池组为主要储能设备，锂电池组为次要储能设备；所述超级电容器阵列为调节储能单元，用于响应短期储能计划与用户实时储能需求的误差，并在主、次要储能设备突发故障导致容量下降时作为后备储能；所述电池能量管理模块负责收集站内储能设备的荷电状态、健康状态和可用容量信息，并发送到储能双向变流接口控制器及优化调度服务器；所述储能双向变流接口控制器分别与液流电池组、锂电池组及超级电容器阵列相连，负责调度各储能单元充放；所述优化调度服务器由具有信息采集与发送功能的通信模块、信息处理模块、运行优化算法的储能优化调度模块和历史数据库构成；所述通信模块与信息处理模块连接，提供所采集信息，所述信息处理模块与储能优化调度模块连接，向储能优化调度模块提供经处理后信息，所述储能优化调度模块与通信模块连接，传递储能调度策略，所述历史数据库分别与通信模块、信息处理模块和储能优化调度模块连接，用于储存历史数据；所述优化调度服务器通过以太网与各智能能量管理模块、各智能故障管理模块、储能双向变流接口控制器及电池管理模块进行通信；所述储能双向变流接口控制器分别与液流电池组、锂电池组、超级电容阵列三种储能设备直接连接，对它们进行能量调度；所述DC/AC变换器与储能双向变流接口控制器串联后接入配电网；所述电池管理模块通过局域网或有线信道分别与液流电池组、锂电池组和超级电容阵列相连，采集储能设备状态信息；所述智能能量管理模块与用户、分布式储能单元相连接后，再与配电网连接。进一步，配置在各用户和各分布式储能单元侧的智能能量管理模块，其一端与用户或分布式储能单元相连，其另一端与配电网相连；所述智能能量管理模块由电能变换装置及分布式网络智能模块构成，所述分布式网络智能模块用于实现通信功能；用户侧的智能能量管理模块功能为：①收集用户历史负荷信息及用户储能需求，并通过分布式网络智能模块发送至优化调度服务器；②协助用户与配电网进行电能交互；③反馈储能调度与优化中心未来24小时储能服务价格，供用户参考；分布式储能单元侧的智能能量管理模块功能为：①实现分布式储能与配电网的电能交互；②采集接入的分布式储能信息，包括电动汽车的荷电状态、预定接入时间范围、目标电量，间隔15分钟发送至优化调度服务器；③当用户储能需求大于集中式储能电站所能提供的储能容量时，集中式储能电站不能满足的用户需求将交由各分布式储能单元响应；所有分布式储能单元侧的智能能量管理模块根据该部分储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，共同协调调度各分布式储能单元充放。上述面向分布式储能需求的储能集聚系统的优化方法，为多时间尺度优化方法，包含长期、日前、短期及实时反馈校正4个阶段，通过长期、日前、短期、实时反馈校正四种时间尺度的优化过程协调各部分运作，集聚各类储能资源，满足用户群体储能需求；具体是：首先，对电价、用户需求和环境因素进行感知，获取相关预测数据；其后，优化调度服务器结合该预测数据完成长期、日前、短期三种时间尺度的优化，得到系统短期储能计划并发送到集中式储能电站及各分布式储能单元；各分布式储能单元根据短期储能计划，通过智能能量管理模块相互协调工作；集中式储能电站的储能双向变流接口控制器在考虑电池能量管理模块反馈信息、用户需求、环境因素及可能出现的突发状况后得出协调控制策略，以此管理其内部三种储能设备的充放电；最终，用户群体的储能需求得到有效满足；另外，为提高系统的运行稳定性，系统的冗余容量将用于协助配电网进行调峰调频，配电网关键节点配置有智能故障管理模块，用于紧急状况下切除故障；其中，长期、日前及短期优化阶段在优化调度服务器中进行，具体如下：长期优化阶段：优化调度服务器分析从气象中心、用户侧的智能能量管理模块、电力交易中心获得的历史数据，进行用户月度负荷、月度环境状况预测，并分析未来一个月的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于，包括：优化调度服务器，用于实现多种时间尺度下的储能调度优化；集中式储能电站，为大规模储能实体，根据用户实时储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，控制其控制的储能单元充放以满足用户需求；分布式储能单元，主要是电动汽车车载蓄电池，也包含居民储能电池，作为后备储能资源，当集中式储能电站不足以满足用户需求时，分布式储能单元将提供额外储能空间；智能能量管理模块，配置在用户侧及分布式储能单元侧，用于系统通信、信息收集以及与配电网的电能交互；智能故障管理模块，分布在配电网的重要节点，用于紧急状况下的故障切除。

【技术特征摘要】
1.一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于，包括：优化调度服务器，用于实现多种时间尺度下的储能调度优化；集中式储能电站，为大规模储能实体，根据用户实时储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，控制其控制的储能单元充放以满足用户需求；分布式储能单元，主要是电动汽车车载蓄电池，也包含居民储能电池，作为后备储能资源，当集中式储能电站不足以满足用户需求时，分布式储能单元将提供额外储能空间；智能能量管理模块，配置在用户侧及分布式储能单元侧，用于系统通信、信息收集以及与配电网的电能交互；智能故障管理模块，分布在配电网的重要节点，用于紧急状况下的故障切除。2.根据权利要求1所述的一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于：所述集中式储能电站包含有液流电池组、锂电池组、超级电容器阵列、DC-AC变换器、电池能量管理模块及储能双向变流接口控制器；其中，所述液流电池组为主要储能设备，锂电池组为次要储能设备；所述超级电容器阵列为调节储能单元，用于响应短期储能计划与用户实时储能需求的误差，并在主、次要储能设备突发故障导致容量下降时作为后备储能；所述电池能量管理模块负责收集站内储能设备的荷电状态、健康状态和可用容量信息，并发送到储能双向变流接口控制器及优化调度服务器；所述储能双向变流接口控制器分别与液流电池组、锂电池组及超级电容器阵列相连，负责调度各储能单元充放；所述优化调度服务器由具有信息采集与发送功能的通信模块、信息处理模块、运行优化算法的储能优化调度模块和历史数据库构成；所述通信模块与信息处理模块连接，提供所采集信息，所述信息处理模块与储能优化调度模块连接，向储能优化调度模块提供经处理后信息，所述储能优化调度模块与通信模块连接，传递储能调度策略，所述历史数据库分别与通信模块、信息处理模块和储能优化调度模块连接，用于储存历史数据；所述优化调度服务器通过以太网与各智能能量管理模块、各智能故障管理模块、储能双向变流接口控制器及电池管理模块进行通信；所述储能双向变流接口控制器分别与液流电池组、锂电池组、超级电容阵列三种储能设备直接连接，对它们进行能量调度；所述DC/AC变换器与储能双向变流接口控制器串联后接入配电网；所述电池管理模块通过局域网或有线信道分别与液流电池组、锂电池组和超级电容阵列相连，采集储能设备状态信息；所述智能能量管理模块与用户、分布式储能单元相连接后，再与配电网连接。3.根据权利要求1所述的一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于：配置在各用户和各分布式储能单元侧的智能能量管理模块，其一端与用户或分布式储能单元相连，其另一端与配电网相连；所述智能能量管理模块由电能变换装置及分布式网络智能模块构成，所述分布式网络智能模块用于实现通信功能；用户侧的智能能量管理模块功能为：①收集用户历史负荷信息及用户储能需求，并通过分布式网络智能模块发送至优化调度服务器；②协助用户与配电网进行电能交互；③反馈储能调度与优化中心未来24小时储能服务价格，供用户参考；分布式储能单元侧的智能能量管理模块功能为：①实现分布式储能与配电网的电能交互；②采集接入的分布式储能信息，包括电动汽车的荷电状态、预定接入时间范围、目标电量，间隔15分钟发送至优化调度服务器；③当用户储能需求大于集中式储能电站所能提供的储能容量时，集中式储能电站不能满足的用户需求将交由各分布式储能单元响应；所有分布式储能单元侧的智能能量管理模块根据该部分储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，共同协调调度各分布式储能单元充放。4.一种权利要求1至3任何一项所述的面向分布式储能需求的储能集聚系统的优化方法，其特征在于：该优化方法为多时间尺度优化方法，包含长期、日前、短期及实时反馈校正4个阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾君，胡家健，刘俊峰，王侨侨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44