考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法。从优化储能系统经济化响应电网调度指令的目的出发，当储能电站接收到电网调度中心的功率指令时，首先对各电池组进行故障检测并采集SOC信息，计算各电池组的功率约束因子，若各电池组状态信息如有效电池单元数量、SOC状态等一致，则各电池组以平均分配的方式承担调度功率；若各电池组状态信息不一致，则以经济最优化为目标，计算并分配各电池组最佳出力功率，电池组内部各单元响应有功出力指令，最终实现功率协同控制。本发明专利技术优化算法清晰，控制结构简单，便于工程实现，可以在响应电网调度指令要求的同时，维持储能系统内部电池的安全，实现经济最优化运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法


[0001]本专利技术涉及储能
，特别涉及一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法。

技术介绍

[0002]随着风电、光伏等清洁能源的在电网中的装机容量占比日益增加，电网的转动惯量也在逐步降低，此外，新能源具有间歇性与不确定性的出力特性，这给电网的频率稳定也带来极大的冲击，因此电网急需快速调频资源。电池储能系统具有快速充放电的特性，在新能源并网发电，参与电网辅助服务等方面具有不可替代的作用，近年来已成为辅助电网调频的重要手段之一。
[0003]电池储能电站具有能快速响应电网的调度命令，但是，前期投资成本较大，蓄电池成本较高，使用寿命短，因此，储能电站建成后最关注的问题是，如何对蓄电池做好维护，减少对其损耗，提高使用效率，增加其使用寿命。
[0004]现有大规模储能电站在参与电网调度时，对于电网调度中心下达的功率指令，一般以平均的方式分配到各电池单元，对各组电池单元内部运行状态，如SOC、故障情况等关注度不够，此外，很少考虑关于电池运行成本对于功率分配带来的影响，因此，对于储能电站的经济性功率协同控制方法仍有待加强。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服目前储能电站参与电网调度时对于电池运行安全性与经济性关注度不足的缺陷，提供了一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法。一方面，本专利技术能够根据各个电池组单元的SOC对储能单元的输出功率进行约束，减少由于过度充放电对电池的寿命损耗，实现储能电站的安全运行；另一方面，针对电网调度指令，根据所提出的电池运行成本的优化算法，对各电池组进行经济性功率分配，实现储能电站的经济运行。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是，一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法，包括以下步骤：步骤一，当接收到要求储能电站参与电网调频的指令时，对储能电站的各电池组进行电池状态信息检测；步骤二，根据电池状态信息计算各电池组的功率约束因子，确定电池充放电功率限值；步骤三，若各电池组状态信息一致，则以各电池组平均分配的方式承担调度功率，且最大充放电功率不超过允许限值；若各电池组状态信息不一致，则对各电池组出力功率进行修正，从而分配各电池组最佳出力功率；步骤四，各电池组按照步骤三中的分配方式执行输出，从而实现大规模储能电站功率协同控制。
[0007]所述的方法，所述的步骤一中，电池状态信息检测包括检测每个电池组中的电池单元是否存在故障，以及每个电池单元的荷电状态SOC。
[0008]所述的方法，所述的步骤二包括：步骤1，以储能电站中包括n个电池组，且每个电池组由k个电池单元构成，首先根据电池状态信息中的故障信息来标记运行状态η
i
，其中i=1
……
k；若电池单元为故障状态，η
i =0，否则η
i =1；步骤2，根据电池状态信息中的荷电状态SOC
i
，来计算每个电池组的平均荷电状态SOC
j
，其中j=1
……
n：步骤3，根据SOC
j
获取每个电池组的功率约束因子λ
j
；步骤4，基于λ
j
得到电池单元组充电功率限值P
cha,j
和放电功率限值P
discha,j
：其中，P0表示储能额定充放电功率；则电池单元组充电功率P
j
的取值范围为：。
[0009]所述的方法，所述的步骤3中，功率约束因子λ
j
是关于SOC
j
的分段函数，其取值区间为[0,1]，将SOC
j
划分为5个区间，按照如下方法进行设计：当SoC
j
∈[0，SoC
min
]，则电池单元放电深度超出安全界限，只能进行充电：当SoC
j
∈[SoC
min
，SoC
low
]，则电池单元不能全功率放电：当SoC
j
∈[SoC
low
，SoC
high
]，则电池单元能全功率充放电：当SoC
j
∈[SoC
high
，SoC
max
]，则电池单元不能全功率充电：
当SoC
j
∈[SoC
max
，1]，则电池处于过充状态，只允许放电：其中，SoC
min
、SoC
low
、SoC
high
以及SoC
max
为电池状态区域划分参数；δ为调节参数。
[0010]所述的方法，所述的步骤三中，对各电池组出力功率进行修正，从而分配各电池组最佳出力功率包括：步骤1），计算储能电站整体的最大充电功率限值P
all,max cha
与最大放电功率限值P
all,max discha
：步骤2），计算每个电池单元组参与调度的运行成本C(P
j
)：储能电池的寿命记为S，表示为：其中，L
R
为储能电池的循环寿命，以次数计；D
R
为放电深度DoD，C
R
为理想状态下储能额定Ah容量；对充放电过程进行等效，则每次储能电池运行时的等效充放电功率d
eff
为：其中，D
A
是实际DoD值；C
A
为当前放电电流下的实际Ah容量；u0与u1为拟合系数；e表示自然常数；第j个电池单元组的实际放电容量d
A,j
为：其中，V
ES,j
为第j个电池单元组的端电压；表示对时间的微分；以第j个电池单元组的初始投资成本为C
inv,i
，则C
inv,i
/S表示在标准循环寿命下每安时的成本；记k
DR,j
为储能参与调度的价格，单位为$/kWh，则第j个电池单元组参与调度的
运行成本C(P
j
)表示为：步骤3）设置优化目标函数为：其中，C表示储能电站执行调度指令的经济成本，由每个单元组的运行成本C(P
j
)构成；步骤4），约束条件的设置分为四种情况：Case1：电网调度指令为充电功率P
cha
，储能电站整体的最大充电功率限值|P
all,max cha
|≥|P
cha
|，设置约束条件为：Case2：电网调度指令为充电功率P
cha
，储能电站整体的最大充电功率限值|P
all,max cha
|<|P
cha
|，设置约束条件为：Case3：电网调度指令为放电功率P
discha
，储能电站整体的最大放电功率限值P
all,max discha
≥P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑经济性与安全性的大规模储能电站功率协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，当接收到要求储能电站参与电网调频的指令时，对储能电站的各电池组进行电池状态信息检测；步骤二，根据电池状态信息计算各电池组的功率约束因子，确定电池充放电功率限值；步骤三，若各电池组状态信息一致，则以各电池组平均分配的方式承担调度功率，且最大充放电功率不超过允许限值；若各电池组状态信息不一致，则对各电池组出力功率进行修正，从而分配各电池组最佳出力功率；步骤四，各电池组按照步骤三中的分配方式执行输出，从而实现大规模储能电站功率协同控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，电池状态信息检测包括检测每个电池组中的电池单元是否存在故障，以及每个电池单元的荷电状态SOC。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤二包括：步骤1，以储能电站中包括n个电池组，且每个电池组由k个电池单元构成，首先根据电池状态信息中的故障信息来标记运行状态η
i
，其中i=1
……
k；若电池单元为故障状态，η
i =0，否则η
i =1；步骤2，根据电池状态信息中的荷电状态SOC
i
，来计算每个电池组的平均荷电状态SOC
j
，其中j=1
……
n：步骤3，根据SOC
j
获取每个电池组的功率约束因子λ
j
；步骤4，基于λ
j
得到电池单元组充电功率限值P
cha,j
和放电功率限值P
discha,j
：其中，P0表示储能额定充放电功率；则电池单元组充电功率P
j
的取值范围为：。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，功率约束因子λ
j
是关于SOC
j
的分段函数，其取值区间为[0,1]，将SOC
j
划分为5个区间，按照如下方法进行设计：当SoC
j
∈[0，SoC
min
]，则电池单元放电深度超出安全界限，只能进行充电：当SoC
j
∈[SoC
min
，SoC
low
]，则电池单元不能全功率放电：
当SoC
j
∈[SoC
low
，SoC
high
]，则电池单元能全功率充放电：当SoC
j
∈[SoC
high
，SoC
max
]，则电池单元不能全功率充电：当SoC
j
∈[SoC
max
，1]，则电池处于过充状态，只允许放电：其中，SoC
min
、SoC
low
、SoC
high
以及SoC
max
为电池状态区域划分参数；δ为调节参数。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志文，张靖，欧阳志国，马芳，
申请(专利权)人：湖南华大电工高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：