CN103107579A - 一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法，选定四个关键节点来定义电池储能***的荷电状态SOC的变化区间，SOCup-SOCmax为紧急充电专区，SOCdown-SOCup为能量自由搬运区，SOCdown-SOCmin为紧急放电专区；当所在的外环境出现大的功率扰动时，电池储能***总能优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能；外环境正常运行时，当电池储能***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，只允许放电，处于紧急放电专区时，只允许充电。本发明的电池储能***控制方法可以将能量搬运和功率紧急控制两功能集成于一套储能***中，减小了***设备投资，提高了设备利用率，具备较好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及采用电池储能***的电力领域，特别是涉及一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法。
背景技术
分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块化、分散式的、连接到配电***的小型发电***，通常布置在用户附近，为用户供电。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电***。是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治***，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。现有研究和实践表明，微电网是发挥分布式发电供能***效能的最有效方式。
储能***是微电网***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***大扰动情况下，进行紧急功率控制，对微电网***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***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***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***中，也依据***需求将储能***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***的旋转容量备用，用于微电网***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***，增加了电力***的设备投资，且功率型电池储能***的使用率较低，不具备很好的经济效益。
事实上，目前储能电池已具备较大倍率充放电的能力，尤其是在电动汽车中已得到广泛应用的锂电池；同时，对微电网、大电网和电池储能电站而言，***大扰动出现概率相对较小，且大扰动情况出现后，在电网能量调度的作用下，***需要紧急功率支撑的时间相对较短，所以完全可以将能量型和功率型集成于同一电池储能***中。
由此可见，上述现有的独立配置并分别控制的电池储能***仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种综合利用效率高、成本低的兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法,具有重要的研究和经济价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法，以保证电池储能***的利用率，提高电力***经济效益，从而克服现有技术存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法：选定四个关键节点来定义电池储能***的荷电状态SOC的变化区间，四个关键节点分别为SOCmin、SOCdown、SOCup与SOCmax，其中SOCup-SOCmax为紧急充电专区，SOCdown-SOCup为能量自由搬运区，SOCdown-SOCmin为紧急放电专区；当电池储能***处于能量自由搬运区SOCdown-SOCup时，如外环境正常运行，则根据外环境需求自由控制充放电状态，如外环境出现大的功率扰动时，优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能；当电池储能***处于紧急充电专区SOCup-SOCmax时，只有在外环境出现大的功率盈余时才允许被快速充电，其他时刻则应优先放电，使电池运行到能量自由搬运区；当电池储能***处于紧急放电专区SOCdown-SOCmin时，只有在外环境出现大的功率缺额时才允许被快速放电，其他时刻则应优先充电，使电池尽快回复到能量自由搬运区。
进一步地，所述外环境为微电网、大电网或电池储能电站。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1、本发明根据不同荷电状态值，在现有的电池储能***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***分为3个可运行区，实现了不同荷电状态下的电池储能***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***中；简单灵活，易于实现，与单独分别配置功率型和能量型的混合型电池储能***相比，减小了电池储能***设备投资，提高了设备利用率，具备较好的经济效益。
2、本发明通过紧急放电专区和紧急充电专区的设置，一方面保证了电池储能***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，保证了电池储能***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***的结构示意图。
图2是电池储能***的荷电状态区间划分示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明：
本发明的一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法，可应用在含有一套兼顾能量型与功率型的电池储能***的微电网、大电网或电池储能电站中，用于对电池储能***进行控制方法，使其兼具能量搬运与功率紧急控制功能。下面以微电网***为例举例说明。
如图1所示的为含多种分布式电源的微电网***，该微电网***包括柴油发电机***1、电池储能***2、生物质发电***3、光伏发电***4、风力发电***5、交流母线6、负荷7和微电网中央控制单元8，柴油发电机***1、电池储能***2、生物质发电***3、光伏发电***4和风力发电***5分别与交流母线6连接，交流母线6连接负荷7，各发电***为负荷7提供电力供应，微网中央控制单元8对微电网***能量进行管理和优化调度，其中，→代表电流方向，------代表控制信号。
在保证负荷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***的经济性，是微电网工程实践的一个重要目的。微电网***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***提供旋转功率备用，平抑负荷和间歇性电源(本实施例中为光伏发电***和风力发电***)的功率瞬时波动，具备短时的过载和轻载能力。负荷功率需求相对间歇性能源出力较大时，光伏发电***和风力发电***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***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***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。
具体到电池储能***，通过控制，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***大扰动情况下，提供紧急功率支持，协助维持***稳定。
参见图2所示，具体控制方法为：选定四个关键节点来定义电池储能***的荷电状态SOC的变化区间，四个关键节点分别为SOCmin、SOCdown、SOCup与SOCmax，其中SOCmin和SOCmax主要是为了避免过度充放电对储能电池带来的伤害，由储能电池自身物理特性所决定，SOCup-SOCmax为紧急充电专区21，SOCdown-SOCup为能量自由搬运区22，SOCdown-SOCmin为紧急放电专区23。
当电池储能***处于能量自由搬运区22SOCdown-SOCup时，如微电网***正常运行，则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***的功率输出尽量跟随负荷的变动，提高新能源利用率；在微电网出现大的功率扰动时，优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能，协助维持***的稳定。
当电池储能***处于紧急充电专区21SOCup-SOCmax时，只有在微电网***出现大的功率盈余时才允许被快速充电，其他时刻则应优先放电，使电池运行到能量自由搬运区22。如，当微电网***突然甩负荷而导致***功率盈余瞬时增大时，会造成柴油发电机组瞬时轻载，影响柴油发电机组寿命和发电效率；此时，电池储能***在微网中央控制单元的调度下，快速充电，吸收盈余功率，使柴油发电机组快速回复到正常出力水平。功率盈余持续时间较长时，通过降低生物质发电***的出力水平，或关停部分柴油发电机组，甚至限制间歇性新能源发电***的功率输出，来实现***能量在长时间尺度内的供需平衡。
当电池储能***处于紧急放电专区23SOCdown-SOCmin时，只有在微电网***出现大的功率缺额时才允许被快速放电，其他时刻则应优先充电，使电池尽快回复到能量自由搬运区22。如，当微电网***中光伏发电***和/或风力发电***功率出力忽然减小，或者负荷突然增加时，电池储能***在微网中央控制单元的调度下，快速放电，弥补功率缺额，使柴油发电机组快速回复到正常功率水平，避免造成柴油发电机组过载。功率缺额持续时间较长时，通过提高生物质发电***的出力水平，或启动新的柴油发电机组，来实现***能量在长时间尺度内的供需平衡。
本发明的电池储能***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***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***大扰动情况下的过渡过程。在***大扰动发生而触发电池储能***进入紧急功率控制工况后，应通过***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***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 (2)
1.一种兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法，其特征在于，选定四个关键节点来定义电池储能***的荷电状态SOC的变化区间，四个关键节点分别为SOCmin、SOCdown、SOCup与SOCmax，其中SOCup-SOCmax为紧急充电专区，SOCdown-SOCup为能量自由搬运区，SOCdown-SOCmin为紧急放电专区；
当电池储能***处于能量自由搬运区SOCdown-SOCup时，如外环境正常运行，则根据外环境需求自由控制充放电状态，如外环境出现大的功率扰动时，优先提供快速充电或快速放电的紧急功率控制功能；
当电池储能***处于紧急充电专区SOCup-SOCmax时，只有在外环境出现大的功率盈余时才允许被快速充电，其他时刻则应优先放电，使电池运行到能量自由搬运区；
当电池储能***处于紧急放电专区SOCdown-SOCmin时，只有在外环境出现大的功率缺额时才允许被快速放电，其他时刻则应优先充电，使电池尽快回复到能量自由搬运区。
2.根据权利要求1所述的兼顾能量型与功率型的电池储能***的控制方法，其特征在于，所述外环境为微电网、大电网或电池储能电站。
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