CN107834585A - 一种并联储能pcs的功率分配方法 - Google Patents
一种并联储能pcs的功率分配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种并联储能PCS的功率分配方法,根据电网功率调度指令,确定并联储能PCS运行于放电工况或充电工况;再根据并联储能PCS运行工况,对实时采集的各储能电池组电压和SOC进行加权计算;最后依据加权计算结果和电网功率调度指令,对并联***中各储能PCS单元有功功率及无功功率进行分配。该功率分配方法综合考虑了各储能电池组电压和SOC的差异,通过对储能PCS单元进行有功功率和无功功率的优化分配,实现了并联***中各储能PCS单元容量最大化利用和各储能电池组能量的动态均衡,提高了储能电池组与储能PCS的运行效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及储能PCS并联运行控制领域,更具体地说是涉及一种并联储能PCS的功率分配方法。
背景技术
随着分布式发电、电动汽车等新能源产业的快速发展,电池储能技术特别是大规模、大容量电池储能技术受到了广泛的关注和研究。通过对大规模电池储能***的优化调控和灵活配置,能有效平抑分布式发电的功率波动、改善电动汽车随机充放电对电网的影响,有助于实现电网的削峰填谷。目前已进入大规模电池储能示范应用的电池类型主要有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和全钒液流电池等。
储能功率调节***(PCS)是连接储能电池组和电网的能量纽带,通过对储能电池组合理的充放电控制,可以满足电网对储能***的功率调度要求。而储能PCS高效运行的前提是保证电池性能、安全、寿命等指标良好。因此,根据不同类型、不同组别储能电池的电压、 SOC等特征电气参量,对连接各储能电池组的储能PCS进行有功功率、无功功率的合理分配,并将各储能电池组、储能PCS单元控制在安全运行工作区是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是,提供一种并联储能PCS的功率分配方法,基于各储能电池组电压和SOC的加权计算值,对储能PCS单元进行有功功率和无功功率的优化分配,实现并联***中各储能PCS单元容量最大化利用和各储能电池组能量的动态均衡,提高储能电池组与储能PCS的运行安全性和可靠性。
为实现上述发明目的,本发明一种并联储能PCS的功率分配方法,包括以下步骤:
(1)接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令PG和无功功率调度指令QG,对并联储能PCS运行状态按放电工况和充电工况进行分类确定;
(2)采集各储能电池组电压Vb和SOC,并根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态,设定储能电池组电压和SOC约束条件,对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理;
(3)根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态,对步骤(2) 采集的,同时满足步骤(2)设定约束条件的各储能电池组电压Vb和SOC进行加权计算,并按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。
所述的步骤(2)中储能电池组电压和SOC约束条件为:
S2.1、并联储能PCS处于放电工况时,储能电池组电压约束条件为Vb>Vbmin_d,储能电池组SOC约束条件为SOC>SOCmin_d;
S2.2、并联储能PCS处于充电工况时,储能电池组电压约束条件为Vb<Vbmax_c,储能电池组SOC约束条件为SOC<SOCmax_c;
其中,Vbmin_d为储能电池组放电电压下限值,Vbmax_c为储能电池组充电电压上限值;SOCmin_d为储能电池组放电SOC下限值,SOCmax_c为储能电池组充电SOC上限值。
所述的步骤(3)中对各储能电池组电压Vb和SOC进行加权计算的方法为:
其中,i、j分别表示i号和j号储能电池组,n为储能电池组总数量,1≤i,j≤n;Vbi、Vbj分别表示i号和j号储能电池组电压值;SOCi、 SOCj分别表示i号和j号储能电池组SOC值;表示1号到n号储能电池组电压值之和;表示1号到n号储能电池组SOC值之和;α、β分别表示电压加权系数和SOC加权系数,0≤α,β≤1且α+β=1;KPi表示i号储能电池组对应储能PCS的功率分配加权值。
所述的步骤(3)中按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配的方法为:
S4.1、并联储能PCS处于放电工况时,各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配方法为,使得有功功率Pi和无功功率Qi满足以下公式:
S4.2、并联储能PCS处于充电工况时,各储能PCS单元的有功功率Pi和无功功率Qi分配方法满足以下公式:
本发明的目的是这样实现的:
本发明一种并联储能PCS的功率分配方法,根据电网功率调度指令,确定并联储能PCS运行于放电工况或充电工况;再根据并联储能PCS运行工况,对满足设定约束条件、实时采集的各储能电池组电压和SOC进行加权计算;最后依据加权计算结果和电网功率调度指令,对并联***中各储能PCS单元有功功率及无功功率进行分配。该功率分配方法综合考虑了各储能电池组电压和SOC的差异,通过对储能PCS单元进行有功功率和无功功率的优化分配,在保证储能电池组与储能PCS安全可靠运行的同时,实现了并联***中各储能PCS单元容量最大化利用和各储能电池组能量的动态均衡。
同时,本发明一种并联储能PCS的功率分配方法的有益效果体现在:
(1)本发明并联储能PCS的功率分配方法,通过合理配置电压加权系数及SOC加权系数可以适应各类型电池储能***及各类型电池管理***;
(2)本发明并联储能PCS的功率分配方法,对储能PCS按照充电工况和放电工况进行分类,可以针对不同运行工况分别进行功率优化分配;
(3)相比传统功率平均分配方法,本发明根据各储能电池组电压和SOC的加权计算值进行功率分配,提高了并联***中各储能PCS 单元容量利用率,实现了各储能电池组能量的动态均衡,又兼顾了各储能电池组、储能PCS的运行安全。
附图说明
图1为本发明一种并联储能PCS的功率分配方法的原理图;
图2为放电运行工况下,储能PCS功率分配控制流程图;
图3为充电运行工况下,储能PCS功率分配控制流程图;
图4为储能PCS单元电路拓扑;
图5为储能PCS单元控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。
实施例
图1是本发明一种并联储能PCS的功率分配方法的原理图,主要包括储能电池组、储能PCS、功率分配单元和电网;储能PCS运行时,其具体的功率分配方法如下:
一种电池储能电站的有功功率分配方法,包括以下步骤:
S1:接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令PG和无功功率调度指令QG,对并联储能PCS运行状态按放电工况和充电工况进行分类确定;
S2:采集各储能电池组电压Vb和SOC,并根据步骤S1确定的并联储能PCS运行状态,设定储能电池组电压和SOC约束条件,对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理;
S3:根据步骤S1确定的并联储能PCS运行状态,对步骤S2采集的,同时满足步骤S2设定约束条件的各储能电池组电压Vb和SOC 进行加权计算,并按照加权计算结果和步骤S1接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。
下面针对上述四个步骤进行详细说明,具体如下:
S1、接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令PG和无功功率调度指令QG,当PG>0时,并联储能PCS运行于放电工况;PG<0 时,并联储能PCS运行于充电工况;
S2、采集各储能电池组电压Vb和SOC,按照并联储能PCS运行状态,分别设定储能电池组电压和SOC约束条件,对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理;
本实施例中,可以通过电池管理***(BMS)采集各储能电池组电压Vb和SOC;
并联储能PCS运行于放电工况时,储能电池组电压约束条件为 Vb>Vbmin_d,储能电池组SOC约束条件为SOC>SOCmin_d;并联储能 PCS处于充电工况时,储能电池组电压约束条件为Vb<Vbmax_c,储能电池组SOC约束条件为SOC<SOCmax_c;
S3、对满足步骤S2设定约束条件的各储能电池组电压Vb和SOC 进行加权计算,根据步骤S1确定的并联储能PCS运行状态,按照加权计算结果和步骤S1接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。
对各储能电池组电压Vb和SOC进行加权计算的公式为:
当并联储能PCS处于放电工况时,对各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配指令进行计算的公式为:
当并联储能PCS处于充电工况时,对各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配指令进行计算的公式为:
图2为放电运行工况下,储能PCS功率分配控制流程图;图3 为充电运行工况下,储能PCS功率分配控制流程图;
图4为本实施例中储能PCS单元电路拓扑,应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不对适用本发明的储能PCS电路拓扑进行限制;图4中直流输入侧为储能电池组,经LC滤波电路与三相逆变全桥相连,逆变输出后再经LCL滤波电路通过工频隔离变压器连接电网;其中Ldc和Cdc分别为电池侧滤波电感和滤波电容,S为IGBT 全桥单元,L1为逆变侧滤波电感,C为滤波电容,L为网侧滤波电感, T为隔离变压器,Lδ为变压器等效漏感,Lg为电网等效电感;
图5为本实施例中储能PCS控制框图,应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不对适用本发明的储能PCS控制策略进行限制;图5中储能PCS单元采用逆变侧滤波电感电流内环PI、网侧滤波电感电流外环PI的双环控制策略,该控制策略下可以直接对并网有功功率和无功功率进行控制,并网电流谐波小、动态性能良好;
irdi、irqi分别为i号储能PCS单元网侧滤波电感电流指令值d轴和q轴分量,由储能PCS单元的有功功率和无功功率分配指令进行电流指令值计算的公式为:
其中,vgdi、vgqi分别为电网电压采样值d轴和q轴分量;
ω为基波角频率,idi、iqi分别为i号储能PCS单元网侧滤波电感电流采样值d轴和q轴分量,iLdi、iLqi分别为i号储能PCS单元逆变侧滤波电感电流采样值d轴和q轴分量;
urdi、urqi分别为i号储能PCS单元逆变全桥输出电压指令值d轴和q轴分量;
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限定本发明之权利范围,因此对发明的具体实施方式进行的种种变更、修改或等同替换均在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种并联储能PCS的功率分配方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令PG和无功功率调度指令QG,对并联储能PCS运行状态按放电工况和充电工况进行分类确定;
(2)、采集各储能电池组电压Vb和SOC,并根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态,设定储能电池组电压和SOC约束条件,对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理;
(3)、根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态,对步骤(2)采集的、同时满足步骤(2)设定约束条件的各储能电池组电压Vb和SOC进行加权计算,并按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。
2.根据权利要求1所述的一种并联储能PCS的功率分配方法,其特征在于,所述的步骤(2)中储能电池组电压和SOC约束条件为:
S2.1、并联储能PCS处于放电工况时,储能电池组电压Vb的约束条件为Vb>Vbmin_d,储能电池组SOC约束条件为SOC>SOCmin_d;
S2.2、并联储能PCS处于充电工况时,储能电池组电压Vb的约束条件为Vb<Vbmax_c,储能电池组SOC约束条件为SOC<SOCmax_c;
其中,Vbmin_d为储能电池组放电电压下限值,Vbmax_c为储能电池组充电电压上限值;SOCmin_d为储能电池组放电SOC下限值,SOCmax_c为储能电池组充电SOC上限值。
3.根据权利要求1或2所述的一种并联储能PCS的功率分配方法,其特征在于,所述的步骤(3)中对各储能电池组电压Vb和SOC进行加权计算的方法为:
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其中,i、j分别表示i号和j号储能电池组,n为储能电池组总数量,1≤i,j≤n;Vbi、Vbj分别表示i号和j号储能电池组电压值;SOCi、SOCj分别表示i号和j号储能电池组SOC值;表示1号到n号储能电池组电压值之和;表示1号到n号储能电池组SOC值之和;α、β分别表示电压加权系数和SOC加权系数,0≤α,β≤1且α+β=1;KPi表示i号储能电池组对应储能PCS的功率分配加权值。
4.根据权利要求3所述的一种并联储能PCS的功率分配方法,其特征在于,所述的步骤(3)中按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配的方法为:
S4.1、并联储能PCS处于放电工况时,各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配方法为,使得有功功率Pi和无功功率Qi满足以下公式:
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S4.2、并联储能PCS处于充电工况时,各储能PCS单元的有功功率Pi和无功功率Qi分配方法满足以下公式:
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其中,Pi、Pj分别表示i号和j号储能PCS有功功率分配指令值;Qi、Qj分别表示i号和j号储能PCS无功功率分配指令值;表示1号到n号储能电池组对应储能PCS的功率分配加权值倒数之和;表示电网下发视在功率指令平方的平均值与1号到n号储能PCS有功功率分配指令平方值之差的开根号之和。
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