CN111244996A - 储能并网控制***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种储能并网控制***及控制方法，储能并网控制***包括监控工作站以及通过交换机与监控工作站连接的BMS、PCS、变压器保护装置、环网柜保护装置、负荷检测装置、电能质量检测装置、逆功率检测装置和交换机；BMS用于获取电池组的信息；监控工作站通过交换机获取PCS运行的数据信息；变压器保护装置用于获取变压器的绕组温度；负荷检测装置用于检测各分支配电所总柜的电流、电压信息，统计负荷的用电量和用电功率；电能质量检测装置用于检测交流电路中的电能质量、三相电压、三相电流和功率以及电压谐波；逆功率检测装置用于检测进线总柜的电流、电压信息；监控工作站中设置有数字PID控制模块，用于控制PCS的输出功率。

Description

储能并网控制***及控制方法
技术领域
本申请属于储能技术领域，具体涉及一种储能并网控制***及控制方法。
背景技术
储能电站***是使用电化学电池进行电能存储，并能够与市政电网并网运行的***。大容量电池储能在电力***中的应用已经有20多年的历史，随着风电、光伏等新能源产业的迅速发展，大容量储能产业正在加速发展。电力***中引入电力储能***后，不仅可以提高电力***的稳定性，还可以作为调整频率、功率补偿、提高电能质量、补偿负荷波动、移峰填谷的一种新的手段，提升电力需求侧的管理能力，扩展电力设备的利用方式，促进可再生能源应用等。
目前储能***越来越大型化，储能电站越来越多。根据使用情况，有些储能***就在交流侧加装升压变压器，把电压升压到10KV后并网。但是有些地方供电公司有明确要求，明文规定不允许储能***向电网送电，并且要在关口处安装逆功率检测装置，并网点安装电能质量监测装置。这就对储能电站的使用范围有了更多的限制要求。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种储能并网控制***及控制方法。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种储能并网控制***，其包括监控工作站、BMS、PCS、变压器保护装置、环网柜保护装置、负荷检测装置、电能质量检测装置、逆功率检测装置和交换机；
所述BMS、PCS、变压器保护装置、环网柜保护装置、负荷检测装置、电能质量检测装置和逆功率检测装置均通过所述交换机与所述监控工作站进行通讯；
所述BMS用于获取电池组的信息，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；如果电池组在运行过程中出现单体电池过压、欠压、过流或温度高于预设的温度阈值，则所述监控工作站通过所述交换机控制所述BMS内的直流断路器断开直流回路；
所述PCS用于将直流电转换成交流电或是将交流电转换成直流电，所述监控工作站通过所述交换机获取所述PCS运行的数据信息；所述监控工作站根据所述PCS运行的数据信息控制所述PCS增大或减小充放电功率；
所述变压器保护装置用于获取变压器的绕组温度，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；如果所述监控工作站判断高压环网柜内出现过压、欠压或过流故障，则所述监控工作站控制断开环高压网柜内的真空断路器；
所述负荷检测装置用于检测各分支配电所总柜的电流、电压信息，统计负荷的用电量和用电功率，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；
所述电能质量检测装置用于检测交流电路中的电能质量、三相电压、三相电流和功率以及电压谐波；当所述电能质量检测装置检测到交流电路中的谐波或畸变超过预设值时，发出报警信息，并通过所述交换机将所述报警信息发送给所述监控工作站；
所述逆功率检测装置用于检测进线总柜的电流、电压信息，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；如果所述监控工作站判断进线总柜的逆功率大于或等于逆功率报警值，则控制所述PCS降低放电功率；如果所述PCS的降功率未在预设时间内响应或者用户侧负荷变化大于或等于预设值，则当所述逆功率检测装置检测到逆功率达到保护值时，所述监控工作站控制直接跳开环网柜内的真空断路器。
上述储能并网控制***中，所述电池组的信息包括单体电池的电压、温度和SOC值，以及电池组的电压、运行电流和SOC值。
上述储能并网控制***中，所述PCS运行的数据信息包括电池组充放电的电压、电流，以及PCS的器件温度。
上述储能并网控制***中，所述高压环网柜的电量信息包括高压环网柜的三相电压、三相电流和运行功率。
上述储能并网控制***中，所述监控工作站中设置有能量管理组态软件，所述能量管理组态软件中设置有数字PID控制模块；所述数字PID控制模块用于调节所述PCS的输出功率。
进一步地，当用户侧的负荷功率大于或等于储能***的额定功率时，将所述负荷检测装置检测到的用户侧的负荷功率Pf作为并网点功率给定值Ppcc_SET，所述数字PID控制模块利用用户侧的负荷功率Pf调节所述PCS的输出功率。
进一步地，当用户侧的负荷功率小于储能***的额定功率时，所述数字PID控制模块的输入为并网点恒功率控制误差Err：Err＝Ppcc_SET-Ppcc；
其中，Ppcc_SET表示并网点功率给定值；Ppcc表示并网点的实时功率，由所述电能质量检测装置检测得到。
更进一步地，所述数字PID控制模块利用并网点恒功率控制误差Err计算PCS的功率给定值Pb，并利用计算PCS的功率给定值Pb调节PCS的输出功率；
PCS的功率给定值Pb为：
Pb＝Pb1+KP*(Err-Err1)+Ki*Err；
式中，Pb1表示上一控制周期PCS的功率给定值，Err1表示上一控制周期并网点恒功率控制误差，KP表示比例系数，Ki表示积分系数。
上述储能并网控制***中还包括服务器，各所述监控工作站通过以太网与所述服务器进行通讯。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种储能并网控制方法，其包括以下步骤：
获取用户侧的负荷功率Pf；
判断用户侧的负荷功率Pf是否大于或等于储能***的输出功率；
如果用户侧的负荷功率Pf大于或等于储能***的输出功率，则将用户侧的负荷功率Pf作为并网点功率给定值Ppcc_SET，并利用用户侧的负荷功率Pf调节PCS的输出功率；
如果用户侧的负荷功率Pf小于储能***的输出功率，则利用PID控制算法计算PCS的功率给定值Pb，并利用PCS的功率给定值Pb结合进线总柜的逆功率来调节PCS的输出功率；
其中，PCS的功率给定值Pb为：
Pb＝Pb1+KP*(Err-Err1)+Ki*Err；
式中，Pb1表示上一控制周期PCS3的功率给定值，Err1表示上一控制周期并网点恒功率控制误差，KP表示比例系数，Ki表示积分系数；Err表示当前控制周期并网点恒功率控制误差，Err＝Ppcc_SET-Ppcc，并网点功率给定值Ppcc_SET为PCS的额定功率
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请通过在监控工作站中设置能量管理组态软件，在能量管理组态软件中设置数字PID控制模块，将并网点功率给定值Ppcc_SET与并网点的实时功率Ppcc的差值作为数字PID控制模块的输入量，采用PID控制算法，计算得到PCS的功率给定值Pb，并利用PCS的功率给定值Pb结合进线总柜的逆功率来调节储能变流器的输出功率，使PCS的输出功率与用户侧的负荷功率相匹配，实现交流侧并网，而且确保不会出现逆功率上网的情况。本申请能够在严格执行相关的电力规定和要求的情况下，自动调节储能***的运行，提高储能***的效率。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制***的应用实例示意图。
图2为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制***的通讯拓扑图。
图3为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制***中监控工作站的控制原理图。
图4为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制方法的流程图。
附图标记说明：
1、监控工作站；2、BMS；3、PCS；4、变压器保护装置；5、环网柜保护装置；6、负荷检测装置；7、电能质量检测装置；8、逆功率检测装置；9、交换机；10、服务器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制***的应用实例示意图。图2为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制***的通讯拓扑图。
如图1和图2所示，本申请实施例提供的储能并网控制***包括监控工作站1、BMS2(Battery Management System，电池管理***)、PCS3(Power Conversion System，储能变流器)、变压器保护装置4、环网柜保护装置5、负荷检测装置6、电能质量检测装置7、逆功率检测装置8和交换机9。其中，监控工作站1中设置有能量管理组态软件。BMS2、PCS3、变压器保护装置4、环网柜保护装置5、负荷检测装置6、电能质量检测装置7和逆功率检测装置8均通过交换机9与监控工作站1进行通讯。
其中，BMS2用于获取电池组的信息，并通过交换机9将获取的电池组的信息发送给监控工作站1。电池组的信息具体包括单体电池的电压、温度和SOC(State of Charge，荷电状态)值，以及电池组的电压、运行电流和SOC值。
当电池组在运行过程中出现单体电池过压、欠压、过流或温度高于预设的温度阈值等故障时，监控工作站1可以通过交换机9控制BMS2内的直流断路器断开直流回路。
PCS3用于将直流电转换成交流电或是将交流电转换成直流电。监控工作站1通过交换机9与PCS3进行通讯，以获取PCS3运行的数据信息。PCS3运行的数据信息包括电池组充放电的电压、电流，以及PCS3的器件温度等。监控工作站1根据电池的状态和用户侧负荷来调整PCS3的运行功率。
例如，如果监控工作站1判断电池即将充满，则控制PCS3减小充电功率；如果监控工作站1判断用户侧负荷小于或等于预设的第一负荷阈值，则控制PCS3增大充电功率；如果监控工作站1判断用户侧负荷大于或等于预设的第二负荷阈值，则控制PCS3减小充电功率或控制电池组放电来满足用户侧负荷；如果监控工作站1判断PCS3有过流、过压、欠压、温度高于预设的温度阈值等故障，则控制PCS3停止运行，避免引起事故。
变压器保护装置4用于获取变压器的绕组温度，并通过交换机9发送给监控工作站1。如果监控工作站1判断变压器的绕组温度大于或等于预设的绕组温度阈值，则控制与变压器连接的高压环网柜内的真空断路器跳开。
环网柜保护装置5用于获取高压环网柜的电量信息，并通过交换机9发送给监控工作站1。高压环网柜的电量信息包括高压环网柜的三相电压、三相电流和运行功率等。
如果监控工作站1判断高压环网柜内出现过压、欠压或过流故障，则监控工作站1控制断开环高压网柜内的真空断路器，并获取故障信息。
当高压环网柜选择自动模式时，可以由监控工作站1控制真空断路器的分合闸；当高压环网柜选择就地模式时，可以在环网柜上手动控制真空断路器的分合闸。
负荷检测装置6用于检测各分支配电所总柜的电流、电压信息，统计负荷的用电量和用电功率，并通过交换机9发送给监控工作站1。
电能质量检测装置7用于检测交流电路中的电能质量、三相电压、三相电流和功率以及电压谐波等。当电能质量检测装置7检测到交流电路中的谐波或畸变超过预设值时，会发出报警信息，并通过交换机9将报警信息发送给监控工作站1。
逆功率检测装置8用于检测进线总柜的电流、电压信息，并通过交换机9发送给监控工作站1。如果监控工作站1判断进线总柜的逆功率大于或等于逆功率报警值，则控制PCS3降低放电功率；如果PCS3的降功率未在预设时间内响应或者用户侧负荷变化大于或等于预设值，则当逆功率检测装置8检测到逆功率达到保护值时，监控工作站1控制直接跳开环网柜内的真空断路器。
图3为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制***中监控工作站的控制原理图。
如图3所示，通过监控工作站1中的能量管理组态软件，设置数字PID控制模块。负荷检测装置6实时检测同一进线总柜内的用电功率，用户的用电功率是动态变化的。当储能***放电时，负荷检测装置6检测到用户侧的负荷功率为Pf。
电能质量检测装置7检测到的并网点的实时功率为Ppcc。将并网点功率给定值Ppcc_SET与并网点的实时功率Ppcc的差值作为并网点恒功率控制误差Err，即：Err＝Ppcc_SET-Ppcc。
当用户侧的负荷功率大于或等于储能***的额定功率时，将负荷检测装置6检测到的用户侧的负荷功率Pf作为并网点功率给定值Ppcc_SET，利用用户侧的负荷功率Pf调节PCS3的输出功率。
当用户侧的负荷功率小于储能***的额定功率时，将并网点恒功率控制误差Err输入数字PID控制模块，计算PCS3的功率给定值Pb，即：
Pb＝Pb1+KP*(Err-Err1)+Ki*Err；
式中，Pb1表示上一控制周期PCS3的功率给定值，Err1表示上一控制周期并网点恒功率控制误差，KP表示比例系数，Ki表示积分系数；Err表示当前控制周期并网点恒功率控制误差，Err＝Ppcc_SET-Ppcc，并网点功率给定值Ppcc_SET即为PCS3的额定功率。数字PID控制模块利用计算得到的PCS3的功率给定值Pb调节PCS3的输出功率。
例如，负荷检测装置6检测到用户的用电功率是500KW，监控工作站1控制PCS3的输出功率为500KW；当用户的用电功率降低到400KW时，数字PID控制模块根据PID控制算法响应控制PCS3的输出功率降到400KW；当用户的用电功率又升到500KW时，数字PID控制模块控制PCS3的输出功率也跟随升到500KW，这样就能够避免电网出现逆功率。其中，用户的用电功率即为用户侧的负荷功率。
本申请实施例提供的储能并网控制***中还设置有服务器10，各监控工作站1通过以太网与服务器10进行通讯，便于服务器10对各监控工作站1进行管理。
本申请实施例提供的储能并网控制***通过在监控工作站中设置能量管理组态软件，在能量管理组态软件中设置数字PID控制模块，将并网点功率给定值Ppcc_SET与并网点的实时功率Ppcc的差值作为数字PID控制模块的输入量，采用PID控制算法，计算得到PCS3的功率给定值Pb，并利用PCS3的功率给定值Pb结合进线总柜的逆功率来调节储能变流器的输出功率，使PCS的输出功率与用户侧的负荷功率相匹配，实现交流侧并网，而且确保不会出现逆功率上网的情况。
图4为本申请具体实施方式提供的一种储能并网控制方法的流程图。
如图4所示，基于本申请实施例提供的储能并网控制***，本申请还提供了一种储能并网控制方法，其包括以下步骤：
S1、获取用户侧的负荷功率Pf。
S2、判断用户侧的负荷功率Pf是否大于或等于储能***的输出功率。
S3、如果用户侧的负荷功率Pf大于或等于储能***的输出功率，则将负荷检测装置6检测到的用户侧的负荷功率Pf作为并网点功率给定值Ppcc_SET，并利用用户侧的负荷功率Pf调节PCS3的输出功率。
S4、如果用户侧的负荷功率Pf小于储能***的输出功率，则利用PID控制算法计算PCS3的功率给定值Pb，并利用计算得到的PCS3的功率给定值Pb结合进线总柜的逆功率来调节PCS3的输出功率。
PCS3的功率给定值Pb为：
Pb＝Pb1+KP*(Err-Err1)+Ki*Err；
式中，Pb1表示上一控制周期PCS3的功率给定值，Err1表示上一控制周期并网点恒功率控制误差，KP表示比例系数，Ki表示积分系数；Err表示当前控制周期并网点恒功率控制误差，Err＝Ppcc_SET-Ppcc，并网点功率给定值Ppcc_SET为PCS3的额定功率。
本申请实施例提供的储能并网控制方法通过比较用户侧的负荷功率Pf与储能***输出功率，当用户侧的负荷功率Pf小于储能***的输出功率时，将并网点功率给定值Ppcc_SET与并网点的实时功率Ppcc的差值作为并网点恒功率控制误差，采用PID控制算法，计算得到PCS3的功率给定值Pb，并利用PCS3的功率给定值Pb结合进线总柜的逆功率来调节储能变流器的输出功率，使PCS的输出功率与用户侧的负荷功率相匹配，实现交流侧并网，而且确保不会出现逆功率上网的情况。本申请能够在严格执行相关的电力规定和要求的情况下，自动调节储能***的运行，提高储能***的效率。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，是计算机可读存储介质，例如，包括计算机程序的存储器，上述计算机程序可由处理器执行，以完成前述储能并网控制方法中的所述步骤。
上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可为在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种储能并网控制***，其特征在于，包括监控工作站、BMS、PCS、变压器保护装置、环网柜保护装置、负荷检测装置、电能质量检测装置、逆功率检测装置和交换机；
所述BMS、PCS、变压器保护装置、环网柜保护装置、负荷检测装置、电能质量检测装置和逆功率检测装置均通过所述交换机与所述监控工作站进行通讯；
所述BMS用于获取电池组的信息，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；如果电池组在运行过程中出现单体电池过压、欠压、过流或温度高于预设的温度阈值，则所述监控工作站通过所述交换机控制所述BMS内的直流断路器断开直流回路；
所述PCS用于将直流电转换成交流电或是将交流电转换成直流电，所述监控工作站通过所述交换机获取所述PCS运行的数据信息；所述监控工作站根据所述PCS运行的数据信息控制所述PCS增大或减小充放电功率；
所述变压器保护装置用于获取变压器的绕组温度，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；如果所述监控工作站判断高压环网柜内出现过压、欠压或过流故障，则所述监控工作站控制断开环高压网柜内的真空断路器；
所述负荷检测装置用于检测各分支配电所总柜的电流、电压信息，统计负荷的用电量和用电功率，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；
所述电能质量检测装置用于检测交流电路中的电能质量、三相电压、三相电流和功率以及电压谐波；当所述电能质量检测装置检测到交流电路中的谐波或畸变超过预设值时，发出报警信息，并通过所述交换机将所述报警信息发送给所述监控工作站；
所述逆功率检测装置用于检测进线总柜的电流、电压信息，并通过所述交换机发送给所述监控工作站；如果所述监控工作站判断进线总柜的逆功率大于或等于逆功率报警值，则控制所述PCS降低放电功率；如果所述PCS的降功率未在预设时间内响应或者用户侧负荷变化大于或等于预设值，则当所述逆功率检测装置检测到逆功率达到保护值时，所述监控工作站控制直接跳开环网柜内的真空断路器。
2.根据权利要求1所述的储能并网控制***，其特征在于，所述电池组的信息包括单体电池的电压、温度和SOC值，以及电池组的电压、运行电流和SOC值。
3.根据权利要求1所述的储能并网控制***，其特征在于，所述PCS运行的数据信息包括电池组充放电的电压、电流，以及PCS的器件温度。
4.根据权利要求1所述的储能并网控制***，其特征在于，所述高压环网柜的电量信息包括高压环网柜的三相电压、三相电流和运行功率。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的储能并网控制***，其特征在于，所述监控工作站中设置有能量管理组态软件，所述能量管理组态软件中设置有数字PID控制模块；所述数字PID控制模块用于调节所述PCS的输出功率。
6.根据权利要求5所述的储能并网控制***，其特征在于，当用户侧的负荷功率大于或等于储能***的额定功率时，将所述负荷检测装置检测到的用户侧的负荷功率Pf作为并网点功率给定值Ppcc_SET，所述数字PID控制模块利用用户侧的负荷功率Pf调节所述PCS的输出功率。
7.根据权利要求5所述的储能并网控制***，其特征在于，当用户侧的负荷功率小于储能***的额定功率时，所述数字PID控制模块的输入为并网点恒功率控制误差Err：Err＝Ppcc_SET-Ppcc；
其中，Ppcc_SET表示并网点功率给定值；Ppcc表示并网点的实时功率，由所述电能质量检测装置检测得到。
8.根据权利要求7所述的储能并网控制***，其特征在于，所述数字PID控制模块利用并网点恒功率控制误差Err计算PCS的功率给定值Pb，并利用计算PCS的功率给定值Pb调节PCS的输出功率；
PCS的功率给定值Pb为：
Pb＝Pb1+KP*(Err-Err1)+Ki*Err；
式中，Pb1表示上一控制周期PCS的功率给定值，Err1表示上一控制周期并网点恒功率控制误差，KP表示比例系数，Ki表示积分系数。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的储能并网控制***，其特征在于，还包括服务器，各所述监控工作站通过以太网与所述服务器进行通讯。
10.一种储能并网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取用户侧的负荷功率Pf；
判断用户侧的负荷功率Pf是否大于或等于储能***的输出功率；
如果用户侧的负荷功率Pf大于或等于储能***的输出功率，则将用户侧的负荷功率Pf作为并网点功率给定值Ppcc_SET，并利用用户侧的负荷功率Pf调节PCS的输出功率；
如果用户侧的负荷功率Pf小于储能***的输出功率，则利用PID控制算法计算PCS的功率给定值Pb，并利用PCS的功率给定值Pb结合进线总柜的逆功率来调节PCS的输出功率；
其中，PCS的功率给定值Pb为：
Pb＝Pb1+KP*(Err-Err1)+Ki*Err；
式中，Pb1表示上一控制周期PCS3的功率给定值，Err1表示上一控制周期并网点恒功率控制误差，KP表示比例系数，Ki表示积分系数；Err表示当前控制周期并网点恒功率控制误差，Err＝Ppcc_SET-Ppcc，并网点功率给定值Ppcc_SET为PCS的额定功率。
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