專利名稱：用于調頻的電池儲能電站功率控制方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于智能電網以及能量存儲與轉換技術領域，具體涉及一種基于大功率大容量兆瓦級鋰離子電池儲能電站的實時功率控制方法，尤其適用于兆瓦級電池儲能電站參與系統AGC調頻時，儲能電站內的儲能機組實時功率分配以及儲能電站能量管理。
背景技術：
隨著電池及其集成技術的不斷發(fā)展，應用電池儲能電站參與自動發(fā)電控制系統調頻(以下簡稱:AGC調頻)逐漸成為了一種可行方案。電池儲能電站內的電池儲能機組與傳統的發(fā)電機組相比具有響應速度快，啟停時間短等優(yōu)勢，將在配電網系統及智能電網的調頻控制中發(fā)揮重要作用。電池儲能系統中目前常用的幾種大容量儲能電池有鈉硫電池，液流電池以及鋰離子電池等類型。從電池儲能的角度來說，過度的充電和過度的放電都會對電池的壽命造成影響。因此,監(jiān)控好電池荷電狀態(tài)、在儲能電站內部合理分配好AGC調頻用有功功率需求，并將電池的荷電狀態(tài)控制在一定范圍內是必要的。目前有關基于兆瓦級大規(guī)模電池儲能電站的AGC調頻控制方面的專利、文獻、技術報告等非常少，需要深入研究和探索大規(guī)模多類型電池儲能電站綜合控制和參與ACG調頻時的儲能電站應用技術，解決大規(guī)模電池儲能電站協調控制及并網運行的關鍵問題。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在實際工程應用上易于實現和掌握的兆瓦級鋰離子電池儲能電站參與系統調頻時的實時功率控制方法，可以同時滿足儲能電站的AGC調頻用有功功率需求及大容量電池儲能電站存儲能量的實時監(jiān)管要求。本發(fā)明的控制方法是通過下述技術方案實現的:—種用于調頻的電池儲能電站功率控制方法，該方法包括以下步驟:步驟A、實時讀取電池儲能電站的調頻用有功功率需求值及該電站的相關運行數據，并對上述有功功率需求和數據進行存儲和管理；步驟B、根據調頻用有功功率需求值判斷電池儲能電站的狀態(tài)，并通過相應的預設規(guī)則計算待分配給電池儲能電站中各電池儲能機組的功率命令值；步驟C、將待分配給各電池儲能機組的功率命令值進行匯總后輸出至電池儲能電站。進一步地，在步驟A中，所述電池儲能電站的相關運行數據包括:電池儲能電站中各電池儲能機組的可控狀態(tài)值、荷電狀態(tài)值(簡稱SOC值)、最大允許放電功率和最大允許充電功率等等。進一步地，所述步驟B包括如下步驟:判斷電池儲能電站的狀態(tài)；當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為正值時，表示該電池儲能電站將處于放電狀態(tài)，則根據第一預設規(guī)則獲得各電池儲能機組的功率命令值；當電池儲能電站的調頻用用功功率需求值為負值時，表示該電池儲能電站將處于充電狀態(tài)，則根據第二預設規(guī)則獲得各電池儲能機組的初始功率命令值；所述放電狀態(tài)值等于I減去荷電狀態(tài)值；當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為零時，表示該鋰電池儲能子站將處于零功率狀態(tài)，則將各電池儲能機組的有功功率命令值設為零。所述第一預設規(guī)則包括:B10)判斷調頻用有功功率需求是否滿足當前電池儲能電站的最大允許放電功率約束條件，如果違反該約束條件，直接將所有電池儲能機組的最大允許放電功率設為相應機組的功率命令值；否則執(zhí)行步驟Bll ；Bll)設定電池儲能電站中被限制在最大允許放電功率的電池儲能機組數量為Μ，并對該變量M進行初始化，通過可控電池儲能機組荷電狀態(tài)值占電池儲能電站中所有可控電池儲能機組荷電狀態(tài)值總和的比例值、再乘以電池儲能電站的調頻用有功功率需求值，來計算所有電池儲能機組的功率命令值；所述可控電池儲能機組荷電狀態(tài)值為該機組的荷電狀態(tài)值與其可控狀態(tài)值的乘積；Β12)判斷所有電池儲能機組的功率命令值是否滿足電池儲能機組最大允許放電功率約束條件，如果有電池儲能機組違反該約束條件時，則進行M = Μ+1，并執(zhí)行步驟Β13 ；否則跳轉至步驟Β15 ；Β13)通過計算違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的電池儲能機組功率命令值占該機組最大允許放電功率的比例值，分別求得違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組的放電功率特征值；Β14)基于貪婪算法從違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組中選出一個電池儲能機組，將該機組的最大允許放電功率設為其功率命令值，重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值后，跳轉至步驟Β12 ；Β15)判斷上述步驟所得的各電池儲能機組的功率命令值之和是否滿足有功功率供需平衡約束條件，如果不滿足該約束條件，則重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值；否則，結束判斷。所述第二預設規(guī)則包括:Β20)判斷調頻用有功功率需求值是否滿足當前電池儲能電站的最大允許充電功率約束條件，如果違反該約束條件，則直接將所有電池儲能機組的最大允許充電功率設為相應機組的功率命令值；否則執(zhí)行步驟Β21 ；Β21)設定電池儲能電站中被限制在最大允許充電功率的電池儲能機組數量為N，并對該變量N進行初始化，通過可控電池儲能機組放電狀態(tài)值占電池儲能電站中所有可控電池儲能機組的放電狀態(tài)值總和的比例值、再乘以電池儲能電站的調頻用有功功率需求值，來計算所有電池儲能機組功率命令值；所述可控電池儲能機組放電狀態(tài)值為該機組的放電狀態(tài)值與其可控狀態(tài)值的乘積；Β22)判斷所有電池儲能機組的功率命令值是否滿足電池儲能機組最大允許充電功率約束條件，如果有電池儲能機組違反該約束條件時，則進行N = Ν+1，并執(zhí)行步驟Β23 ；否則跳轉至步驟B25 ；B23)通過計算違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的電池儲能機組功率命令值占該機組最大允許充電功率的比例值，分別求得違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的各電池儲能機組的充電功率特征值；B24)基于貪婪算法從違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的各電池儲能機組中選出一個電池儲能機組，將該機組的最大允許充電功率值設為其功率命令值，重新計算其余沒有被限制在最大允許充電功率的各電池儲能機組的功率命令值后，跳轉至步驟 B22 ；B25)判斷上述步驟所得的各電池儲能機組的功率命令值之和是否滿足有功功率供需平衡約束條件，如果不滿足該約束條件，則重新計算其余沒有被限制在最大允許充電功率的各電池儲能機組的功率命令值。進一步地,所述步驟BlO中當前電池儲能電站的最大允許放電功率約束條件為:電池儲能電站的調頻用有功功率需求值小于等于各電池儲能機組的最大允許放電功率總和；所述步驟B12中電池儲能機組的最大允許放電功率約束條件為:電池儲能機組功率命令值小于等于該機組的最大允許放電功·率；所述步驟B20中當前電池儲能電站的最大允許充電功率約束條件為:電池儲能電站的調頻用有功功率需求的絕對值小于等于各電池儲能機組最大允許充電功率總和的絕對值；所述步驟B22中電池儲能機組的最大允許充電功率約束條件為:電池儲能機組功率命令值的絕對值小于等于該機組最大允許充電功率的絕對值；所述步驟B15和B25中有功功率供需平衡約束條件為:各電池儲能機組的功率命令值總和等于當前電池儲能電站的調頻用有功功率需求值。進一步地，所述步驟B14的具體方法包括:從違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組中挑選放電功率特征值最大的電池儲能機組，如果有一個以上的儲能機組滿足條件時，再從中選取一個荷電狀態(tài)值最大的電池儲能機組，然后將該機組的最大允許放電功率設為其功率命令值；并通過下式重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值:
權利要求
1.一種用于調頻的電池儲能電站功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A、實時讀取電池儲能電站的調頻用有功功率需求值及該電站的相關運行數據，并對上述有功功率需求值和相關運行數據進行存儲； 步驟B、根據調頻用有功功率需求值判斷電池儲能電站的狀態(tài)，并通過相應的預設規(guī)則計算電池儲能電站中各電池儲能機組的功率命令值； 步驟C、將各電池儲能機組的功率命令值進行匯總后輸出至電池儲能電站。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A中，所述電池儲能電站的相關運行數據包括:電池儲能電站中各電池儲能機組的可控狀態(tài)值、荷電狀態(tài)值、最大允許放電功率和最大允許充電功率。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: 判斷電池儲能電站的狀態(tài)； 當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為正值時，表示該電池儲能電站將處于放電狀態(tài)，則根據第一預設規(guī)則獲得各電池儲能機組的功率命令值； 當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為負值時，表示該電池儲能電站將處于充電狀態(tài)，則根據第二預設規(guī)則獲得各電池儲能機組的功率命令值；所述放電狀態(tài)值等于I減去荷電狀態(tài)值； 當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為零時，表示該鋰電池儲能子站將處于零功率狀態(tài)，則將各電池儲能機組的功率命令值設置為零。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于， 所述第一預設規(guī)則包括: BlO)判斷調頻用有功功率需求值是否滿足當前電池儲能電站的最大允許放電功率約束條件，如果違反該約束條件，則直接將所有電池儲能機組的最大允許放電功率設置為相應機組的功率命令值；否則執(zhí)行步驟Bll ； Bll)設定電池儲能電站中被限制在最大允許放電功率的電池儲能機組數量為M，并對該變量M進行初始化，通過可控電池儲能機組荷電狀態(tài)值占電池儲能電站中所有可控電池儲能機組荷電狀態(tài)值總和的比例值、再乘以電池儲能電站的調頻用有功功率需求值，來計算所有電池儲能機組的功率命令值；所述可控電池儲能機組荷電狀態(tài)值為該機組的荷電狀態(tài)值與其可控狀態(tài)值的乘積； B12)判斷所有電池儲能機組的功率命令值是否滿足電池儲能機組最大允許放電功率約束條件，如果有電池儲能機組違反該約束條件時，則進行M = M+1、并執(zhí)行步驟B13 ;否則跳轉至步驟B15 ; B13)通過計算違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的電池儲能機組功率命令值占該機組最大允許放電功率的比例值，分別求得違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組的放電功率特征值；B14)基于貪婪算法從違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組中選出一個電池儲能機組，將該機組的最大允許放電功率設置為其功率命令值，計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值后，跳轉至步驟B12 ；B15)判斷上述步驟所得的各電池儲能機組功率命令值之和是否滿足有功功率供需平衡約束條件，如果不滿足該約束條件， 則重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值；否則結束判斷。
當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為負值時，各電池儲能機組功率命令值的計算方法包括: B20)判斷調頻用有功功率需求值是否滿足當前電池儲能電站的最大允許充電功率約束條件，如果違反該約束條件，則直接將所有電池儲能機組的最大允許充電功率設置為相應機組的功率命令值；否則執(zhí)行步驟B21 ； B21)設定電池儲能電站中被限制在最大允許充電功率的電池儲能機組數量為N，并對該變量N進行初始化，通過可控電池儲能機組放電狀態(tài)值占電池儲能電站中所有可控電池儲能機組放電狀態(tài)值總和的比例值、再乘以電池儲能電站的調頻用有功功率需求值，來計算所有電池儲能機組的功率命令值；所述可控電池儲能機組放電狀態(tài)值為該機組的放電狀態(tài)值與其可控狀態(tài)值的乘積； B22)判斷所有電池儲能機組的功率命令值是否滿足電池儲能機組最大允許充電功率約束條件，如果有電池儲能機組違反該約束條件時，則進行N= N+1，并執(zhí)行步驟B23 ;否則跳轉至步驟B25 ； B23)通過計算違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的電池儲能機組功率命令值占該機組最大允許充電功率的比例值，分別求得違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的各電池儲能機組的充電功率特征值； B24)基于貪婪算法從違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的各電池儲能機組中選出一個電池儲能機組，將該機組的最大允許充電功率設置為其功率命令值，計算其余沒有被限制在最大允許充電功率的各電池儲能機組的功率命令值后，跳轉至步驟B22 ； B25)判斷上述步驟所得的各電池儲能機組功率命令值之和是否滿足有功功率供需平衡約束條件，如果不滿足 該約束條件，則重新計算其余沒有被限制在最大允許充電功率的各電池儲能機組的功率命令值；否則結束判斷。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于， 所述步驟BlO中當前電池儲能電站的最大允許放電功率約束條件為:電池儲能電站的調頻用有功功率需求值小于等于各電池儲能機組的最大允許放電功率總和； 所述步驟B12中電池儲能機組的最大允許放電功率約束條件為:電池儲能機組功率命令值小于等于該電池儲能機組的最大允許放電功率； 所述步驟B20中當前電池儲能電站的最大允許充電功率約束條件為:電池儲能電站調頻用有功功率需求值的絕對值小于等于各電池儲能機組最大允許充電功率總和的絕對值； 所述步驟B22中電池儲能機組的最大允許充電功率約束條件為:電池儲能機組功率命令值的絕對值小于等于該電池儲能機組最大允許充電功率的絕對值。
所述步驟B15和B25中有功功率供需平衡約束條件為:各電池儲能機組的功率命令值總和等于當前電池儲能電站的調頻用有功功率需求值。
6.如權利要求4或5所述的方法，其特征在于， 所述步驟B14的具體方法包括:從違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組中挑選放電功率特征值最大的電池儲能機組，如果有一個以上的電池儲能機組滿足條件時，再從中選取一個荷電狀態(tài)值最大的電池儲能機組，然后將該機組的最大允許放電功率設為其功率命令值；并通過下式重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值:
7.一種用于調頻的電池儲能電站功率控制系統，其特征在于，該系統包括: 通訊模塊，用于實時讀取電池儲能電站的調頻用有功功率需求值及該電站的相關運行數據，以及將各電池儲能機組的功率命令值輸出至電池儲能電站； 數據存儲與管理模塊，用于存儲電池儲能電站的調頻用有功功率需求值和該電站的相關運行數據，以及將調頻功率分配控制模塊返回的各電池儲能機組的功率命令值匯總后傳至通訊模塊；和 調頻功率分配控制模塊，用于根據調頻用有功功率需求值判斷電池儲能電站的狀態(tài)，并計算相應狀態(tài)時電池儲能電站中各電池儲能機組的功率命令值。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述調頻功率分配控制模塊包括:判斷模塊，用于判斷當前電池儲能電站的狀態(tài):當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為正值時，表示該電池儲能電站將處于放電狀態(tài)，則通過第一執(zhí)行模塊計算各電池儲能機組的功率命令值；當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為負值時，表示該電池儲能電站將處于充電狀態(tài)，則通過第二執(zhí)行模塊計算各電池儲能機組的功率命令值；當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為零時，表示該電池儲能電站將處于零功率狀態(tài)，則通過第三執(zhí)行模塊設置各電池儲能機組的功率命令值； 第一執(zhí)行模塊，用于當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為正值時，計算各電池儲能機組的功率命令值； 第二執(zhí)行模塊，用于當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為負值時，計算各電池儲能機組的功率命令值； 第三執(zhí)行模塊，用于當電池儲能電站的調頻用有功功率需求值為零時，設置所有電池儲能機組的功率命令值為零。
9.如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述第一執(zhí)行模塊包括: 第一判斷子模塊，用于設置當前電池儲能電站的最大允許放電功率約束條件，并判斷調頻用有功功率需求值是否滿足該約束條件，如果違反該約束條件，則通過第一計算子模塊計算電池儲能電站中所有電池儲能機組的功率命令值；否則通過第二計算子模塊計算電池儲能電站中所有電池儲能機組的功率命令值； 第一計算子模塊，用于將電池儲能機組的最大允許放電功率設為相應機組的功率命令值； 第二計算子模塊，用于對電池儲能電站中被限制在最大允許放電功率的電池儲能機組數量進行初始化，并計算電池儲能電站中所有電池儲能機組的功率命令值； 第二判斷子模塊，用于設置電池儲能機組最大允許放電功率約束條件，并根據該約束條件對電池儲能電站中所有電池儲能機組進行判斷，如果有違反該約束條件的電池儲能機組，則先通過第三計算子模塊重新計算違反該約束條件的電池儲能機組的功率命令值，再通過該子模塊繼續(xù)進行判斷，直至所有電池儲能機組的功率命令值全部滿足電池儲能機組最大允許放電功率約束條件時，通過第三判斷子模塊進行判斷； 第三計算子模塊，用于計算違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組的放電功率特征值；以及基于貪婪算法從違反電池儲能機組最大允許放電功率約束條件的各電池儲能機組中選出一個電池儲能機組，將該機組的最大允許放電功率作為其功率命令值，計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值；第三判斷子模塊，用于設置有功功率供需平衡約束條件，并判斷各電池儲能機組的功率命令值總和是否滿足該約束條件，如果違反約束條件，通過第四計算子模塊重新確定其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值；否則，結束判斷；和第四計算子模塊，用于計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各電池儲能機組的功率命令值,從而最終確定各鋰電池儲能機組的功率命令值。
所述第二執(zhí)行模塊包括: 第四判斷子模塊，用于設置當前電池儲能 電站的最大允許充電功率約束條件，并判斷調頻用有功功率需求值是否滿足該約束條件，如果違反約束條件，通過第五計算子模塊計算所有電池儲能機組的功率命令值；否則通過第六計算子模塊計算電池儲能電站中所有電池儲能機組的功率命令值； 第五計算子模塊，用于將電池儲能機組的最大允許充電功率設為相應機組的功率命令值； 第六計算子模塊，用于對電池儲能電站中被限制在最大允許充電功率的電池儲能機組數量進行初始化，并計算電池儲能電站中所有電池儲能機組的功率命令值； 第五判斷子模塊，用于設置電池儲能機組最大允許充電功率約束條件，并根據該約束條件對電池儲能電站中所有電池儲能機組進行判斷，如果有違反該約束條件的電池儲能機組，則先通過第七計算子模塊重新計算違反該約束條件的電池儲能機組的功率命令值，再通過該子模塊繼續(xù)進行判斷，直至所有電池儲能機組的功率命令值全部滿足電池儲能機組最大允許充電功率約束條件時，通過第六判斷子模塊進行判斷； 第七計算子模塊，用于計算違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的各電池儲能機組的充電功率特征值；以及基于貪婪算法從違反電池儲能機組最大允許充電功率約束條件的各電池儲能機組中選出一個電池儲能機組，將該機組的最大允許充電功率作為其功率命令值，計算其余沒有被限制在最大允許充電功率的各電池儲能機組的功率命令值； 第七判斷子模塊，用于設置有功功率供需平衡的約束條件，并根據該約束條件，對電池儲能機組的功率命令值的和進行判斷，如果違反約束條件，通過第八計算子模塊重新確定其余沒有被限制在最大允許充電功率的各電池儲能機組的功率命令值； 第八計算子模塊，用于計算其余沒有被限制在最大允許充電功率的各鋰電池儲能機組的功率命令值，以 最終確定各鋰電池儲能機組的功率命令值。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于調頻的電池儲能電站功率控制方法和系統，該方法包括A)實時讀取電池儲能電站的調頻用有功功率需求值及該電站運行時的相關數據，并對上述有功功率需求和數據進行存儲和管理；B)計算待分配給電池儲能電站中各電池儲能機組的功率命令值；C)將各電池儲能機組的功率命令值進行匯總后輸出至電池儲能電站。該系統括通訊模塊、數據存儲與管理模塊和調頻功率分配控制模塊。本發(fā)明通過工控機和通信平臺完成用于調頻的電池儲能電站功率控制方法，該方法和系統不但可實現用電池儲能電站來支持AGC相對應的系統調頻功能，還實現了對兆瓦級鋰離子電池儲能電站實時功率的有效控制和分配目的。
文檔編號H02J15/00GK103187806SQ20111045944
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者李相俊, 惠東, 郭光朝, 張亮, 雷偉民, 何紅光 申請人:中國電力科學研究院, 國網新源張家口風光儲示范電站有限公司