液流电池储能系统的控制方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学储能系统领域，具体而言，涉及一种液流电池储能系统的控制方法和装置。
【背景技术】
[0002]由于风能或太阳能等清洁能源的电能输出存在功率的波动现象，为了保证最终能够向用户提供的稳定电能输出，需要通过储能系统“削峰填谷”，来平滑清洁能源的发电功率输出曲线。
[0003]在现有技术中，在清洁能源的发电功率不足以满足用户的用电需求时，可以通过液流电池储能系统(如，全钒氧化还原液流电池储能系统)进行放电，向用户提供电能，以补足清洁能源发电功率的不足；在清洁能源的发电功率高于用户的用电需求时，可以对液流电池储能系统进行充电，以消耗过高的发电功率，将多余的发电量存储在液流电池储能系统中。
[0004]全钒氧化还原液流电池(简称钒电池)分别以不同价态的钒离子V2+/V3+(负极)和v4+/v5+(正极)为电池的两极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵(如，负极电解液液体泵和正极电解液液体泵)驱动活性电解液至反应场所(即电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在整个钒电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。如图1所示，电池堆是由多片单体电池依次叠放压紧，串联而成。其中，单体电池5’包括液流框I’、集流板2’、电极3’以及隔膜4’，多片单体电池5’串联叠合组成电池堆6’。
[0005]如图2所示，液流电池系统包括电池堆6 ’、负极储液罐8 ’、正极储液罐9 ’、负极电解液液体泵10’、正极电解液液体泵11’、负极电解液导流管道12’以及正极电解液导流管道 13，。
[0006]在现有的液流电池设计与控制系统中，正极电解液与负极电解液分别置于一个正极储液罐与一个负极储液罐中，当电解液的SOC(State of Charge，即荷电状态)较高时，如果液流电池储能系统需要大功率充电，则电池堆电压极化增加、电解液泵(如，上述的负极电解液液体泵和正极电解液液体泵)的泵耗增加；当电解液的SOC较低时，如果液流电池储能系统需要大功率放电，则电池堆电压极化增加、电解液泵的泵耗增加。这种情况导致液流电池储能系统在不同充放电功率的工况下工作时，充放电效率较低。
[0007]具体地，在充电过程中，V3+作为负极的反应物和V4+作为正极的反应物，在SOC较高的状态下，V3+和V4+浓度较低，为了适应大功率的充电需求，需要提高电解液的输送流量，以满足反应消耗，从而增加了电解液泵的泵耗；在放电过程中，V2+作为负极的反应物和V 5+作为正极的反应物，在SOC较低的状态下，V2+和V5+浓度较低，为了适应大功率的放电需求，需要提高电解液的输送流量，以满足反应消耗，从而增加了电解液泵的泵耗。
[0008]其中，SOC =负极电解液中V2+的浓度/负极电解液中钒离子总浓度；或者，SOC =正极电解液中V5+的浓度/正极电解液中钒离子总浓度。
[0009]针对现有技术中液流电池储能系统工作于不同工况的情况下充放电效率低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0010]本发明实施例提供了一种液流电池储能系统的控制方法和装置，以至少解决现有技术中液流电池储能系统工作于不同工况的情况下充放电效率低的技术问题。
[0011]根据本发明实施例的一个方面，提供了一种液流电池储能系统的控制方法，包括:获取发电设备的发电功率和用电负载所需的用电功率；基于发电功率和用电功率获取液流电池储能系统的工作信息，其中，液流电池储能系统包括多个第一储液罐分区，各个第一储液罐分区的电解液的第一荷电状态区间不同，工作信息包括液流电池储能系统充电或放电的工作功率；基于与工作功率相匹配的第二荷电状态区间，确定多个第一储液罐分区中的第二储液罐分区，其中，第一荷电状态区间包括第二荷电状态区间；控制第二储液罐分区执行充电或放电操作。
[0012]进一步地，基于与工作功率相匹配的第二荷电状态区间，确定多个第一储液罐分区中的第二储液罐分区包括:从预先获取的功率曲线中读取工作功率对应的功率范围；读取与功率范围相匹配的第二荷电状态区间；将第二荷电状态区间对应的第一储液罐分区作为第二储液罐分区。
[0013]进一步地，工作信息为液流电池储能系统执行充电操作的工作功率，其中，控制第二储液罐分区执行充电或放电操作包括:控制第二储液罐分区执行充电操作；检测第二储液罐分区的第一荷电状态是否达到第一预设阈值；若第二储液罐分区的第一荷电状态达到第一预设阈值，则关闭第二储液罐分区，并控制多个第一储液罐分区中的第三储液罐分区执行充电操作，其中，第三储液罐分区的第三荷电状态区间的右端点值不大于第二荷电状态区间的左端点值，第一荷电状态区间包括第三荷电状态区间。
[0014]进一步地，工作信息为液流电池储能系统执行放电操作的工作功率，其中，控制第二储液罐分区执行充电或放电操作包括:控制第二储液罐分区执行放电操作；检测第二储液罐分区的第一荷电状态是否达到第二预设阈值；若第二储液罐分区的第一荷电状态达到第二预设阈值，则关闭第二储液罐分区，并控制多个第一储液罐分区中的第四储液罐分区执行放电操作，其中，第二储液罐分区的第二荷电状态区间的右端点值不大于第四储液罐分区的第四荷电状态区间的左端点值，第一荷电状态区间包括第四荷电状态区间。
[0015]进一步地，基于发电功率和用电功率获取液流电池储能系统的工作信息包括:将发电功率与用电功率的差值作为工作功率；比较发电功率与用电功率的大小；若发电功率大于用电功率，则生成用于指示液流电池储能系统执行充电操作的工作信息；若发电功率小于用电功率，则生成用于指示液流电池储能系统执行放电操作的工作信息。
[0016]根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种液流电池储能系统的控制装置，包括:第一获取模块，用于获取发电设备的发电功率和用电负载所需的用电功率；第二获取模块，用于基于发电功率和用电功率获取液流电池储能系统的工作信息，其中，液流电池储能系统包括多个第一储液罐分区，各个第一储液罐分区的电解液的第一荷电状态区间不同，工作信息包括液流电池储能系统充电或放电的工作功率；确定模块，用于基于与工作功率相匹配的第二荷电状态区间，确定多个第一储液罐分区中的第二储液罐分区，其中，第一荷电状态区间包括第二荷电状态区间；控制模块，用于控制第二储液罐分区执行充电或放电操作。
[0017]进一步地，确定模块包括:第一读取子模块，用于从预先获取的功率曲线中读取工作功率对应的功率范围；第二读取子模块，用于读取与功率范围相匹配的第二荷电状态区间；第一确定子模块，用于确定将第二荷电状态区间对应的第一储液罐分区作为第二储液罐分区。
[0018]进一步地，工作信息为液流电池储能系统执行充电操作的工作功率，其中，控制模块包括:第一控制子模块，用于控制第二储液罐分区执行充电操作；第一检测子模块，用于检测第二储液罐分区的第一荷电状态是否达到第一预设阈值；第一控制子模块，用于在第二储液罐分区的第一荷电状态达到第一预设阈值的情况下，关闭第二储液罐分区，并控制多个第一储液罐分区中的第三储液罐分区执行充电操作，其中，第三储液罐分区的第三荷电状态区间的右端点值不大于第二荷电状态区间的左端点值，第一荷电状态区间包括第三荷电状态区间。
[0019]进一步地，工作信息为液流电池储能系统执行放电操作的工作功率，其中，控制模块包括:第二控制子模块，用于控制第二储液罐分区执行放电操作；第二检测子模块，用于检测第二储液罐分区的第一荷电状态是否达到第二预设阈值；第二控制子模块，用于在第二储液罐分区的第一荷电状态达到第二预设阈值的情况下，关闭第二储液罐分区，并控制多个第一储液罐分区中的第四储液罐分区执行放电操作，其中，第二储液罐分区的第二荷电状态区间的右端点值不大于第四储液罐分区的第四荷电状态区间的左端点值，第一荷电状态区间包括第四荷电状态区间。
[0020]进一步地，第二获取模块包括:第二确定子模块，用于确定将发电功率与用电功率的差值作为工作功率；比较子模块，用于比较发电功率与用电功率的大小；第一生成子模块，用于在发电功率大于用电功率的情况下，生成用于指示液流电池储能系统执行充电操作的工作信息；第一生成子模块，用于在发电功率小于用电功率的情况下，生成用于指示液流电池储能系统执行放电操作的工作信息。
[0021]采用本发明实施例，将液流电池储能系统的储液罐划分为多个第一储液罐分区，在各个第一储液罐分区中存储不同SOC的电解液，以将不同能量分区存储；根据发电设备的输出(即上述的发电功率)和用电负载的需求(即上述的用电功率)确定多个第一储液罐分区中用于执行充电或放电操作的第二储液罐分区，实现了将不同储液罐分区中存储的不同SOC的电解液灵活应用于不同充放电工况，避免了现有技术中液流电池储能系统工作于变工况的情况下充放电效率低的问题，降低了电池堆反应极化，降低了电解液泵的泵耗，从而提高了液流电池储能系统的充放电效率。通过本发明实施例，将不同SOC的电解液存储于不同储液罐分区，根据发电设备的发电功率和用电负载的用电功率确定用于执行充电或放电操作的储液罐分区，从而实现了将不同储液罐分区中存储的不同SOC的电解液灵活应用于不同充放电工况的技术效果，解决了现有技术中液流电池储能系统工作于不同工况的情况下充放电效率低的技术问题，提高了液流电池储能系统的充放电效率。
【附图说明】
[0022]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0023]图1是根据现有技术的一种液流电池的电池堆的示意图；
[0024]图2是根据现有技术的一种液流电池系统的示意图；
[0025]图3是根据本发明实施例的液流电池储能系统的控制方法的流程图；
[0026]图4是根据本发明实施例的一种可选的第二储液罐分区的确定方法的流程图；
[0027]图5是根据本发明实施例的一种可选的功率曲线的示意图；
[0028]图6是根据图5的一种可选的液流电池储能系统的示意图；
[0029]图7是根据本发明实施例的另一种可选的功率曲线的示意图；
[0030]图8是根据图7的一种可选的液流电池储能系统的示意图；以及
[0031]图9是根据本发明实施例的液流电池储能系统的控制装置的示意图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0033]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034]根据本发明实施例，提供了一种液流电池储能系统的控制方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0035]图3是根据本发明实施例的液流电池储能系统的控制方法的流程图，如图3所示，该方法可以包括如下步骤:
[0036]步骤S302，获取发电设备的发电功率和用电负载所需的用电功率。
[0037]步骤S304，基于发电功率和用电功率获取液流电池储能系统的工作信息。
[0038]其中，液流电池储能系统包括多个第一储液罐分区，各个第一储液罐分区的电解液的