液流电池储能系统的控制方法和装置的制造方法_2

文档序号:8906944阅读:来源:国知局
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。
[0039]步骤S306,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。
[0040]其中,第一荷电状态区间包括第二荷电状态区间。
[0041]步骤S308,控制第二储液罐分区执行充电或放电操作。
[0042]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。
[0043]在本发明上述实施例中,发电设备可以是清洁能源的发电设备,如风能发电设备或太阳能发电设备等;用电负载可以是配电网中连接的用户负载。
[0044]具体地,上述的每个第一储液罐分区可以为一个正极储液罐和一个负极储液罐组成的分区,其中,各个正极储液罐中存储的正极电解液SOC分别属于不同的SOC区间(即上述的第一荷电状态区间),每个正极储液罐具有一个正极电解液的进口阀门和一个出口阀门,通过打开该进口阀门和出口阀门,可以控制该正极储液罐中的正极电解液进入正极电解液循环回路,以实现通过该正极储液罐执行充电或放电操作,通过闭合该进口阀门和出口阀门,可以控制该正极储液罐中的正极电解液不再进入正极电解液循环回路,以实现停止使用该正极储液罐执行充电或放电操作;每个正极储液罐对应一个负极储液罐,该负极储液罐中存储的负极电解液的SOC和与其对应的正极储液罐的正极电解液SOC的值一致,且每个负极储液罐具有一个负极电解液的进口阀门和一个出口阀门,通过该进口阀门和出口阀门可以控制该负极储液罐是否执行充电或放电操作,其具体实现过程与上述控制正极储液罐执行充电或放电操作的实现过程一致,在此不再赘述。
[0045]可选的,上述的每个第一储液罐分区还可以为正极储液罐内的一个区域和负极储液罐内与之对应的一个区域组成的分区。具体地,可以将一个正极储液罐分隔为多个相互隔绝的区域,该正极储液罐内的每个区域均设置有正极电解液的进口阀门和出口阀门,各个区域的功能与上述实施例中的各个正极储液罐的功能一致,在此不再赘述;相应的,将一个负极储液罐分隔为多个相互隔绝的区域,且该负极储液罐内的各个区域与上述正极储液罐内的各个区域相互对应(具体地,负极储液罐的每个区域和正极储液罐内与之对应的区域的电解液的SOC值一致),并均设置有负极电解液的进口阀门和出口阀门,该负极储液罐内的各个区域的功能与上述实施例中的各个负极储液罐的功能一致,在此不再赘述。
[0046]在上述实施例中,各个不同第一储液罐分区内的正负极电解液分别具有与其SOC值相应浓度的活性反应离子,可以在充电或放电过程中应用与该充放电工况相匹配的电解液,避免了现有技术中由于电解液SOC与充放电工况不匹配,导致液流电池储能系统的充放电效率低的问题,降低了电池堆反应极化,从而提高了液流电池储能系统的充放电效率。
[0047]如图4所示,根据本发明上述实施例,步骤S306,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可以包括:
[0048]步骤S402,从预先获取的功率曲线中读取工作功率对应的功率范围。
[0049]步骤S404,读取与功率范围相匹配的第二荷电状态区间。
[0050]步骤S406,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。
[0051]具体地,在获取液流电池储能系统的工作信息之后,根据该工作信息中的工作功率,从预先获取的功率曲线中读取该工作功率所对应的功率范围,并读取与该功率范围相匹配的第二荷电状态区间,将该第二荷电状态区间对应的第一储液罐分区作为用于执行充电或放电操作的第二储液罐分区。
[0052]其中,预先获取的功率曲线可以通过统计发电设备的发电功率的历史数据得到。可选地,统计发电设备的发电功率的历史数据,将出现概率最高的发电功率以及与该发电功率对应的用电负载的用电功率,将两者的差值作为绘制功率曲线的参考点,下面结合图5对本发明上述实施例进行详细介绍。
[0053]由于风电、太阳能等清洁能源的电能输出存在功率波动的现象,为了保证最终能够稳定的向用电负载输出电能,需要通过钒电池储能系统(即上述的液流电池储能系统)“削峰填谷”,来平滑清洁能源发电的输出曲线。如图5所示,面积Al表示钒电池储能系统放电区间,以补足风电发电功率的下降,且放电功率处于O-El功率范围;面积Al’表示钒电池储能系统充电区间,以消耗过高的风电发电功率,且充电功率处于0-ΕΓ功率范围;面积A2表示钒电池储能系统放电区间,且放电功率处于E1-E2功率范围;面积A2’表示钒电池储能系统充电区间,且充电功率处于El’ -E2’功率范围。
[0054]其中,图5所示坐标系的横轴表示时间,纵轴表示功率;功率E2与功率E2’分别为钒电池储能系统的最大放电功率与最大充电功率;功率El的值为功率E2值的20%到80%之间,功率El的值(即上述实施例中的参考点)可根据钒电池不同放电功率的统计(由风电发电的发电功率的历史数据统计决定)进行优选,例如,若历史数据统计显示某一放电功率的出现概率最大,则可将该放电功率值作为功率El的值;功率E1’的值为功率E2’值的20%到80%之间,功率E1’的值(即上述实施例中的参考点)可根据钒电池不同充电功率的统计(由风电发电的发电功率的历史数据统计决定)进行优选,例如,若历史数据统计显示某一充电功率的出现概率最大,则可将该充电功率值作为功率E2的值。
[0055]根据本发明上述实施例,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可以包括: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。
[0056]具体地,在获取到发电设备输出的发电功率和用电负载需求的用电功率之后,将该发电功率与该用电功率的差值作为工作功率;若该发电功率大于该用电功率,那么表明发电设备的输出超过了用电负载的需求,可以通过液流电池储能系统存储多余的电能以免造成能量的浪费,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,以存储发电设备多余的发电量;若该发电功率小于该用电功率,那么表明发电设备的发电输出不能满足用电负载的需求,可以通过液流电池储能系统放电以补足发电设备发电输出的不足,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。
[0057]通过本发明上述实施例,根据获取到的发电设备输出的发电功率和用电负载需求的用电功率,生成用于指示液流电池储能系统执行充电或放电操作的工作信息,按照该工作信息控制液流电池储能系统充电或放电,可以实现将不同第一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,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。
[0058]在本发明上述实施例中,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可以包括: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。
[0059]具体地,在工作信息为液流电池储能系统执行充电操作的情况下,表明发电设备的发电量超过了用电负载的需求量,此时发电设备(如风能发电设备或太阳能发电设备)存在多余的发电输出,则控制第二储液罐分区执行充电操作,并检测该第二储液罐分区的第一荷电状态是否达到第一预设阈值;在该第二储液罐分区的第一荷电状态达到第一预设阈值时,关闭该第二储液罐分区,并控制第三储液罐分区继续执行充电操作,其中,该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。
[0060]进一步地,在控制第二储液罐分区执行充电操作的同时,每间隔预设时间返回执行步骤S302,以根据发电设备的实时发电输出和用电负载的总需求,及时调整液流电池储能系统的充电操作,实现对液流电池储能系统的更加准确的控制。
[0061]下面结合图6详细介绍本发明上述实施例。
[0062]如图6所示,钒电池储能系统包括:电池堆30、负极电解液液体泵12、正极电解液液体泵14、负极电解液导流管道16、正极电解液导流管道18、正极储液罐Pl (存储SOC为50 % -100 %的正极电解液)、正极储液罐P2 (存储SOC为O % -50 %正极电解液)、正极储液罐Pl的出口阀门PlOl与进口阀门P102、正极储液罐P2的出口阀门P201与进口阀门P202、负极储液罐NI (存储SOC为50% -100%的负极电解液)、负极储液罐N2 (存储SOC为0% -50%负极电解液)、负极储液罐NI的出口阀门NlOl与进口阀门N102、负极储液罐N2的出口阀门N201与进口阀门N202、以及控制单元50。
[0063]其中,控制单元负责监控风电的发电设备70的发电功率(如图6所示的风电的发电设备的功率输入Y2),并控制钒电池储能系统的充放电行为(如图6所示的钒电池储能系统的功率输出/输入Yl),以保证用电负载90得到稳定的电能输出(如图6所示的最终用电负载得到的功率输出Y3)。
[0064]在图5和图6所示的实施例中,钒电池储能系统包括两个第一储液罐分区,分别为:正极储液罐Pl和负极储液罐NI组成的第一储液罐分区,以及正极储液罐P2和负极储液罐N2组成的第一储液罐分区。
[0065]进一步地,正极储液罐Pl和负极储液罐NI的体积均为Vl,正极储液罐P2和负极储液罐N2的体积均为V2。可选地,体积Vl和体积V2可以相等,也可根据钒电池储能系统的不同功率充放电能量的统计,优选体积Vl和体积V2的配比。其中,不同功率充放电能量的统计可根据图5中面积(A1+A2’ )与面积(Α2+ΑΓ )出现的比例来确定。例如,面积(A1+A2’ )出现的比例为60%,面积(Α2+ΑΓ )出现的比例为40%,那么体积Vl的比例为40 %,体积V2的比例为60 %。
[0066]在图6所示的实施例中,首先通过控制单元实时监测风电的发电功率,并根据用电负载总的功率需求(即上述实施例中的用电功率),获取钒电池储能系统的工作信息,即钒电池储能系统需要执行放电操作还是充电操作,以及放电时的工作功率EO或充电时的工作功率EO’。
[0067]具体地,若控制单元监测到风电的发电功率大于用电负载总的功率需求,则确定钒电池储能系统需要执行充电操作且工作功率为E0’,生成的工作信息为控制钒电池储能系统进行充电的工作信息,以存储发电设备发电的电量;从图5所示的功率曲线上读取工作功率E0’对应的功率范围,确定与该功率范围相匹配的SOC区间(即上述实施例中的第二荷电状态区间,如图6所示的O % -50 %,或50 % -100 % )并确定用于执行充电操作的第二储液罐分区,然后控制该第二储液罐分区执行充电操作,并检测该第二储液罐分区的电解液SOC (即上述的第一荷电状态);在该第二储液罐分区的电解液SOC达到第一预设阈值时,关闭该第二储液罐分区,并控制第三储液罐分区执行充电操作,其中,该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
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