专利名称：锂-液流电池联合储能电站的实时功率分配方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于智能电网以及能量存储与转换技术领域，具体涉及一种基于大功率大容量兆瓦级锂-液流电池联合储能电站的实时功率分配方法及系统，尤其适用于大规模风光储联合发电系统中多类型大规模电池储能电站的电池功率及电池能量管理方法。
背景技术：
国家风光储输示范工程是国家电网公司建设坚强智能电网首批试点工程，以实现“电网友好型”新能源发电为目标，以体现“技术先进性、科技创新性、项目示范性、经济合理性”为特点，是目前世界上规模最大、集风电、光伏发电、储能及输电工程四位一体的可再生能源综合示范工程。其中，国家风光储输示范工程(一期)拟建设风电100MW、光伏发电40丽和储能装置20丽(包含14MW磷酸铁锂电池储能系统、2丽全钒液流电池储能系统、4MW纳硫电池储能系统)。随着锂离子电池、液流电池、钠硫电池及其集成技术的不断发展，应用锂-液流电池联合储能电站去实现平滑风光功率输出、跟踪计划发电、参与系统调频、削峰填谷、暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑等多种应用，已成为了一种可行方案。其中关键问题之一，是掌握大规模多类型电池储能电站的综合集成与控制技术。从电池储能的角度来说，过度的充电和过度的放电都会对电池的寿命造成影响。因此，监控好电池荷电状态、在储能电站内部合理分配好总功率需求，并将电池的荷电状态控制在一定范围内是必要的。大功率液流电池储能系统中，液流电池储能系统的内部功率损耗(以下简称功耗)是必须考虑的实际问题。以某175千瓦液流电池储能机组为例，当处于系统热备状态时，为了维持液流电池储能机组的正常工作，约有11%的系统功耗，并通过由电网侧供电来补偿。而且，随着交流并网侧充放电功率的变化，系统功耗也随之改变。在锂-液流电池联合储能电站中，如何进行实时功率与存储能量的分配是核心问题。目前有关锂-液流电池储能电站的总功率实时控制及能量管理方面的专利、文献、技术报告等非常少，需要深入研究和探索大规模多类型电池储能电站综合控制和并网运行的核心技术，解决大规模电池储能电站协调控制及能量管理的关键问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的之一在于提供一种操作方便、易于实现的锂-液流电池储能电站的实时功率控制方法。本发明的控制方法是通过下述技术方案实现的:一种锂-液流电池联合储能电站的实时功率分配方法，其包括以下步骤:A、读取并存储电池储能电站总有功功率实时需求值及该电站的相关运行数据；B、根据步骤A读取的总有功功率实时需求值和实时数据，计算出电池储能电站中锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值；C、对锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值进行再分配后，分别确定各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值；D、对各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值进行汇总后输出至电池储能电站。进一步地，在步骤A中，所述电池储能电站的相关运行数据包括:电池储能电站中各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的可控状态、荷电状态值、最大允许放电功率和最大允许充电功率等等。进一步地，所述步骤B包括如下步骤:BI)对电池储能电站总有功功率实时需求值进行滤波处理，滤波后的低频部分功率即为锂电池储能子站的有功功率命令值；B2)经过步骤BI滤波后，除了低频部分功率以外的剩余部分功率即为液流电池储能子站的有功功率命令值；B3)分别判断锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值是否满足相应子站的最大允许放电功率和最大允许充电功率约束条件；B4)如果有锂电池储能子站或液流电池储能子站的有功功率命令值违反约束条件的，则执行步骤B5，否则结束判断；B5)通过电池储能电站总有功功率实时需求值、锂电池储能子站和液流电池储能子站的最大允许放电功率以及锂电池储能子站和液流电池储能子站的最大允许充电功率重新计算步骤B4中违反约束条件的锂电池储能子站或液流电池储能子站的有功功率命令值；所述锂电池储能子站的最大允许放电功率为所有可控锂电池储能机组的最大允许放电功率之和，所述液流电池储能子站的最大允许放电功率为所有可控液流电池储能机组的最大允许放电功率之和，所述锂电池储能子站的最大允许充电功率为所有可控锂电池储能机组的最大允许充电功率之和，所述液流电池储能子站的最大允许充电功率为所有可控液流电池储能机组的最大允许充电功率之和。其中，可控锂电池储能机组的最大允许放电功率为锂电池储能机组最大允许放电功率与其可控状态的乘积，可控液流电池储能机组的最大允许放电功率为液流电池储能机组最大允许放电功率与其可控状态的乘积，可控锂电池储能机组的最大允许充电功率为锂电池储能机组最大允许充电功率与其可控状态的乘积，可控液流电池储能机组的最大允许充电功率为液流电池储能机组最大允许充电功率与其可控状态的乘积。进一步地，所述步骤B3中的约束条件为:当锂电池储能子站的有功功率命令值大于零时，则锂电池储能子站的有功功率命令值小于等于锂电池储能子站的最大允许放电功率；当锂电池储能子站的有功功率命令值小于零时，则锂电池储能子站的有功功率命令值的绝对值小于等于锂电池储能子站的最大允许充电功率的绝对值；当液流电池储能子站的有功功率命令值大于零时，则液流电池储能子站的有功功率命令值小于等于液流电池储能子站的最大允许放电功率；当液流电池储能子站的有功功率命令值小于零时，则液流电池储能子站的有功功率命令值的绝对值小于等于液流电池储能子站的最大允许充电功率的绝对值。进一步地，所述步骤B5中，重新计算步骤B4中违反约束条件的锂电池储能子站或液流电池储能子站的有功功率命令值的方法包括:当电池储能电站总有功功率实时需求值为正值时，通过锂电池或液流电池储能子站的最大允许放电功率占锂电池储能子站最大允许放电功率与液流电池储能子站最大允许放电功率总和的比例值、再乘以电池储能总站总有功功率实时需求值，分别得到锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值；当电池储能电站总有功功率实时需求值为负值时，通过锂电池或液流电池储能子站的最大允许充电功率占锂电池储能子站最大允许充电功率与液流电池储能子站最大允许充电功率总和的比例值、再乘以电池储能总站总有功功率实时需求值，分别得到锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值。进一步地，在步骤C中，首先对步骤B计算出的锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值分别进行再分配，直接计算出各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值；在进行再分配过程中，判断是否有违反各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的最大允许充、放电功率限制的情况发生，如果有，则基于贪婪算法进行在线修正、并对各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值进行再计算；否则结束判断。进一步地,步骤C的具体步骤包括:步骤Cl、当锂电池储能子站有功功率需求为正值时，表示该锂电池储能子站将处于放电状态，则计算各锂电池储能机组有功功率命令值的方法包括:Cll)设定锂电池储能子站中被限制在最大允许放电功率的锂电池储能机组数量为M，并对该变量M进行初始化；通过可控锂电池储能机组的荷电状态占锂电池储能子站中所有可控锂电池储能机组的荷电状态总和的比例值、再乘以锂电池储能子站有功功率需求，来计算所有锂电池储能机组的有功功率命令值；所述可控锂电池储能机组的荷电状态为该机组的荷电状态与其可控状态的乘积；C12)判断所有锂电池储能机组的有功功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，如果有锂电池储能机组违反该约束条件时，则进行M = M+1，并执行步骤C13;否则跳转至步骤C15 ；C13)通过计算违反最大允许放电功率约束条件的锂电池储能机组有功功率命令值占该机组最大允许放电功率的比例值，分别求得违反最大允许放电功率约束条件的各锂电池储能机组的放电功率特征值；C14)从违反最大允许放电功率约束条件的各锂电池储能机组中挑选放电功率特征值最大的锂电池储能机组，如果有一个以上的储能机组满足条件时，再从中选取一个荷电状态值最大的锂电池储能机组，然后将该机组的最大允许放电功率作为其有功功率命令值；并通过下式重新计算其余没有被限制在最大允许放电功率值的各锂电池储能机组的有功功率命令值后，跳转至步骤C12 ；
权利要求
1.一种锂-液流电池联合储能电站的实时功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤: A、读取并存储电池储能电站总有功功率实时需求值及该电站的相关运行数据； B、根据步骤A读取的总有功功率实时需求值和实时数据，计算出电池储能电站中锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值； C、对锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值进行再分配后，分别确定各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值； D、对各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值进行汇总后输出至电池储能电站。
2.如权利要求1所述的实时功率分配方法，其特征在于，在步骤A中，所述电池储能电站的相关运行数据包括:电池储能电站中各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的可控状态、荷电状态值、最大允许放电功率以及最大允许充电功率。
3.如权利要求1所述的实时功率分配方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤: BI)对电池储能电站总有功功率实时需求值进行滤波处理，滤波后的低频部分功率即为锂电池储能子站的有功功率命令值； B2)经过步骤BI滤波后，除了低频部分功率以外的剩余部分功率即为液流电池储能子站的有功功率命令值； B3)判断锂电池储能子 站的有功功率命令值是否满足相应子站的最大允许放、充电功率约束条件以及判断液流电池储能子站的有功功率命令值是否满足相应子站的最大允许放、充电功率约束条件； B4)如果有锂电池储能子站或液流电池储能子站的有功功率命令值违反约束条件的，则执行步骤B5，否则结束判断； B5)通过电池储能电站总有功功率实时需求值、锂电池储能子站和液流电池储能子站的最大允许放电功率以及锂电池储能子站和液流电池储能子站的最大允许充电功率重新计算步骤B4中违反约束条件的锂电池储能子站或液流电池储能子站的有功功率命令值；所述锂电池储能子站的最大允许放电功率为各可控锂电池储能机组的最大允许放电功率之和,所述液流电池储能子站的最大允许放电功率为各可控液流电池储能机组的最大允许放电功率之和，所述锂电池储能子站的最大允许充电功率为各可控锂电池储能机组的最大允许充电功率之和，所述液流电池储能子站的最大允许充电功率为各可控液流电池储能机组的最大允许充电功率之和。
4.如权利要求3所述的实时功率分配方法，其特征在于，所述步骤B3中的约束条件为: 当锂电池储能子站的有功功率命令值大于零时，则锂电池储能子站的有功功率命令值小于等于锂电池储能子站的最大允许放电功率； 当锂电池储能子站的有功功率命令值小于零时，则锂电池储能子站的有功功率命令值的绝对值小于等于锂电池储能子站的最大允许充电功率的绝对值； 当液流电池储能子站的有功功率命令值大于零时，则液流电池储能子站的有功功率命令值小于等于液流电池储能子站的最大允许放电功率； 当液流电池储能子站的有功功率命令值小于零时，则液流电池储能子站的有功功率命令值的绝对值小于等于液流电池储能子站的最大允许充电功率的绝对值。
5.如权利要求3所述的实时功率分配方法，其特征在于，所述步骤B5中，重新计算步骤B4中违反约束条件的锂电池储能子站或液流电池储能子站的有功功率命令值的方法包括: 当电池储能电站总有功功率实时需求值为正值时，通过锂电池或液流电池储能子站的最大允许放电功率占锂电池储能子站最大允许放电功率与液流电池储能子站最大允许放电功率总和的比例值、再乘以电池储能总站总有功功率实时需求值，分别得到锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值； 当电池储能电站总有功功率实时需求值为负值时，通过锂电池或液流电池储能子站的最大允许充电功率占锂电池储能子站最大允许充电功率与液流电池储能子站最大允许充电功率总和的比例值、再乘以电池储能总站总有功功率实时需求值，分别得到锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值。
6.如权利要求1所述的实时功率分配方法，其特征在于，在步骤C中，首先对步骤B计算出的锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值分别进行再分配，直接计算出各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值；在进行再分配过程中，判断是否有违反各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的最大允许充、放电功率限制的情况发生，如果有，则基于贪婪算法进行在线修正、并对各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值进行再计算；否则结束判断。
7.如权利要求1或6所述的实时功率分配方法，其特征在于，步骤C的具体步骤包括: 步骤Cl、当锂电池储能子站有功功率需求为正值时，表示该锂电池储能子站将处于放电状态，则计算各锂电池储能机组有功功率命令值的方法包括: CiD设定锂电池储能子站中被限制在最大允许放电功率的锂电池储能机组数量为M，并对该变量M进行初始化；通过可控锂电池储能机组的荷电状态占锂电池储能子站中所有可控锂电池储能机组的荷电状态总和的比例值、再乘以锂电池储能子站有功功率命令值，来计算所有锂电池储能机组的有功功率命令值；所述可控锂电池储能机组的荷电状态为该机组的荷电状态与其可控状态的乘积； C12)判断所有锂电池储能机组的有功功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，如果有锂电池储能机组违反该约束条件时，则进行M = M+1，并执行步骤C13 ;否则跳转至步骤C15 ； C13)通过计算违反最大允许放电功率约束条件的锂电池储能机组有功功率命令值占该机组最大允许放电功率的比例值，分别求得违反最大允许放电功率约束条件的各锂电池储能机组的放电功率特征值； C14)从违反最大允许放电功率约束条件的各锂电池储能机组中挑选放电功率特征值最大的锂电池储能机组，如果有一个以上的储能机组满足条件时，再从中选取一个荷电状态值最大的锂电池储能机组，然后将该机组的最大允许放电功率设为其有功功率命令值；并通过下式重新计算其余没有被限制在最大允许放电功率的各锂电池储能机组的有功功率命令值后，跳转至步骤C12;
8.如权利要求7所述的实时功率分配方法，其特征在于， 所述步骤C12中最大允许放电功率约束条件为:锂电池储能机组有功功率命令值小于等于该机组的最大允许放电功率；所述步骤C22中最大允许充电功率约束条件为:锂电池储能机组有功功率命令值的绝对值小于等于该机组最大允许充电功率的绝对值；所述步骤C15和C25中锂电池储能子站有功功率供需平衡约束条件为:各锂电池储能机组的功率命令值的和等于当前锂电池储能子站的有功功率需求；所述步骤C42中最大允许放电功率约束条件为:液流电池储能机组有功功率命令值小于等于该机组的最大允许放电功率；所述步骤C52中最大允许充电功率约束条件为:液流电池储能机组有功功率命令值的绝对值小于等于该机组最大允许充电功率的绝对值；所述步骤C45和C55中液流电池储能子站有功功率供需平衡约束条件为:各液流电池储能机组的功率命令值的和等于当前液流电池储能子站的有功功率需求；所述步骤C62中最大允许放电功率约束条件为:各液流电池储能机组有功功率命令值小于等于该液流电池储能机组的最大允许放电功率。
9.一种锂-液流电池联合储能电站的实时功率分配系统，其特征在于，该系统包括: 通讯模块，用于读取电池储能电站的总有功功率实时需求值及该电站的相关运行数据，以及将各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值输出至电池储能电站； 数据存储与管理模块，用于存储通讯模块所读取的总有功功率实时需求值和实时数据，以及将实时功率分配器返回的各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值汇总后传至通讯模块； 总功率协调控制模块，用于实时计算电池储能电站中锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值；和 实时功率分配模块，用于对锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值进行实时分配，以确定出 各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值。
全文摘要
本发明提出一种锂-液流电池联合储能电站的实时功率分配方法和系统，该系统包括通讯模块、数据存储与管理模块、总功率协调控制模块和实时功率分配模块。该方法包括A)读取并存储电池储能电站总有功功率实时需求值及该电站运行时的实时数据；B)计算电池储能电站中锂电池储能子站和液流电池储能子站的有功功率命令值；C)分别计算待分配给各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值；D)对待分配给各锂电池储能机组和各液流电池储能机组的有功功率命令值进行汇总后输出电池储能电站。该方法和系统不仅能够完成对电池储能电站中各储能机组的实时功率分配，还可实现对锂-液流电池联合储能电站实时功率的有效控制和分配目的。
文档编号H02J15/00GK103187807SQ20111046063
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者李相俊, 惠东, 贾学翠, 来小康, 王银明, 朱斯 申请人:中国电力科学研究院, 国网新源张家口风光储示范电站有限公司