一种储能系统及其控制方法和控制装置与流程

本发明涉及电力系统能源管理技术领域，更具体地说，涉及一种储能系统及其控制方法和控制装置。

背景技术：

目前，厂区的储能系统的建设趋向于采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行，以实现对能源的优化调度管理。

但由于多个储能单元并联运行以后，储能单元相当于电源，所以储能单元工作状态的变化势必会对厂区的母线的潮流产生影响，所以此时需要考虑两个方面的问题：1)储能系统从电网取电不能超出最大需量；2)任一路进线上的功率因数都不能低于下限。

注：本申请文件中，“任一路进线上的功率因数”特指任一路有电流流动的进线上的功率因数。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种储能系统控制方法和控制装置，以保证储能系统从电网取电不超出最大需量，以及任一路进线上的功率因数都不低于下限。

一种储能系统控制方法，所述储能系统采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行，所述储能系统控制方法包括：

分别获取每一路进线上的有功功率和功率因数；

根据每一路进线上的有功功率和功率因数，计算得到虚拟公共连接点上的有功功率pv和功率因数pfv；其中，所述虚拟公共连接点是指将所有进线等效成的一路进线，pv等于所有进线上的有功功率之和，pfv等于所有进线上的功率因数中的最小值；

计算得到(pmax-pv)*pi/p∑；其中，i＝1、2、3、…、n，n为所述储能系统中正常运行的储能单元的总数；pi为第i个正常运行的储能单元的额定充电功率，p∑＝p1+p2+…+pn；pmax为所述储能系统从电网取电的最大需量；

将(pmax-pv)*pi/p∑和pfv发送给第i个正常运行的储能单元中的控制单元；

第i个正常运行的储能单元中的控制单元调节本储能单元下一时刻的充电功率，使其最大值不超出pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值，其中pci为第i个正常运行的储能单元当前的充电功率；并且，第i个正常运行的储能单元中的控制单元还调节本储能单元的无功输出，以使得pfv不低于功率因数的下限。

可选的，所述使其最大值不超出pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值，包括：使其最大值为pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值。

可选的，所述pfv不低于功率因数的下限，包括：pfv等于功率因数的下限。

一种储能系统控制装置，所述储能系统采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行，所述储能系统控制装置包括：主控单元以及分别设置在每个储能单元中的控制单元；

所述主控单元，用于分别获取每一路进线上的有功功率和功率因数；根据每一路进线上的有功功率和功率因数，计算得到虚拟公共连接点上的有功功率pv和功率因数pfv；其中，所述虚拟公共连接点是指将所有进线等效成的一路进线，pv等于所有进线上的有功功率之和，pfv等于所有进线上的功率因数中的最小值；计算得到(pmax-pv)*pi/p∑，其中，i＝1、2、3、…、n，n为所述储能系统中正常运行的储能单元的总数，pi为第i个正常运行的储能单元的额定充电功率，p∑＝p1+p2+…+pn，pmax为所述储能系统从电网取电的最大需量；将(pmax-pv)*pi/p∑和pfv发送给第i个正常运行的储能单元中的控制单元；

所述第i个正常运行的储能单元中的控制单元，用于调节本储能单元下一时刻的充电功率，使其最大值不超出pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值，其中pci为第i个正常运行的储能单元当前的充电功率；还用于调节本储能单元的无功输出，以使得pfv不低于功率因数的下限。

可选的，所述第i个正常运行的储能单元中的控制单元，具体用于调节本储能单元下一时刻的充电功率，使其最大值为pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值。

可选的，所述第i个正常运行的储能单元中的控制单元，具体用于调节本储能单元的无功输出，使得pfv等于功率因数的下限。

一种储能系统，所述储能系统采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行，所述储能系统还包括如上述公开的任一种储能系统控制装置。

从上述的技术方案可以看出，本发明令第i(i＝1、2、3、…、n，n为储能系统中正常运行的储能单元的总数)个正常运行的储能单元中的控制单元以本储能单元下一时刻的最大充电功率不能超出min(pci+(pmax-pv)*pi/p∑，pi)作为限制条件，调节本储能单元下一时刻的充电功率，从而保证了整个储能系统从电网取电不超出最大需量；并且，本发明还令第i个正常运行的储能单元中的控制单元以pfv不低于功率因数的下限作为限制条件，调节本储能单元的无功输出，从而保证了任一路进线上的功率因数都不低于下限。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种采用多个储能单元接入双回路进线上并联运行的储能系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种储能系统控制方法流程图；

图3为本发明实施例公开的一种储能系统控制装置结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种储能系统控制方法，所述储能系统采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行，例如图1中示出的采用多个储能单元接入双回路进线上并联运行。

图1所示储能系统中，由110/35kv母线上引出的双回路进线，即进线#1和进线#2这两路进线，分别接到两段10kv母线上，这两段10kv母线用母联开关k连接起来，用户负载和多个储能单元以并联方式接入这两段10kv母线上。所述储能单元中包括电池组、储能逆变器和控制单元；在用电低谷时，电网的电能通过储能逆变器对电池组进行充电储能，这称为储能单元充电状态；在用电峰时段时，电池组向储能逆变器放电，释放的电能经储能逆变器转化为交流电后供用户负载使用，这称为储能单元放电状态；储能单元中的控制单元计算本储能单元何时充电、何时放电。另外，所述储能单元中也可以设置用户负载，也可以不设置用户负载。

对于采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行的储能系统来说，各储能单元并联运行以后，各储能单元相当于电源，所以储能单元工作状态的变化势必会对厂区的母线的潮流产生影响，比如说：1)各储能单元充电时，储能系统从电网吸收的有功功率会增加；2)各储能单元放电时，某一路或某几路进线上的功率因数会降低。但需要注意的是，对于1)，储能系统从电网取电不能超出经用户申请、电业部门核准的最大需量(所述最大需量又称契约用电负荷，是指电力用户在某一时刻使用电能的最大有功功率值)，否则将面临罚款；对于2)，任一路进线上的功率因数都不能低于电网公司要求的下限，否则也将面临罚款。

为避免罚款，本发明实施例公开的储能系统控制方法致力于保证储能系统从电网取电不超出最大需量，以及任一路进线上的功率因数都不低于下限。如图2所示，所述储能系统控制方法具体包括：

步骤s01：分别获取每一进线上的有功功率和功率因数。

步骤s02：根据每一路进线上的有功功率和功率因数，计算得到虚拟公共连接点上的有功功率pv和功率因数pfv；其中，所述虚拟公共连接点是指将所有进线等效成的一路进线；pv等于所有进线上的有功功率之和；pfv等于所有进线上的功率因数中的最小值。

具体的，为简化控制逻辑，本发明实施例将所有进线等效成一路进线，等效成的这一路进线称为虚拟公共连接点。以图1为例，任一路进线上的实时运行数据包括有功功率(即从电网吸收的有功功率)、无功功率、功率因数、三相电压、三相电流等，进线#1和进线#2上的实时运行数据可直接测量得到，虚拟公共连接点上的实时运行数据则是依据进线#1和进线#2上的实时运行数据计算得到，具体描述如下：

将进线#1上的有功功率、无功功率、功率因数、a相电压、b相电压、c相电压、a相电流、b相电流、c相电流分别表示为：pv1、q1、pf1、ua1、ub1、uc1、ia1、ib1、ic1；将进线#2上的有功功率、无功功率、功率因数、a相电压、b相电压、c相电压、a相电流、b相电流、c相电流分别表示为pv2、q2、pf2、ua2、ub2、uc2、ia2、ib2、ic2；将虚拟公共连接点上的有功功率、无功功率、功率因数、a相电压、b相电压、c相电压、a相电流、b相电流、c相电流分别表示为pv、qv、pfv、uav、ubv、ucv、iav、ibv、icv，则存在：

pv＝pv1+pv2；

qv＝q1+q2；

pv＝min(pf1，pf2)；

uav＝ua1＝ua2；

ubv＝ub1＝ub2；

ucv＝uc1＝uc2；

iav＝ia1+ia2；

ibv＝ib1+ib2；

icv＝ic1+ic2。

本发明实施例在后续计算过程中，只需用到上述计算结果中的pv和pfv。后续计算过程中，保证虚拟公共连接点的有功功率pv不超过最大需量，就保证了储能系统从电网取电不超出最大需量；以及，保证虚拟公共连接点的功率因数pfv不低于下限，就保证了任一路进线上的功率因数都不低于下限。

步骤s03：计算得到(pmax-pv)*pi/p∑；

其中，i＝1、2、3、…、n，n为所述储能系统中正常运行的储能单元的总数；pi为第i个正常运行的储能单元的额定充电功率，p∑＝p1+p2+…+pn，即p∑为所有正常运行的储能单元的额定充电功率的总和；pmax为所述储能系统从电网取电的最大需量。

步骤s04：将(pmax-pv)*pi/p∑和pfv发送给第i个正常运行的储能单元中的控制单元。

步骤s05：第i个正常运行的储能单元中的控制单元调节本储能单元下一时刻的充电功率，使其最大值不超出pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值，其中pci为第i个正常运行的储能单元当前的充电功率；并且，第i个正常运行的储能单元中的控制单元还调节本储能单元的无功输出，以使得pfv不低于功率因数的下限。

具体的，储能单元中的控制单元还用于计算本储能单元采用多大的功率充电。例如，在储能单元充电状态下，本发明实施例将第i个正常运行的储能单元下一时刻的最大充电功率不能超出min(pci+(pmax-pv)*pi/p∑，pi)这一限制条件，发送给本储能单元中的控制单元，使每一个正常运行的储能单元都能在相应的限制条件下调节本储能单元下一时刻的充电功率的大小，从而避免出现储能系统从电网取电超出最大需量pmax。具体分析如下：

假设储能系统中所有用户负载的总用电功率为p0(包括设置在各储能单元外部的用户负载以及设置在各储能单元内部的用户负载)，则所有正常运行的储能单元的总充电功率为pv-p0；又由于储能系统从电网取电不能超出最大需量pmax，即pv≤pmax，所以所有正常运行的储能单元在下一时刻的总充电功率不能超过pmax-p0。也就是说，所有正常运行的储能单元在下一时刻的总充电功率最大上升量不能超过(pmax-p0)-(pv-p0)＝pmax-pv。

为保证pv≤pmax，本发明实施例要求所有正常运行的储能单元在下一时刻的充电功率最大上升量按其额定充电功率进行分配，则第i个正常运行的储能单元在下一时刻的充电功率最大上升量不能超过(pmax-pv)*pi/p∑。

假设第i个正常运行的储能单元当前的充电功率为pci，则为保证pv≤pmax，第i个正常运行的储能单元在下一时刻所允许的最大充电功率不能超过pci+(pmax-pv)*pi/p∑。又由于每个正常运行的储能单元的充电功率都不能超出自身额定充电功率，所以本发明实施例要求第i个正常运行的储能单元在下一时刻所允许的最大充电功率不能超过pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值，即不能超过min(pci+(pmax-pv)*pi/p∑，pi)。

考虑到储能单元的充电功率越大，完成充电所用时间越短，所以本发明实施例推荐将第i个正常运行的储能单元在下一时刻所允许的最大充电功率限定为min(pci+(pmax-pv)*pi/p∑，pi)，从而实现在最短时间完成充电。

此外，储能单元中的控制单元还用于计算本储能单元采用多大的无功输出。例如，在储能单元放电状态下，本发明实施例将pfv不低于功率因数的下限这一限制条件发送给所有正常运行的储能单元中的控制单元，使每一个正常运行的储能单元都在这一限制条件下调节本储能单元的无功输出的大小，从而避免出现任一进线的功率因数低于下限。具体的，由于每个正常运行的储能单元输出的无功功率变化都会影响pfv的大小，所以调节正常运行的储能单元输出的无功功率，就可以改变pfv与功率因数的下限之间的大小关系。需要说明的是，补偿过量的无功会增加损耗，所以无功输出并不是越大越好，即pfv不是越大越好，所以，本发明实施例推荐将该限制条件设置为pfv等于所述下限。

由上述描述可知，本发明实施例令第i(i＝1、2、3、…、n，n为储能系统中正常运行的储能单元的总数)个正常运行的储能单元中的控制单元以本储能单元下一时刻的最大充电功率不能超出min(pci+(pmax-pv)*pi/p∑，pi)作为限制条件，调节本储能单元下一时刻的充电功率，从而保证了整个储能系统从电网取电不超出最大需量；并且，本发明实施例还令第i个正常运行的储能单元中的控制单元以pfv不低于功率因数的下限作为限制条件，调节本储能单元的无功输出，从而保证了任一路进线上的功率因数都不低于下限。

与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种储能系统控制装置，所述储能系统采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行。如图3所示，所述储能系统控制装置包括：主控单元100以及分别设置在每个储能单元中的控制单元200；

所述主控单元100，分别获取每一路进线上的有功功率和功率因数；根据每一路进线上的有功功率和功率因数，计算得到虚拟公共连接点上的有功功率pv和功率因数pfv；其中，所述虚拟公共连接点是指将所有进线等效成的一路进线，pv等于所有进线上的有功功率之和，pfv等于所有进线上的功率因数中的最小值；计算得到(pmax-pv)*pi/p∑，其中，i＝1、2、3、…、n，n为所述储能系统中正常运行的储能单元的总数，pi为第i个正常运行的储能单元的额定充电功率，p∑＝p1+p2+…+pn，pmax为所述储能系统从电网取电的最大需量；将(pmax-pv)*pi/p∑和pfv发送给第i个正常运行的储能单元中的控制单元200；

所述第i个正常运行的储能单元中的控制单元200，用于调节本储能单元下一时刻的充电功率，使其最大值不超出pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值，其中pci为第i个正常运行的储能单元当前的充电功率；还用于调节本储能单元的无功输出，以使得pfv不低于功率因数的下限。

可选的，所述第i个正常运行的储能单元中的控制单元200，具体用于调节本储能单元下一时刻的充电功率，使其最大值为pci+(pmax-pv)*pi/p∑和pi中的最小值。。

可选的，所述第i个正常运行的储能单元中的控制单元200，具体用于调节本储能单元的无功输出，使得pfv等于功率因数的下限。

本发明实施例还公开了一种储能系统，所述储能系统采用多个储能单元接入多回路进线上并联运行，所述储能系统还包括如上述公开的任一种储能系统控制装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。