参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法与流程

1.本发明属于换电站应用技术领域，具体涉及一种参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法。


背景技术：

2.与新能源车充电模式不同的是，换电模式采用“车电分离”的手段在换电站储备大量换电电池，利用全天时间对电池进行补电。车辆进站后直接更换电池，极大缩短了等待时间。目前换电站的控制手段只包括每个独立换电站站内的充放电控制，但其实，合理利用换电站可用容量接入电网响应电网需求服务，如提供削峰填谷、平抑新能源波动、调压、调频等不但可以提高换电站整体收益，充分利用换电站电池容量，而且在提高新能源接入电网稳定性的同时减小电网对分布式储能的投资。同时，单纯进行充换电的新能源车模式虽然用的能源是清洁的，相较于传统燃油车不会排放废气，对环境不会造成相关污染，但是追究其电能的源头若还是通过传统能源发电则并不是真正意义的新能源车，若换电站的储能参与平抑新能源波动等对新能源接入具有实际意义的应用，则在该换电站系统内的新能源车便是真正意义的新能源车。
3.要想对区域内的换电站进行有效调配需要以新能源电站、电网和换电站三者为对象形成通信顺畅的整体调度控制系统完成数据采集、数据映射、数据分析和数据执行进而完成换电站的多场景应用。
4.因此，参与电力辅助应用的换电站与电网、新能源电站的站间数据传输和数据分析、换电站内部的站内数据传输和数据分析、换电站和新能源电站与电网的结算服务等整体基于换电站的信息系统研究与开发迫在眉睫。


技术实现要素：

5.鉴于以上存在的问题，本发明提供一种参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
7.本发明一实施例提供一种参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法，所述换电站包括换电站充放电本体模块、换电站控制模块、换电电网接入模块，其中所述的换电站充放电本体模块与所述的换电电网接入模块电连接，由所述的换电电网接入模块与主电网线路相连，所述的换电站控制模块分别与所述的换电站充放电本体模块、所述的换电电网接入模块电连接，所述的换电站控制模块根据数据交互信息决策换电站是否接入电网以及接入的目标功率大小，同时实现对换电站各设备的控制；所述换电电网接入模块基于换电站控制模块指令与电网线路建立电连接，包括可控开关、电能计量装置、可实现交直流变换的双向电量转换装置；所述换电站充放电本体模块进一步包含协同供电单元和检测分类单元，所述协同供电单元包括直流母线、若干第一dc/dc变换器和动力电池舱，所述检测分类单元包括检测装置和分类装置，所述双向电量转换装置与所述直流母线电连接，所述直流
母线与若干所述第一dc/dc变换器电连接，若干所述动力电池舱与所述第一dc/dc变换器一一对应电连接；新能源汽车进入换电区域后卸下动力电池，动力电池进入检测分类单元进行电池基础参数检测，根据检测结果判断动力电池是否存在异常，异常则淘汰，正常则进入动力电池舱进行并网充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
8.优选地，在检测分类单元对动力电池进行参数检测时检测电池剩余电量，根据不同的剩余电量选择进入不同的动力电池仓，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
9.优选地，在检测分类单元对动力电池进行电池基础参数检测后进入余电释放单元，对有剩余电量的动力电池进行电量释放，电量释放完成后进入动力电池舱进行充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
10.优选地，在检测分类单元对动力电池进行参数检测时检测电池剩余电量，根据不同的剩余电量选择进入不同的动力电池仓，剩余电量在40％以上的动力电池首先进入余电释放单元将剩余电量释放至设定值后进入动力电池舱进行充电。
11.优选地，在每个电量区间内设置定值电量，所有在该剩余电量区间内的动力电池进入余电释放单元将剩余电量释放至所对应的定值电量后进入对应动力电池舱进行充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
12.优选地，动力电池进入检测分类单元进行电池基础参数检测包括：对电池实际可用容量进行检测得出动力电池实际可用容量与额定容量的比值，若比值小于80％则判断动力电池异常并淘汰，对电池实际损耗进行检测得出动力电池是否满足质量标准，若不满足质量标准则判断动力电池异常并淘汰。
13.优选地，所述的对电池实际损耗进行检测包括：
14.对电池电压、电池磨损状况、电池充放电发热情况进行检测，同时统计电池历史运行信息对电池寿命损耗程度进行分析，求得电池损耗系数，如各实测参数不符合要求或电池损耗系数高于设定的电池允许运行寿命损耗最大值qm，则判断动力电池异常并淘汰；电池寿命损耗系数为xh代表第h个时间段的充放电深度，yh代表第h个时间段的电池表面温度，a、b、c、d为关联系数。
15.优选地，所述的对电池实际损耗进行检测包括：
16.对电池内阻进行检测求得电池损耗系数，若电池损耗系数高于设定的电池允许运行寿命损耗最大值rm，则判断动力电池异常并淘汰，电池损耗系数r通过电池检测直接获得，为电池内阻。
17.优选地，所述的对电池实际损耗进行检测包括：通过电池能量管理系统监控电池充放电过程中的电池电压、电池温度，使其不超过设定阈值，若超过则判断动力电池异常并淘汰。
18.采用本发明具有如下的有益效果：
19.(1)设置电池寿命指标及判断依据，以此保证在换电站系统内循环的电池的安全性和可靠性，有效保证了换电的充电、用电安全。
20.(2)设置电池损耗系数等指标，确保在换电站系统内电池寿命的一致性和标准性，保障了换电用户所使用的电池的质量，不会降低电动车整体性能。
21.(3)设置梯级电池充电系统，利用寿命不达标但安全性达标的退役电池参与换电站电力辅助服务，如削峰填谷、平抑新能源波动、调压、调频，有效提供电池生命周期内的效益，节能减排。
附图说明
22.图1为本发明实施例的参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法中采用的换电站的原理框图。
具体实施方式
23.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。
24.本发明一实施例提供一种参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法，换电站包括换电站充放电本体模块、换电站控制模块、换电电网接入模块，其中换电站充放电本体模块与换电电网接入模块电连接，由换电电网接入模块与主电网线路相连，换电站控制模块分别与换电站充放电本体模块、换电电网接入模块电连接，换电站控制模块根据数据交互信息决策换电站是否接入电网以及接入的目标功率大小，同时实现对换电站各设备的控制；参见图1，换电电网接入模块基于换电站控制模块指令与电网线路建立电连接，包括可控开关102、电能计量装置103、可实现交直流变换的双向电量转换装置104，双向电量转换装置104具体可以为双向ac/dc变换器。电网线路101与换电电网接入模块的连接方式具体可以为：电网线路101依次与所述的可控开关102、电能计量装置103、双向电量转换装置104电连接。换电站充放电本体模块进一步包含协同供电单元105和检测分类单元107，协同供电单元105包括直流母线1051、若干第一dc/dc变换器1052和动力电池舱1053，检测分类单元包括检测装置和分类装置，双向电量转换装置104与直流母线1051电连接，直流母线1051与若干第一dc/dc变换器1052电连接，若干动力电池舱1053与第一dc/dc变换器1052一一对应电连接；新能源汽车20进入换电区域后卸下动力电池，动力电池30进入检测分类单元107进行电池基础参数检测，根据检测结果判断动力电池是否存在异常，异常则淘汰，正常则进入动力电池舱1053进行并网充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
25.其中电力辅助服务即为提供削峰填谷、平抑新能源波动、调压、调频等。其中，新能源波动平抑指的是，新能源由于其不可预测性和间歇性，输出功率波动率较一般发电机组更大，因此电池通过输出毫秒级反向波动的功率将波动抵消，完成新能源波动的平抑。通过新能源波动平抑可以提高电网对新能源的消纳能力，提高新能源在区域级电网的电能质量水平，减小其由于波动性、不可预测性等特点给电网稳定性带来的影响。频率调整，又称频率控制，是电力系统中维持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定。电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。电压调整，是使电力系统中输电电压和负荷电压的变化不超过规定范围,以保证系统的稳定、安全与经济运行的措施。削峰填谷指的是，通过区域内负荷预测方法生成负荷预测曲线，一般负荷预测曲
线是根据前一天的负荷实际曲线生成，该曲线具有波峰波谷，若波峰波谷较大则不利于当天发电机组功率的调整不利于电网稳定。削峰填谷(peak cut)是调整用电负荷的一种措施。根据不同用户的用电规律，合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间。以降低负荷高峰，填补负荷低谷。通过削峰填谷可以在长时间尺度下减小负荷峰谷差，进而减小电网负荷压力，提高电网整体稳定性，使发电、用电趋于平衡。
26.本发明一实施例中，在检测分类单元对动力电池进行参数检测时检测电池剩余电量，根据不同的剩余电量选择进入不同的动力电池仓，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。例如，剩余电量在0-10％之间的动力电池进入1号动力电池舱，剩余电量在10-20％之间的动力电池进入2号动力电池舱，剩余电量在20-30％之间的动力电池进入3号动力电池舱，剩余电量在30-40％之间的动力电池进入4号动力电池舱，剩余电量在40％以上的动力电池进入5号动力电池舱进行充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
27.本发明一实施例中，在检测分类单元对动力电池进行电池基础参数检测后进入余电释放单元，对有剩余电量的动力电池进行电量释放，电量释放完成后进入动力电池舱进行充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
28.本发明一实施例中，在检测分类单元对动力电池进行参数检测时检测电池剩余电量，根据不同的剩余电量选择进入不同的动力电池仓，剩余电量在40％以上的动力电池首先进入余电释放单元将剩余电量释放至设定值后进入动力电池舱进行充电。例如，剩余电量在0-10％之间的动力电池进入1号动力电池舱，剩余电量在10-20％之间的动力电池进入2号动力电池舱，剩余电量在20-30％之间的动力电池进入3号动力电池舱，剩余电量在30-40％之间的动力电池进入4号动力电池舱，剩余电量在40％以上的动力电池首先进入余电释放单元将剩余电量释放至设定值后进入5号动力电池舱进行充电。更进一步地，在每个电量区间内设置定值电量，所有在该剩余电量区间内的动力电池进入余电释放单元将剩余电量释放至所对应的定值电量后进入对应动力电池舱进行充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
29.本发明一实施例中，更进一步地，在每个电量区间内设置定值电量，所有在该剩余电量区间内的动力电池进入余电释放单元将剩余电量释放至所对应的定值电量后进入对应动力电池舱进行充电，为新能源车提供换电服务的同时参与电力辅助服务。
30.本发明一实施例中，动力电池进入检测分类单元进行电池基础参数检测包括：对电池实际可用容量进行检测得出动力电池实际可用容量与额定容量的比值，若比值小于80％则判断动力电池异常并淘汰，对电池实际损耗进行检测得出动力电池是否满足质量标准，若不满足质量标准则判断动力电池异常并淘汰。
31.本发明一实施例中，对电池实际损耗进行检测包括：
32.对电池电压、电池磨损状况、电池充放电发热情况进行检测，同时统计电池历史运行信息对电池寿命损耗程度进行分析，求得电池损耗系数，如各实测参数不符合要求或电池损耗系数高于设定的电池允许运行寿命损耗最大值qm，则判断动力电池异常并淘汰；电池寿命损耗系数为xh代表第h个时间段的充放电深度，yh代表第h个时间段的电池表面温度，a、b、c、d为关联系数。一般取a+c＝1；b+d＝1即可。
33.本发明又一实施例中，对电池实际损耗进行检测包括：
34.对电池内阻进行检测，若电池内阻高于设定阈值rm(电池允许运行寿命损耗最大值)，则判断动力电池异常并淘汰。电池内阻r通过电池检测直接获得。
35.本发明又一实施例中，所述的对电池实际损耗进行检测包括：通过电池能量管理系统监控电池充放电过程中的电池电压、电池温度，使其不超过设定阈值，若超过则判断动力电池异常并淘汰。
36.其中，对电池实际损耗(实际寿命)进行检测也可以为：通过bms电池能量管理系统监控电池充放电过程中的电池电压、电池温度，使其不超过设定阈值，若超过则判断动力电池异常并淘汰；更进一步地，通过pss电池预诊断系统监控电池电压数据，捕捉内阻、容量、自放电参数等电池kbp关键性能参数，通过ai自识别在老化过程中电池kbp关键性能参数的变化规律，形成知识地貌，在数据积累阶段对异常的动力电池进行特征记录进而形成一套特征识别方法，并在数据应用阶段通过关键性能参数特征识别判断一致性是否偏差进而判断动力电池是否异常并要淘汰。例如，目前在数据积累阶段以得出结论：正常动力电池在充电过程中，电压随时间推移单调上升，若电压随时间变化先上升后下降则判断电池异常并要淘汰，通过在动力电池舱前端接入bms电池能量管理系统或pss电池预诊断系统采集关键性能参数的实际数据。
37.更进一步地，为了保证被淘汰的电池得到充分利用，其中由于实际可用容量不足额定容量的80％而被判断动力电池异常并淘汰的电池在站内可进行梯次利用，但不进入换电站系统循环，具体可以为：
38.对被淘汰的电池进行判断，若为不满足质量标准被淘汰的动力电池则直接回收，若为实际可用容量不足额定容量的80％被淘汰的动力电池首先判断是否满足质量标准，若不满足则直接回收，若满足则根据电池寿命损耗系数等相关指标可将动力电池分类为a类、b类等若干类(a类根据分类质量最优、可用容量最大，b类质量次之、可用容量次之，以此类推，n类质量最次、可用容量最小但仍满足动力电池质量要求)；
39.被判定为a类的梯次电池进入1号梯次电池舱，被判定为b类的梯次电池进入2号梯次电池舱，以此类推，被判定为n类的梯次电池进入n号梯次电池舱作为梯次电池参与电力辅助服务，脱离新能源车换电服务。
40.其中，本发明一实施例中，根据电池寿命损耗系数等相关指标可将梯次电池分类为a类、b类等若干类具体可以为：
41.当电池寿命损耗系数q小于qa，则归类为a类电池；
42.当电池寿命损耗系数q小于qb且大于qa，则归类为b类电池；
43.以此类推，当电池寿命损耗系数q小于qn且大于q
n-1
，则归类为n类电池。
44.当电池寿命损耗系数大于qn,则判定电池不符合梯次电池要求，就地回收。
45.其中，本发明一实施例中，根据电池寿命损耗系数等相关指标可将梯次电池分类为a类、b类等若干类也可以为：
46.当电池可用容量s大于sa，则归类为a类电池；
47.当电池可用容量s大于sb且小于sa，则归类为b类电池；
48.以此类推，当电池可用容量s大于sn且小于s
n-1
，则归类为n类电池。
49.当电池可用容量s小于sn，则判定电池不符合梯次电池要求，就地回收。
50.其中，本发明一实施例中，根据电池寿命损耗系数等相关指标可将梯次电池分类为a类、b类等若干类也可以为：
51.当电池内阻r小于ra，则归类为a类电池；
52.当电池内阻r小于rb且大于ra，则归类为b类电池；
53.以此类推，当电池内阻r小于rn且大于r
n-1
，则归类为n类电池。
54.当电池内阻大于rn，则判定电池不符合梯次电池要求，就地回收。
55.其中，上述电池寿命损耗系数等相关指标的选定只作为实施例，不作为限定，可将电池可用容量与电池寿命损耗系数相结合形成综合梯次分类指标，具体可以为：
56.r＝μ1·
q+μ2·
r+μ3·
s-1
57.其中，μ1、μ2、μ3根据需求完成取值。q是电池寿命损耗系数；r是电池内阻；s是电池可用容量。
58.则将梯次电池分类为a类、b类等若干类可以为：
59.当电池综合梯次分类指标r大于ra，则归类为a类电池；
60.当电池综合梯次分类指标r大于rb且小于ra，则归类为b类电池；
61.以此类推，当电池综合梯次分类指标r大于rn且小于r
n-1
，则归类为n类电池。
62.当电池综合梯次分类指标r小于rn，则判定电池不符合梯次电池要求，就地回收。
63.更进一步地，若各梯次电池舱规模足够大，可单独接入母线即可完成相应辅助服务，无需所有梯次电池舱一同接入母线才可完成相应辅助服务，则根据辅助服务的任务，即所需提供的有功、无功量，判断需要接入的梯次电池舱个数，接入的优先级为1号梯次电池舱》2号梯次电池舱
……
》n号梯次电池舱。
64.更进一步的，以上设置的一种参与电力辅助服务的区域换电站站内控制方法可应用于一种参与电力辅助服务的区域换电站系统，参与电力辅助服务的区域换电站系统包括若干换电站子系统、若干新能源电站子系统、中央调度控制器、若干节点和节点传感器以及电网线路，换电站子系统进一步包括换电站充放电本体模块、换电站控制模块和换电电网接入模块，其中换电站充放电本体模块与换电电网接入模块电连接，由换电电网接入模块与主电网线路相连，换电站控制模块分别与换电站充放电本体模块、换电电网接入模块电连接，换电站控制模块根据数据交互信息决策该换电站子系统是否接入电网以及接入的目标功率大小，同时实现对换电站各设备的控制功能，在线监测站内包括电池电压、电流和发热量信息，接收换电站各设备信号；新能源电站子系统进一步包括新能源电站本体模块、新能源电站监测模块和新能源电网接入模块，其中新能源电站本体模块与新能源电网接入模块电连接，由新能源电网接入模块与主电网线路相连，新能源电站监测模块分别与新能源电站本体模块和新能源电网接入模块电连接，新能源电站监测模块实时采集包括该新能源电站子系统的输出功率和电能质量的信息并预测短时间尺度内的输出功率值；节点传感器包括电流互感器和电压互感器，包括新能源电站子系统、换电站子系统在内的该区域电网线路内的所有节点在电网线路引出端均设置有的电流互感器和电压互感器；中央调度控制器包括新能源波动平抑模块、调频模块、调压模块和削峰填谷模块，其中新能源波动平抑模块分别与新能源电站监测模块、换电站控制模块电连接，通过调用换电站容量完成新能源波动平抑；其中调频模块分别与电流互感器、电压互感器和换电站控制模块通信连接，通过调用换电站有功容量完成频率调整；其中调压模块分别与电压互感器、换电站控制模块电
连接，通过调用换电站无功容量完成电压调整；其中削峰填谷模块分别与区域电网线路内的所有节点保持电连接，削峰填谷模块与所述换电站控制模块电连接，通过节点报送预测的负荷信息，求和形成总负荷预测曲线，根据曲线情况决定是否通过区域内的换电站进行削峰填谷，若进行换电站削峰填谷则通过修正换电站功率曲线完成削峰填谷。
65.应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。