一种基于主从协同的储能系统、功率调度方法及装置与流程

1.本发明公开涉及储能技术领域，具体地，涉及一种基于主从协同的储能系统、功率调度方法及装置。


背景技术：

2.2021年第四季度国内多地用电紧张备受关注，随之开始限电限产，对广泛用电场所和站点造成一定影响；在此时间用电量大的场所或站点对储能系统需求旺盛。目前储能系统通常是部署在固定位置，单套储能系统自行调度与控制，利用光伏或者峰谷电价谷期充电，有需求时放电，且放电要在用电场站内消耗，不能往电网放电；用电场站都希望储能系统功率和电量能满足所有用电需求，但通常单套储能系统功率和容量无法满足，限电限产具有间歇性和临时性，布置多套储能系统则投资成本较高，场站用电高峰也具有间歇性，在用电较小的月份多配的储能系统将明显有资源利用率低的问题，浪费投资，所以同时固定布置满足高峰用电期所有用电需求的储能系统是极不经济的做法。而多套储能系统同时使用时每套自行调度与控制，一起放电很容易出现往电网放电的问题。
3.因此，本领域技术人员亟待寻找一种新的技术方案来解决上述问题。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开提供一种基于主从协同的储能系统、功率调度方法及装置。
5.根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种基于主从协同的储能系统功率调度方法，应用于一种基于主从协同的储能系统，所述储能系统至少包括：外部电表、快速接入柜、能量管理子系统、一台主机储能设备和若干台从机储能设备，所述外部电表与用电场站的进线端连接并通过通信信号线与能量管理子系统连接，所述快速接入柜与用电场站的内电网总线连接，所述快速接入柜中包含多个并联连接的断路器，每个断路器分别与一台主机储能设备或者一台从机储能设备连接，所述方法包括：
6.通过所述能量管理子系统获取所述用电场站的场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和所述储能系统的总执行功率；
7.在所述储能系统的充电过程中，根据所述场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和所述储能系统的总执行功率，确定所述储能系统的充电执行功率；
8.根据预设的充电功率协调策略和所述充电执行功率，通过所述主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据所述主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作；
9.在所述储能系统的放电过程中，根据所述场站用电实时总功率、防逆流功率下限和所述储能系统的总执行功率，确定所述储能系统的放电执行功率；
10.根据预设的放电功率协调策略和所述放电执行功率，通过所述从机储能设备进行放电操作，通过所述主机储能设备根据所述从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行
功率进行放电操作。
11.可选的，所述通过所述能量管理子系统获取所述用电场站的场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和所述储能系统的总执行功率，包括：
12.通过所述能量管理子系统获取所述用电场站的防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和所述储能系统的总执行功率pcmd；
13.通过所述能量管理子系统读取所述外部电表；
14.获取所述用电场站的场站用电实时总功率pload。
15.可选的，所述在所述储能系统的充电过程中，根据所述场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和所述储能系统的总执行功率，确定所述储能系统的充电执行功率，包括：
16.在所述储能系统的充电过程中，根据所述防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和场站用电实时总功率pload，确定所述场站充电允许功率pallow1＝pmax
–
pmin
–
pload；
17.在所述场站充电允许功率pallow和所述储能系统的总执行功率pcmd中选取最小值，作为所述储能系统的充电执行功率plittle1。
18.可选的，所述根据预设的充电功率协调策略和所述充电执行功率，通过所述主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据所述主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作，包括：
19.获取主机储能设备的允许功率p_host_allow；
20.若所述充电执行功率plittle1大于主机储能设备的允许功率p_host_allow，则通过主机储能设备进行充电操作时的充电功率为pmain＝p_host_allow；
21.通过从机储能设备进行充电操作时的充电功率为pslave＝(plittle1-p_host_allow)/n，其中n为所述从机储能设备的台数；
22.若所述充电执行功率plittle1小于或等于所述主机储能设备的允许功率p_host_allow，则通过主机储能设备进行充电操作时的充电功率为pmain＝plittle1，通过从机储能设备进行充电操作时的充电功率为pslave＝0。
23.可选的，所述在所述储能系统的放电过程中，根据所述场站用电实时总功率、防逆流功率下限和所述储能系统的总执行功率，确定所述储能系统的放电执行功率，包括：
24.在所述储能系统的放电过程中，根据所述防逆流功率下限pmin和场站用电实时总功率pload，确定所述场站放电允许功率pallow2＝pload
–
pmin；
25.在所述场站放电允许功率pallow2和所述储能系统的总执行功率pcmd中选取最小值，作为所述储能系统的放电执行功率plittle2。
26.可选的，所述根据预设的放电功率协调策略和所述放电执行功率，通过所述从机储能设备进行放电操作，通过所述主机储能设备根据所述从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行功率进行放电操作，包括：
27.获取所述储能系统中所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow；
28.若所述放电执行功率plittle2大于所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow，则通过从机储能设备进行放电操作时的放电功率为pslave＝p_slave_allow/n，其中n为所述从机储能设备的台数；
29.通过主机储能设备进行放电操作时的放电功率为pmain＝plittle2-p_slave_allow；
30.若所述放电执行功率plittle2小于或等于所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow，则通过从机储能设备进行放电操作时的放电功率为pslave＝plittle2/n，通过从机储能设备进行充电操作时的充电功率为pmain＝0。
31.根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种基于主从协同的储能系统功率调度装置，应用于一种基于主从协同的储能系统，所述储能系统至少包括：外部电表、快速接入柜、能量管理子系统、一台主机储能设备和若干台从机储能设备，所述外部电表与用电场站的进线端连接并通过通信信号线与能量管理子系统连接，所述快速接入柜与用电场站的内电网总线连接，所述快速接入柜中包含多个并联连接的断路器，每个断路器分别与一台主机储能设备或者一台从机储能设备连接，所述装置包括：
32.数据获取模块，通过所述能量管理子系统获取所述用电场站的场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和所述储能系统的总执行功率；
33.充电执行功率获取模块，与所述数据获取模块相连，在所述储能系统的充电过程中，根据所述场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和所述储能系统的总执行功率，确定所述储能系统的充电执行功率；
34.充电操作模块，与所述充电执行功率获取模块相连，根据预设的充电功率协调策略和所述充电执行功率，通过所述主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据所述主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作；
35.放电执行功率获取模块，与所述数据获取模块相连，在所述储能系统的放电过程中，根据所述场站用电实时总功率、防逆流功率下限和所述储能系统的总执行功率，确定所述储能系统的放电执行功率；
36.放电操作模块，与所述放电执行功率获取模块相连，根据预设的放电功率协调策略和所述放电执行功率，通过所述从机储能设备进行放电操作，通过所述主机储能设备根据所述从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行功率进行放电操作。
37.根据本发明公开实施例的第三方面，提供一种基于主从协同的储能系统，所述储能系统至少包括：外部电表、快速接入柜、能量管理子系统、一台主机储能设备和若干台从机储能设备，所述外部电表与用电场站的进线端连接并通过通信信号线与能量管理子系统连接，所述快速接入柜与用电场站的内电网总线连接，所述快速接入柜中包含多个并联连接的断路器，每个断路器分别与一台主机储能设备或者一台从机储能设备连接。
38.可选的，所述快速接入柜上设置有即插即用接口，并通过所述即插即用接口与所述内电网总线连接。
39.综上所述，本发明涉及一种基于主从协同的储能系统、功率调度方法及装置，该方法包括：在充电过程中，根据场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和该储能系统的总执行功率，确定充电执行功率；通过主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作；在放电过程中，根据场站用电实时总功率、防逆流功率下限和储能系统的总执行功率，确定放电执行功率；通过从机储能设备进行放电操作，通过主机储能设备根据从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行功率进行放电操作。能够使各储能设备根据用电场站的充、放电执行
功率，灵活调配输出功率，实现场站用电的主从协同供电。
40.另外，本发明中通过即插即用接口的快速接入柜，可以灵活调配主机储能设备和从机储能设备到用电场站，在不断开场站总供电情况下，免调试的快速接入储能设备。因此在上述灵活调配接入方式上，可以实现直接售电和储能系统装置租赁的经济模型，这样既可以降低用电场站的投资压力，降低投资浪费，又可以很好的解决用电场站间歇性和临时性的峰期用电需求，也可以解决用电场站在限电期间的电力供应来源。
41.通过此种方式也可以解耦市电配电网络与用电场站的功率匹配约束，使市电配电网络利用率提升，同时降低用电场站配电网络投资及部署周期。
42.本发明公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
43.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
44.图1是根据一示例性实施例示出的一种基于主从协同的储能系统功率调度方法的流程图；
45.图2是根据一示例性实施例示出的一种基于主从协同的储能系统的结构示意图；
46.图3是根据图1示出的一种充电操作的流程图；
47.图4是根据图1示出的一种放电操作的流程图；
48.图5是根据一示例性实施例示出的一种基于主从协同的储能系统功率调度装置的结构框图。
具体实施方式
49.以下结合附图对本发明公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
50.图1是根据一示例性实施例示出的一种基于主从协同的储能系统功率调度方法的流程图，如图1所示，该方法应用于如图2所示的基于主从协同的储能系统，在图2中，该储能系统至少包括：外部电表、快速接入柜、能量管理子系统、一台主机储能设备和若干台从机储能设备，该外部电表与用电场站的进线端连接并通过通信信号线与能量管理子系统连接，该快速接入柜与用电场站的内电网总线连接，该快速接入柜中包含多个并联连接的断路器，每个断路器分别与一台主机储能设备或者一台从机储能设备连接。
51.示例地，本发明公开实施例中将基于主从协同的储能系统接入用电场站，其中快速接入柜连接至用电场站内电网总线，在柜内设置有多个并联连接的断路器，每个断路器下端连接一套储能设备(主机储能设备或者从机储能设备)，通过主机储能设备和从机储能设备之间的协同实现用电场站的充电过程和放电过程。能量管理子系统通过通信信号线与外部电表连接，用于读取外部电表上的数值，从而控制储能设备进行充放电操作。
52.其中，该快速接入柜上设置有即插即用接口，并通过该即插即用接口与该内电网总线连接，能够实现快速接入柜灵活接入以及拆除该用电场站。
53.该方法包括：在步骤101中，通过该能量管理子系统获取该用电场站的场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和该储能系统的总执行功率。
54.具体的，获取该用电场站的防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和该储能系统的总执行功率pcmd；通过该能量管理子系统读取该外部电表；获取该用电场站的场站用电实时总功率pload。
55.示例地，外部电表安装在用电场站的总进线端，用于检测整个用电场站的场站用电实时总功率pload，能量管理子系统通过读取外部电表可以获取该场站用电实时总功率pload。该能量管理子系统还可以获取用电场站的防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和储能系统的总执行功率pcmd。其中，用电场站的防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和该储能系统的总执行功率pcmd是预先设置的数值，场站允许功率上限pmax表示该储能系统允许执行的最大功率值。
56.另外，通常情况下，能量管理子系统为主机，用于读取外部电表并控制主机储能设备和从机储能设备之间协同进行充放电操作(如下述步骤102-105所示)。
57.另外，通过该能量管理子系统还可以获取该储能系统的应执行功率pess。
58.在步骤102中，在该储能系统的充电过程中，根据该场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和该储能系统的总执行功率，确定该储能系统的充电执行功率。
59.具体的，在该储能系统的充电过程中，根据该防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和场站用电实时总功率pload，确定该场站充电允许功率pallow1＝pmax
–
pmin
–
pload；在该场站充电允许功率pallow和该储能系统的总执行功率pcmd中选取最小值，作为该储能系统的充电执行功率plittle1。
60.示例地，在确定用电场站的防逆流功率下限pmin、场站允许功率上限pmax和场站用电实时总功率pload后，可以确定用电场站的充电允许功率pallow1。该充电允许总功率pallow1是在场站允许功率上限pmax的基础上预留出了容差(即防逆流功率下限pmin)，再减去用电场站负载的功率(即场站用电实时总功率pload)得到的。获取场站充电允许功率pallow1后，在场站充电允许功率pallow1与该储能系统的总执行功率pcmd中选取最小值plittle1，该最小值plittle1即为充电过程中储能系统的充电执行功率。
61.在步骤103中，根据预设的充电功率协调策略和该充电执行功率，通过该主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据该主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作。
62.示例地，该预设的充电功率协调策略是指在充电过程中，充电执行功率优先满足主机储能设备，主机储能设备充电完成后，再将多余充电执行功率平均分给从机储能设备。
63.具体的，图3是根据图1示出的一种充电操作的流程图，如图3所示，该步骤103包括：
64.在步骤1031中，获取主机储能设备的允许功率p_host_allow。
65.示例地，通过能量管理子系统获取主机储能设备的允许功率p_host_allow，该能量管理子系统可以为若干个主机，每个主机分别与主机储能设备和从机储能设备相连，用于获取主机储能设备的允许功率和从机储能设备的允许功率，以及控制主机储能设备和从机储能设备进行充放电。
66.在步骤1032中，若该充电执行功率plittle1大于主机储能设备的允许功率p_host_allow，则通过主机储能设备进行充电操作时的充电功率为pmain＝p_host_allow。
67.在步骤1033中，通过从机储能设备进行充电操作时的充电功率为pslave＝(plittle1-p_host_allow)/n，其中n为该从机储能设备的台数。
68.示例地，当充电执行功率plittle1大于主机储能设备的允许功率p_host_allow时，说明主机储能设备的允许功率不足以完成全部的充电执行功率plittle1，此时通过主机储能设备进行充电功率为p_host_allow的充电操作后，再由从机储能设备执行剩余充电执行功率的充电操作，其中，每台从机储能设备进行充电操作的充电功率为pslave＝(plittle1-p_host_allow)/n。
69.在步骤1034中，若该充电执行功率plittle1小于或等于该主机储能设备的允许功率p_host_allow，则通过主机储能设备进行充电操作时的充电功率为pmain＝plittle1，通过从机储能设备进行充电操作时的充电功率为pslave＝0。
70.示例地，当充电执行功率plittle1小于或等于主机储能设备的允许功率p_host_allow时，说明主机储能设备的允许功率能够完成全部的充电执行功率plittle1，此时通过主机储能设备进行充电功率为p_host_allow的充电操作后，已经没有剩余的充电执行功率了，因此不再需要通过从机储能设备进行充电操作。
71.在步骤104中，在该储能系统的放电过程中，根据该场站用电实时总功率、防逆流功率下限和该储能系统的总执行功率，确定该储能系统的放电执行功率。
72.具体的，在该储能系统的放电过程中，根据该防逆流功率下限pmin和场站用电实时总功率pload，确定该场站放电允许功率pallow2＝pload
–
pmin；在该场站放电允许功率pallow2和该储能系统的总执行功率pcmd中选取最小值，作为该储能系统的放电执行功率plittle2。
73.示例地，放电允许总功率pallow2是在场站用电实时总功率pload的基础上减去防逆流功率下限pmin得到的。获取场站放电允许功率pallow2后，在场站放电允许功率pallow2与该储能系统的总执行功率pcmd中选取最小值plittle2，该最小值plittle2即为放电过程中储能系统的放电执行功率。
74.在步骤105中，根据预设的放电功率协调策略和该放电执行功率，通过该从机储能设备进行放电操作，通过该主机储能设备根据该从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行功率进行放电操作。
75.示例地，该预设的放电功率协调策略是指在充电过程中，放电执行功率优先满足从机储能设备的输出，从机储能设备的输出功率不够时再由主机储能设备继续输出。
76.具体的，图4是根据图1示出的一种放电操作的流程图，如图4所示，该步骤105包括：
77.在步骤1051中，获取该储能系统中所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow。
78.在步骤1052中，若该放电执行功率plittle2大于所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow，则通过从机储能设备进行放电操作时的放电功率为pslave＝p_slave_allow/n，其中n为该从机储能设备的台数。
79.在步骤1053中，通过主机储能设备进行放电操作时的放电功率为pmain＝plittle2-p_slave_allow。
80.示例地，当放电执行功率plittle2大于所有从机储能设备的允许功率之和p_
slave_allow时，说明所有从机储能设备的允许功率之和不足以完成全部的放电执行功率plittle2，此时通过从机储能设备进行放电功率为p_slave_allow/n的放电操作后，再由主机储能设备执行剩余放电执行功率的充电操作，其中，主机储能设备进行放电操作的放电功率为pmain＝plittle2-p_slave_allow。
81.在步骤1054中，若该放电执行功率plittle2小于或等于所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow，则通过从机储能设备进行放电操作时的放电功率为pslave＝plittle2/n，通过从机储能设备进行充电操作时的充电功率为pmain＝0。
82.示例地，当放电执行功率plittle2小于或等于所有从机储能设备的允许功率之和p_slave_allow时，说明从机储能设备的允许功率能够完成全部的放电执行功率plittle2，此时通过每台从机储能设备进行放电功率为plittle2/n的放电操作后，已经没有剩余的放电执行功率了，因此不再需要通过主机储能设备进行放电操作。
83.例如，如图2所示，本发明公开实施例中的储能系统中设计3套储能设备(1台主机储能设备和2台从机储能设备)，每套设置为最大功率640kw/1400kwh的充、放电，动力线并联接入快速接入柜断路器开关装置连接。在总箱变处设置总外部电表，电表通信信号线连接至主储能能量管理装置；然后各储能能量管理系统装置通信信号线连接至通讯汇总装置；完成后设置从机能量管理系统工作模式，并设置主机能量管理系统数量，系统即可开始工作。若上述3套储能设备均正常运行，则可以为用电场所最大提供1920kw/4200kwh的电能。
84.图5是根据一示例性实施例示出的一种基于主从协同的储能系统功率调度装置的结构框图，如图5所示，应用于一种基于主从协同的储能系统，该储能系统至少包括：外部电表、快速接入柜、能量管理子系统、一台主机储能设备和若干台从机储能设备，该外部电表与用电场站的进线端连接并通过通信信号线与能量管理子系统连接，该快速接入柜与用电场站的内电网总线连接，该快速接入柜中包含多个并联连接的断路器，每个断路器分别与一台主机储能设备或者一台从机储能设备连接，该装置500包括：
85.数据获取模块510，通过该能量管理子系统获取该用电场站的场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和该储能系统的总执行功率；
86.充电执行功率获取模块520，与该数据获取模块510相连，在该储能系统的充电过程中，根据该场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和该储能系统的总执行功率，确定该储能系统的充电执行功率；
87.充电操作模块530，与该充电执行功率获取模块520相连，根据预设的充电功率协调策略和该充电执行功率，通过该主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据该主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作；
88.放电执行功率获取模块540，与该数据获取模块510相连，在该储能系统的放电过程中，根据该场站用电实时总功率、防逆流功率下限和该储能系统的总执行功率，确定该储能系统的放电执行功率；
89.放电操作模块550，与该放电执行功率获取模块540相连，根据预设的放电功率协调策略和该放电执行功率，通过该从机储能设备进行放电操作，通过该主机储能设备根据该从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行功率进行放电操作。
90.综上所述，本发明涉及一种基于主从协同的储能系统、功率调度方法及装置，该方
法包括：在充电过程中，根据场站用电实时总功率、防逆流功率下限、场站允许功率上限和该储能系统的总执行功率，确定充电执行功率；通过主机储能设备进行充电操作，通过从机储能设备根据主机储能设备完成充电操作后剩余的充电执行功率进行充电操作；在放电过程中，根据场站用电实时总功率、防逆流功率下限和储能系统的总执行功率，确定放电执行功率；通过从机储能设备进行放电操作，通过主机储能设备根据从机储能设备完成放电操作后剩余的放电执行功率进行放电操作。能够使各储能设备根据用电场站的充、放电执行功率，灵活调配输出功率，实现场站用电的主从协同供电。
91.另外，本发明中通过即插即用接口的快速接入柜，可以灵活调配主机储能设备和从机储能设备到用电场站，在不断开场站总供电情况下，免调试的快速接入储能设备。因此在上述灵活调配接入方式上，可以实现直接售电和储能系统装置租赁的经济模型，这样既可以降低用电场站的投资压力，降低投资浪费，又可以很好的解决用电场站间歇性和临时性的峰期用电需求，也可以解决用电场站在限电期间的电力供应来源。
92.通过此种方式也可以解耦市电配电网络与用电场站的功率匹配约束，使市电配电网络利用率提升，同时降低用电场站配电网络投资及部署周期。
93.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
94.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
95.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。