一种大规模储能系统充放电控制方法

本发明涉及大规模储能控制技术领域，特别是涉及一种大规模储能系统充放电控制及功率分配。

背景技术：

随着太阳能、风能等新能源发电在电网中所占的比重越来越大，并且这些新能源发电具有波动性、随机性和间歇性，所以为了改善电能质量，提高新能源发电的利用率和供电可靠性，通常会建立大规模的储能电站，用以维系电网的功率动态平衡。

由于大规模储能电站中各储能单元组的充放电情况不同，电池老化程度不同，导致各储能单元组的荷电状态(stateofcharge,soc)不相同，容易发生过充过放的情况，很大程度上会降低电池的使用寿命，这对资源的利用和环境保护来说都是不利的。

现在有一些文献对于储能单元的协调控制及功率分配提出了相应的控制方法，大多是采用调整下垂控制的虚拟电阻或下垂曲线设定点等控制参数的方法，对系统的稳定性影响比较大，出现故障时无法再次进行控制。

大多数研究对避免储能单元组荷电状态越界的情况没有提出合理的解决方法，仅仅是在发生越界时采用停机的方式，这样会导致可用的储能单元减少，系统的稳定性降低。在进行功率分配时，往往只考虑了储能单元的荷电状态，按照既定策略进行分配可能会导致功率超限的问题，无法实现储能单元的最优充放电及协调控制。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种大规模储能系统充放电控制方法，用以解决现有储能单元控制方法的一些缺陷，如对系统稳定性影响大，出现故障无法再次进行控制，储能单元荷电状态越界后没有合理的解决方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大规模储能系统充放电控制方法，根据上级调度接收储能电站总功率的需求，将储能电站分为四种工作模式，并且根据储能单元组的荷电状态，将储能单元组分为临界过充状态，稳定工作状态和临界过放状态这三种类别。进一步将工作模式细分，分别将工作模式2、3细分为3种工作子模式：极限功率流动模式，部分功率流动模式，临界功率充放电模式。在此基础之上提出了储能单元组间的功率流动控制，在不影响系统正常功率平衡的情况下，控制临界单元组进行反向功率流动，使其荷电状态趋近于稳定运行区间，避免过充过放延长电池使用寿命。然后，针对反向流动功率和总需求功率的分配问题，提出了基于可充放电量和极限功率的功率分配策略，首先确定了临界储能单元组及其反向输出功率和调度所需的总功率后，按照非临界储能单元组的可充放电量比例来进行功率分配，为了防止功率超限的情况，增加功率分配修正环节，若此时超出了单元组的极限功率，则按照各单元组的极限功率比例进行功率分配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：考虑了储能单元临界过充过放区间，细分了系统工作模式，进行储能单元组间的功率流动。在不影响总功率的平衡下，实现了临界储能单元组的荷电状态恢复能力，延长了电池的使用寿命和可靠性。提出了系统功率动态分配策略，各储能单元组在极限功率限制内按照可充放电比例进行功率分配，有助于各储能单元组间均衡实际电量。发生功率超限的情况也可以自动切换分配比例，避免了由于功率超限引起的系统不稳定。

附图说明

图1为大规模储能拓扑图

图2为本发明提供的基本工作模式图

图3为本发明提供的储能单元组工作状态图

图4为本发明提供的储能单元组间的功率流动控制模式划分图

具体实施方法

由图2可知，根据调度所需的储能系统功率可以将储能系统的运行状态分为4种工作模式：极限功率充电、储能主动充电、储能主动放电和极限功率放电。模式1和模式4，储能系统以极限充放电功率来满足调度所需的功率，模式2、3，调度所需的功率在储能系统的极限充放电功率范围以内，此时储能系统进行主动充放电。一般，为了是储能单元组能够有效稳定的运行，并延长其使用寿命，需要使储能单元运行在正常的工作区内，为了避免储能单元组的荷电状态超过正常运行的极限，本发明提出了储能单元组间的功率流动控制。

功率流动控制：首先根据储能单元组的荷电状态(soc)将其工作状态划分为临界过充、稳定工作和临界过放状态，如图3所示。其中socmax、socmax-s、socmin-s、socmin分别为储能单元组的正常工作上限、稳定工作上限、稳定工作下限和正常工作下限。

根据上述的状态分类，可以将储能系统中的k组储能单元组进行归类，其中包括n组临界过充单元，m组临界过放单元，k-(m+n)组稳定工作单元组。在此基础之上，根据调度所需的储能系统功率将工作模式2、3进一步划分为6种工作子模式，如图4所示。其中分别为第k组储能单元的极限充电功率和极限放电功率。

功率流动控制的主要目的是在调度所需的储能功率的绝对值较小的时候，控制临界储能单元反向输出功率，使其的荷电状态趋近于稳定运行的区间；在调度所需的储能功率的绝对值较大时，为了满足系统稳定，此时临界储能单元进行临界充放电，与非临界储能单元所承担的作用一致。因为模式2、3工作特征相似，故本发明仅以模式2：储能主动充电来进行说明。

当时，系统处于子模式2-1。n组临界过充单元以极限放电功率进行反向输出功率，剩余的k-n组非临界过充单元吸收系统的总功率。此时总功率为

当时，系统处于子模式2-2。该模式下的临界过充单元放电功率受非临界单元的极限充电功率和调度所需的总功率限制，此时总功率为

当时，系统处于子模式2-3。n组临界过充单元与k-n组非临界过充单元共同吸收功率，此时总功率p^*＝p。

上述储能单元组间的功率流动控制策略实现了，在调度所需的系统功率较小时，例如模式2-1，能控制临界过充单元反向输出功率，将其荷电状态向稳定工作状态趋近，更新的系统总功率由非临界过充单元共同吸收。在调度所需的系统功率较大时，例如模式2-3，更新的系统总功率等于调度所需的总功率，此时总功率由所有正常工作的储能单元共同吸收。

模式3与模式2的原理特征相同，此文不再讲述。

功率分配：由上述的储能单元组间的功率流动控制策略，可以得到更新后的系统总功率，此时需将系统总功率合理的分配到各个储能单元中。本发明提出了按可充放电量或极限功率比例进行功率分配的分配策略。

首先，根据公式求出各储能单元组的可充放电电量。

其中分别为第k组储能单元组的可充电电量和可放电电量。按照此公式计算得出的可充放电量比进行功率分配，可充电量大的储能单元吸收更多的功率，避免了可充电量较小的储能单元越限过充；可放电量大的储能单元输出更多的功率，避免了可放电量较小的储能单元越限过放。

若按照可充放电量比例进行功率分配时，分配到的功率超过了储能单元的极限功率时，为了保证系统的稳定性，此时将系统总功率按照极限功率比进行分配。式中pr为分配到的参考功率，p、q分别为参与充放电的储能单元组数量，分别为系统总的充电功率和放电功率。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。