一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法与流程

1.本发明属于半实物仿真领域，具体涉及到一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法。
技术背景
2.抽水蓄能和电化学储能是目前发展较为成熟、应用广泛的两种储能技术。考虑到两者具有不同的响应速度、放电时长、功率等级、成本等技术性和经济性特点，将两者组合形成混合型储能系统，可充分发挥两者的互补优势，最大程度满足未来新型电力系统的调度需求，具有重要研究与工程意义。但是，两者结合应用还属于尝试阶段，技术还不够成熟，对于两者结合应用中可能出现的实际问题，了解的还不够全面。要充分了解这种混合型储能的技术特点、调度方法、注意事项等，需要进行大量的试验及数据分析，然而传统的搭建实际试验系统的方法，对于抽水蓄能以及大型电化学储能的系统而言，一方面耗时很长且耗资巨大，会严重影响技术研究的进度，不利于推动技术的发展；另一方面搭建的实际试验系统比较局限，只能针对某类抽水蓄能发电机组和某类电化学储能模式，会影响研究的全面性。
3.本发明所述的一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法，是将rt-lab实时仿真机与硬件实物相结合，开发半实物仿真系统，通过搭建仿真模型及相应的控制方法，实现抽水蓄能电站和电化学储能电站的结合应用，获取不同的抽水蓄能发电机组参数、储能发电系统参数、交流电网并网点潮流信息等，通过大量试验得到可靠的试验数据，并对数据进行分析总结得到这种混合型电站的技术特点，为实际应用提供技术支撑，推动该技术的发展。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服抽水蓄能与电化学储能联合运行的混合型储能系统建设过程周期长、灵活性差、技术方案可扩展性差、耗子巨大而导致该技术研究进度缓慢、试验结论不全面的缺点而提出的一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法。
5.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法包括半实物仿真平台的搭建和仿真平台控制方法的实现两个部分。
7.抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台是基于rt-lab实时仿真机建立的硬件在环类半实物仿真平台，仿真平台包括搭建于rt-lab实时仿真机中的实时仿真模型和硬件实物装置；
8.搭建于rt-lab实时仿真机中的实时仿真模型包括交流电网模型、抽水蓄能发电机组模型以及储能发电系统模型；
9.其中交流电网模型包括交流电压源模型、线路阻抗模型以及配电变压器模型，通过调整模型的配置参数，得到具有不同特性的交流电网节点；
10.其中抽水蓄能发电机组模型包括水泵水轮机组模型、电动发电机组模型以及抽水蓄能电站分散控制系统模型；抽水蓄能电站分散控制系统模型控制水泵水轮机组模型和电动发电机组模型启动，调整水泵水轮机组模型的正转或反转模式以及电动发电机组模型的电动机或发电机模式，进行抽水蓄能或水力发电，并通过调整转速、导叶开度等调整抽水蓄能电站出力，达到上级调度中心出力要求；
11.其中储能发电系统模型包括蓄电池模型和储能变流器模型；蓄电池模型设置目前常见的电化学类储能电池，包括磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、液流电池等，结合不同电池的倍率特性、容量利用率、充放电特性曲线等特点，仿真得到储能发电系统在调频、调峰、调相时不同电池的应用表现，得到不同电化学电池的应用特点；储能变流器模型采用行业内传统的大型储能变流器拓扑，将蓄电池模型的电能进行直交变换后并入交流电网模型。
12.抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台中的硬件实物装置包括抽水蓄能电站远程控制终端、储能本地控制器以及抽水蓄能与电化学储能联合控制器；
13.抽水蓄电电站远程控制终端是抽水蓄能发电机组和抽水蓄能与电化学储能联合控制器之间的接口，一方面接收抽水蓄能与电化学储能联合控制器的指令，另一方面通过rt-lab实时仿真机通信接口与抽水蓄能发电机组模型通信，按照与实际抽水蓄能电站相同的通信协议，与抽水蓄能电站分散控制系统模型握手后下发抽水蓄能发电机组模型控制指令；
14.储能本地控制器是储能发电系统模型和抽水蓄能与电化学储能联合控制器之间的接口，一方面接收抽水蓄能与电化学储能联合控制器的指令，另一方面通过rt-lab实时仿真机通信接口与储能发电系统模型通信，按照与实际储能发电系统相同的通信协议，控制储能发电系统模型工作；
15.抽水蓄能与电化学储能联合控制器是抽水蓄能与电化学储能联合运行的混合型储能系统的控制核心，一方面接收调度中心下发的电站出力指令，另一方面通过获取的抽水蓄能发电机组参数、储能发电系统参数、交流电网并网点潮流信息，计算得到储能系统出力指令以及抽水蓄能发电机组出力指令，分别下发给储能本地控制器和抽水蓄能电站远程控制终端。
16.抽水蓄能与电化学储能联合控制器下发的储能系统出力指令是根据储能发电系统的额定功率p
bat
、蓄电池容量w
bat
、交流电网并网点实时功率p
pcc
[k]、电站出力指令p
ref
，按照以下公式计算得到的储能系统下一时刻出力指令
[0017][0018]
公式中，λ
bat
为储能系统平滑系数，受储能发电系统的额定功率p
bat
、蓄电池容量w
bat
影响，为储能系统当前时刻出力指令。
[0019]
储能本地控制器和抽水蓄能电站远程控制终端接收指令后与rt-lab实时仿真机通信，启动储能发电系统模型和抽水蓄能发电机组模型运行，执行出力指令，实现抽水蓄能与电化学储能的联合运行，交流电网并网点潮流跟踪调度中心指令。
附图说明
[0020]
图1：抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台示意图
[0021]
图2：抽水蓄能与电化学储能联合控制方法
具体实施方式
[0022]
为了更清楚地说明本发明，下面根据附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0023]
如图1～2所示，本发明公开了一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法。
[0024]
一种抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台及控制方法包括半实物仿真平台的搭建和仿真平台控制方法实现两个部分。首先按照实际系统原型搭建抽水蓄能与电化学储能联合运行的半实物仿真平台，然后在平台的基础上验证控制方法，并通过调整不同的模型参数，控制目标，进行系统化的仿真，总结该混合型储能系统的技术特点，推动该技术的成熟应用。
[0025]
抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台是基于rt-lab实时仿真机建立的硬件在环类半实物仿真平台，即在rt-lab实时仿真机中搭建抽水蓄能电站和电化学储能电站主系统模型，在外部搭建对应的控制系统及联合控制器，将仿真与实际设备相结合，进行半实物仿真。该半实物仿真平台的建设包括搭建于rt-lab实时仿真机中的实时仿真模型和硬件实物装置；
[0026]
搭建于rt-lab实时仿真机中的实时仿真模型包括交流电网模型、抽水蓄能发电机组模型以及储能发电系统模型；
[0027]
其中交流电网模型包括交流电压源模型、线路阻抗模型以及配电变压器模型；电压源模型可以设置幅值、频率和相位；线路阻抗模型可以配置为不同的实际电站的线路阻抗；配电变压器模型与实际电站的配电变压器参数一致；通过调整模型的这些配置参数，得到具有不同特性的交流电网节点，在仿真中可以分析不同电网特性对上述混合型储能系统的影响。
[0028]
其中抽水蓄能发电机组模型包括水泵水轮机组模型、电动发电机组模型以及抽水蓄能电站分散控制系统模型；对应不同类型的水泵水轮机组、电动发电机组，可以根据实际机组参数在水泵水轮机组模型和电动发电机组模型中配置额定容量、额定出力、额定转速等参数。抽水蓄能电站分散控制系统模型是抽水蓄能电站的底层核心控制器，控制水泵水轮机组模型和电动发电机组模型启动，调整水泵水轮机组模型的正转或反转模式以及电动发电机组模型的电动机或发电机模式，进行抽水蓄能或水力发电，并通过调整转速、导叶开度等调整抽水蓄能电站出力，达到上级调度中心出力要求；通过反复的仿真测试总结，可以得出不同机组对上述混合型储能系统的影响，并得到一些优选方案。
[0029]
其中储能发电系统模型包括蓄电池模型和储能变流器模型；蓄电池模型设置目前常见的电化学类储能电池，包括磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、液流电池等，结合不同电池的倍率特性、容量利用率、充放电特性曲线等特点，仿真得到储能发电系统在调频、调峰、调相时不同电池的应用表现，得到不同电化学电池的应用特点；储能变流器模型采用行业内传统的大型储能变流器拓扑，储能变流器模型将蓄电池模型的电能进行直交变换后并入交流电网模型。
[0030]
抽水蓄能与电化学储能联合半实物仿真平台中的硬件实物装置包括抽水蓄能电站远程控制终端、储能本地控制器以及抽水蓄能与电化学储能联合控制器；
[0031]
抽水蓄能电站远程控制终端是抽水蓄能发电机组和抽水蓄能与电化学储能联合控制器之间的接口，一方面接收抽水蓄能与电化学储能联合控制器的指令，另一方面通过rt-lab实时仿真机的通信接口与抽水蓄能发电机组模型通信，按照与实际抽水蓄能电站相同的通信协议，与抽水蓄能电站分散控制系统模型握手后下发抽水蓄能发电机组模型控制指令，包括启动、停止、黑启动、出力、转速等；
[0032]
储能本地控制器是储能发电系统模型和抽水蓄能与电化学储能联合控制器之间的接口，一方面接收抽水蓄能与电化学储能联合控制器的指令，另一方面通过rt-lab实时仿真机的通信接口与储能发电系统模型通信，按照与实际储能发电系统相同的通信协议，下发启动、停止、出力等指令，控制储能发电系统模型工作；
[0033]
抽水蓄能与电化学储能联合控制器是抽水蓄能与电化学储能联合运行的混合型储能系统的控制核心，一方面接收调度中心下发的电站出力指令，另一方面通过获取的抽水蓄能发电机组参数、储能发电系统参数、交流电网并网点潮流信息，计算得到储能系统出力指令以及抽水蓄能发电机组出力指令，分别下发给储能本地控制器和抽水蓄能电站远程控制终端。
[0034]
抽水蓄能与电化学储能联合控制器下发的储能系统出力指令是根据储能发电系统的额定功率p
bat
、蓄电池容量w
bat
、交流电网并网点实时功率p
pcc
[k]、电站出力指令p
ref
，按照以下公式计算得到的储能系统下一时刻出力指令
[0035][0036]
公式中，λ
bat
为储能系统平滑系数，受储能发电系统的额定功率p
bat
、蓄电池容量w
bat
影响，为储能系统当前时刻出力指令。
[0037]
储能本地控制器和抽水蓄能电站远程控制终端接收指令后与rt-lab实时仿真机通信，启动储能发电系统模型和抽水蓄能发电机组模型运行，执行出力指令，实现抽水蓄能与电化学储能的联合运行，最终实现交流电网并网点潮流跟踪调度中心指令。
[0038]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0039]
尽管已经示出和描述了本发明的实施示例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。