一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统与流程

1.本发明涉及储能供电控制领域，尤其涉及一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统。


背景技术：

2.目前移动式储能系统应用场景功能单一，主要侧重在分布式储能在配电网中的临时增容和提升分布式电源运行稳定性，储能系统按照用户需求定制容量和功率，不能随时满足用户不同应用需求(或采取大容量降容运行，导致应用效率下降)，同时缺乏灵活组合应用。为此为发挥储能系统根据用户不同需求进行组合调配的灵活性，增强能源系统供应安全性、灵活性和综合利用效率，适应配电网增容及应急供电、新能源消纳、充电站临时增容增桩、不停电作业支撑、平抑尖峰负荷、重要负荷保供电等多应用场景。
3.因此亟需一种能够实现移动储能系统快速接入的接口技术，在实现移动储能系统快速接入出的同时保证对多场景应用的负荷可靠供电，同时该接入方法能够大大减小运维人员工作量，提高工作效率。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明提供了一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统，能够解决传统方法无法保证并网和离网两种工况下无法平滑切换的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法，包括：
8.根据配电网装置所需容量和功率，建立即插即用移动式电池储能系统；
9.通过在所述即插即用移动式电池储能系统中，预设功率流控制方法，实现功率流层面的柔性接入控制，建立移动式电池储能控制系统；
10.通过所述移动式电池储能控制系统进行离网与并网工况切换，实现移动式储能积木化柔性接入控制。
11.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法的一种优选方案，其中：所述功率流控制方法包括功率流分级增加控制或功率流线性增加控制两种。
12.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法的一种优选方案，其中：所述柔性接入控制包括，
13.在移动储能系统接入前，线路接入处开关闭合，此时由电网向负荷供电；
14.当移动储能系统系统接入时线接入口开关断开，此时通过快插接头将移动储能系统接入支路，随后将线路接入开关闭合，移动储能系统启动运行；
15.当系统启动完成后将之路接入开关断开，此时负荷由移动储能系统供电，系统退出时现将支路接入开关闭合，系统停机，线路接入处开关断开。
16.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法的一种优选方案，其中：所述多场景包括适应配电网增容及应急供电、新能源消纳、充电站临时增容增桩、不停电作业支撑、平抑尖峰负荷和重要负荷保供电。
17.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法的一种优选方案，其中：所述移动式电池储能控制系统包括并网与离网两种工况。
18.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法的一种优选方案，其中：所述并网包括，
19.当储能电站系统并网运行时，采用电流源控制模式，用来控制功率输出；
20.当负载所需有功与无功变化而偏离额定功率时，逆变器输出电压的幅值与频率都偏离额定运行点，则并网前的预同步需包括频率、幅值、相位三个方面。
21.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法的一种优选方案，其中：所述离网包括稳定输出电压的幅值与频率。
22.本发明还提供一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制系统，包括，接入断路器qs1、支路断路器qs2、支路断路器qs3、配电网、配电网侧开关、负载、快速插头母头以及快速插头公头，
23.在移动储能系统接入前qs2、qs3闭合，此时由电网向负荷供电；
24.当移动储能系统系统接入时qs1断开，此时通过快插接头将移动储能系统接入支路，随后将qs1闭合，移动储能系统启动运行；
25.当系统启动完成后将qs2断开，此时负荷由移动储能系统供电，系统退出时现将qs2闭合，系统停机，qs1断开。
26.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制系统的一种优选方案，其中：所述接入断路器qs1、支路断路器qs2、支路断路器qs3、快速插头母头以及快速插头公头组成并联型接口柜。
27.作为本发明所述的移动式储能多场景积木化柔性接入控制系统的一种优选方案，其中：还包括，
28.当断开qs1，移动储能系统出线端接入并联型接口柜；
29.当闭合qs1，移动储能系统开机至待机状态后转入并网运行状态；
30.通过双向储能变流器发出指令，主动断开qs2，双向储能变流器转入离网运行，为负荷供电。
31.本发明的有益效果：本发明提出一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统，通过在即插即用移动式电池储能控制系统中预设上述两种功率流控制方法，可控制即插即用电池储能电站功率流的响应速率，实现功率流层面的柔性接入控制。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它
的附图。其中：
33.图1为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的方法流程图；
34.图2为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的系统接入运行控制流程图；
35.图3为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的单级型移动储能系统图；
36.图4为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的并联型接口图；
37.图5为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的下垂控制策略图；
38.图6为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的电压幅值预同步控制策略示意图；
39.图7为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的基于功率流分级或功率线性增加的柔性接入示意图；
40.图8为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的模块化移动式储能典型接入设计框图；
41.图9为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的快速接口设计示意图；
42.图10为本发明一个实施例提供的一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统的移动式分支箱设计示意图；
具体实施方式
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
44.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
45.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
46.本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
47.同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.实施例1
50.参照图1-7，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法，包括：
51.s1：根据配电网装置所需容量和功率，建立即插即用移动式电池储能系统；
52.更进一步的，移动式电池储能系统需具备在并网与离网两种工况下提供稳定供电的同时，为提高其供电稳定性还要保证两种工况的无缝平滑切换，为负载提供不间断、安全、可靠的供电。
53.更进一步的，储能电站系统并网运行时需采用电流源控制模式以控制功率输出，离网需稳定输出电压的幅值与频率，而在两种模式之间切换的过程应尽量减少电压、电流的畸变与冲击，以免损坏敏感性负载及产生对电网的不良影响。
54.应说明的是，传统的做法并网采用pq控制，离网采用其中一种电压源输出特性的控制方法，切换时就将控制指令从正在工作的控制器切换至另一种控制器的双模式切换方法。采用两种控制方式看似满足移动式电池储能系统并网及离网两种运行工况，然而在切换过程中却存在诸多问题。
55.更进一步的，若出现相应的突发事件，需要储能电池电站即刻接入的系统为负载提供能电能，或者电网故障检修。在检修时间内需要电池储能电站继续维持相关负荷运行情况下，就需要对电池储能电站进行离网切换至并网运行的操作。
56.s2：通过在所述即插即用移动式电池储能系统中，预设功率流控制方法，实现功率流层面的柔性接入控制，建立移动式电池储能控制系统；
57.更进一步的，离网控制方法多采用恒压恒频控制及下垂控制，现以下垂控制为例讲解本文所用到的预同步方法。对下垂控制的分析，其控制原理依赖于“一次调频”、“一次调压”。
58.应说明的是，当负载所需有功与无功变化而偏离额定功率时，通过“一次调频”、“一次调压”的调节，逆变器输出电压的幅值与频率都偏离额定运行点，因此并网前的预同步包括频率、幅值、相位三个方面。
59.更进一步的，下垂控制的预同步需要“二次调频”、“二次调压”，如图5所示。以p-f下垂曲线为例，原始曲线为f
01
，当稳定运行在a点时负载功率p
load
偏离额定功率p0。若f
01
为网压频率，工作点频率a偏离f
01
，因此要达到频率同步需在保持负载功率不变的前提下调整下垂曲线，使其频率与电网同步。将f
01
曲线向上平移达到f
02
曲线，运行点由a平移到b，fb等于f
01
。
60.应说明的是，现在已有的预同步方法虽存在差异，但大都是单独对幅值、频率和相角进行调节，如图5所示，当执行预同步命令时，传统做法需分别检测电网u
mabc
与网压u
gabc
的幅值(um、ug)频率(fm、fg)以及相角(θm、θg)，继而采用幅值、频率和相位三闭环调节器给定二
次调压指令δu与二次调频指令δf。u
mα
、u
mβ
、u
gα
、u
gβ
分别为电网电压u
mabc
与网压u
gabc
在αβ静止坐标系的分量；k
vp
、k
vi
、k
fp
、k
θp
与k
θi
分别为幅值、频率和相位的调节参数。
61.还应说明的是，考虑到绝大多数应用场景下，都会对接入电网的各种供配电装置提出高响应速度的需求，如要求供配电装置尽可能快速的接入，并且具备毫秒级的功率响应速度。然而在某些特殊的应用场景，比如电网末端等薄弱环节或者电网弱通讯应用场景，大功率供配电设备并不能频繁的接入，并且在接入时功率响应速度过快反而会导致电网不稳定。为减小或避免对电网造成冲击，即插即用移动式电池储能系统可采用预设功率流分级增加或者功率流线性增加的柔性接入方法。
62.更进一步的，通过在即插即用移动式电池储能控制系统中预设上述两种功率流控制方法，可控制即插即用电池储能电站功率流的响应速率，实现功率流层面的柔性接入控制。
63.应说明的是，所述功率流控制方法包括功率流分级增加控制或功率流线性增加控制两种。
64.还应说明的是，所述多场景包括适应配电网增容及应急供电、新能源消纳、充电站临时增容增桩、不停电作业支撑、平抑尖峰负荷和重要负荷保供电。
65.更进一步的，所述并网包括，当储能电站系统并网运行时，采用电流源控制模式，用来控制功率输出；
66.当负载所需有功与无功变化而偏离额定功率时，逆变器输出电压的幅值与频率都偏离额定运行点，则并网前的预同步需包括频率、幅值、相位三个方面。所述离网包括稳定输出电压的幅值与频率。
67.s3：通过所述移动式电池储能控制系统进行离网与并网工况切换，实现移动式储能积木化柔性接入控制。
68.更进一步的，在移动储能系统接入前，线路接入处开关闭合，此时由电网向负荷供电；
69.更进一步的，当移动储能系统系统接入时线接入口开关断开，此时通过快插接头将移动储能系统接入支路，随后将线路接入开关闭合，移动储能系统启动运行；
70.更进一步的，当系统启动完成后将之路接入开关断开，此时负荷由移动储能系统供电，系统退出时现将支路接入开关闭合，系统停机，线路接入处开关断开。
71.本发明还提供一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制系统，包括：接入断路器qs1、支路断路器qs2、支路断路器qs3、配电网、配电网侧开关、负载、快速插头母头以及快速插头公头，
72.在移动储能系统接入前qs2、qs3闭合，此时由电网向负荷供电；
73.当移动储能系统系统接入时qs1断开，此时通过快插接头将移动储能系统接入支路，随后将qs1闭合，移动储能系统启动运行；
74.当系统启动完成后将qs2断开，此时负荷由移动储能系统供电，系统退出时现将qs2闭合，系统停机，qs1断开。
75.更进一步的，所述接入断路器qs1、支路断路器qs2、支路断路器qs3、快速插头母头以及快速插头公头组成并联型接口柜。
76.更进一步的，当断开qs1，移动储能系统出线端接入并联型接口柜；
77.当闭合qs1，移动储能系统开机至待机状态后转入并网运行状态；
78.通过双向储能变流器发出指令，主动断开qs2，双向储能变流器转入离网运行，为负荷供电。
79.实施例2
80.参照图8-10，为本发明的一个实施例，提供了一种移动式储能多场景积木化柔性接入控制方法及系统，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。
81.本发明进行了50kva积木化物理接口装备柔性控制试验，具体还包括，大电流满充满放循环、实验恒功率充电实验、恒功率放电实验和恒功率充放电切换实验(闭环控制)。
82.大电流满充满放循环实验方法：根据电池特性，按照其能承受电流范围进行深充深放循环，记录满充满放的时间，并测试电池性能。大电流满充满放循环实验测试结果如表1所示。
83.表1大电流满充满放循环实验测试
[0084][0085]
恒功率充电实验实验方法：按照表2设定充电功率指令，测量交流输入电压电流有效值、直流电压电流、充电效率、有功功率、无功功率、功率因数、网侧三相电压不平衡度。
[0086]
表2恒功率充电实验测试
[0087][0088]
恒功率放电实验实验方法：按照表3设定放电功率指令，测量交流输入电压电流有效值、直流电压电流、直流电压电流纹波、充电效率、有功功率、无功功率、功率因数、网侧三相电压不平衡度。
[0089]
表3恒功率放电实验测试
[0090][0091]
恒功率充放电切换实验(闭环控制)实验方法：按照表4设置切换指令，测试功率指令从正最大值到负最大值的充放电工况转换时间。
[0092]
表4恒功率充放电切换实验测试
[0093]
[0094][0095]
不同功率等级的积木化移动式储能100kw/200kwh和200kw/400kwh接入配电台区,采用快速接入接口控制柜，典型接入设计如图8所示。
[0096]
快速接口设计方法如图9所示：每组四个插头以颜色区分，每组插头可承载250kw功率，带防鼠结构，电缆连接后可以关闭车门实现全封闭作业。
[0097]
移动式分支箱设计方法如图10所示：电缆分支箱用于示范现场积木式储能系统接入电网的转换装置，同时可以实现多台设备的多机并联接入。电缆分支箱采用“1转2”设计。
[0098]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0099]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0100]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0101]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0102]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0103]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0104]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0105]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。