一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法与流程

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法。

背景技术：

1、电化学储能以其快速响应充放电效应，成为稳定电网运行、提高电力设备利用率、促进新能源并网以及参与调峰调频改善电能质量的重要手段。锂离子电池储能在调频等功率型工况时存在大倍率、大电流下的安全与寿命折损问题。全钒液流电池储能具有寿命长、安全性好、储能容量大且易于扩展等性能，是目前主要储能方式之一。全钒液流电池储能的功率单元和能量单元独立设计，在大电流密度工况下产生的热能即时被管道冷却系统吸收，相比锂离子电池储能具有安全性好、寿命长等优点，在调频等功率型工况中应用前景广阔。目前，全钒液流电池储能主要应用于长时大容量储能场景，其电解液配置主要受调峰时长等因素决定，配置方法简单，而在调频等功率型工况中需要考虑多种指标影响，也未见液流电池储能电站电解液容量q如何计算配置方面的现有技术。

2、目前，锂离子电池储能电站有30分钟和1小时两种配置方法，基于锂离子电池本身的倍率特性约束，在30分钟电池容量配置中出现发热不均、一致性变差、性能衰减较快等问题，目前多以1小时配置为主，造成冗余偏大、造价偏高等问题。火电机组作为一种电网的主参数稳定支撑手段，主要通过调整旋转惯量、阀门调节、指令跟踪等方式完成，一般留有6％-10％负荷率备用，并未考虑容量配置问题。液流电池不存在倍率约束问题，电解液配置时长灵活可控，且目前液流电池储能电站的负荷率较高，在调频等功率型工况方面存在较大应用潜力。目前液流电池储能电站未见用于调频时的电解液配置方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法，综合考虑全钒液流电池储能系统的效率η、储能时长t、电力系统的规模系数β、使用率α、功率单元和容量单元系数γ，对储能电站的电解液配置容量q进行计算，在保证性能的情况下降低成本。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法，包括：

4、根据调频型液流电池储能电站的额定功率prated和等效功率系数q确定等效功率peq：

5、peq＝prated*q

6、根据调频型液流电池储能电站的调频时长tf以及使用率α、电力系统的规模系数β、功率单元和容量单元系数γ，确定储能时长t：

7、t＝tf*α*β*γ

8、根据调频型液流电池储能电站的等效功率等效功率peq、储能时长t和效率η，确定电解液的配置容量q：

9、q＝peq*t/η。

10、进一步地，调频时长tf设置为总共三次调频所需时长总和的两倍，即：

11、tf＝(tf1+tf2+tf3)*2

12、其中，tf1，tf2，tf3分别为调频型液流电池储能电站进行一次调频、二次调频、三次调频需要时长。

13、进一步地，一次调频需要时长包括以下时长之和：系统频率从稳态超过一次调频死区的时长t0、系统频率从稳定状态波动至其最高/低值的时长t1、系统频率回到调频死区的时长t2；其中，系统频率从稳定状态波动至其最高/低值的时长t1的计算式为：

14、

15、式中，为系统等效惯性系数，为调频型液流电池储能电站的爬坡率，为发电机组i的爬坡率。

16、进一步地，二次调频需要时长包括以下时长之和：机组与储能电站收到agc指令穿越死区的响应时长为t3、发电机组出力与液流电池储能电站充放电参与二次调频达到稳态的时长t4。

17、进一步地，所述等效功率系数q，根据调频里程、调频功率、电站折损、对储能电站的下垂系数进行设置，设置范围为0.5～1。

18、进一步地，所述电力系统的规模系数β，表征电力系统规模对电解液配置容量的影响，取值范围为1～1.5，β取值1表示容量为100mw及以下的电力系统，取值1.5表示容量在3000mw及以上的电力系统。

19、进一步地，使用率α的取值范围为0～1，α取值0表示电解液未能使用，α取值1表示电解液配置的容量在使用过程中达到理论容量。

20、进一步地，功率单元和容量单元系数γ的取值范围为0～1，γ取值0表示区域电网中未配置储能电站参与调频，γ取值1表示区域电网中的储能电站全部参与调频。

21、进一步地，所述液流电池指全钒液流电池。

22、有益效果

23、本发明针对液流电池电解液配置没有倍率约束的特点，通过估算储能系统应用于调频时的时间尺度，并考虑了冗余和同时率，提出一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法，可以用于指导新建储能电站的规划和设计。具体地，本发明方法同时考虑液流电池储能系统的效率η、储能时长t、电力系统的规模系数β、使用率α等多个指标，对储能电站的电解液配置容量q进行计算，保证性能的情况下节约了成本。

技术特征：

1.一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，调频时长tf设置为总共三次调频所需时长总和的两倍，即：

3.根据权利要求2所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，一次调频需要时长包括以下时长之和：系统频率从稳态超过一次调频死区的时长t0、系统频率从稳定状态波动至其最高/低值的时长t1、系统频率回到调频死区的时长t2；其中，系统频率从稳定状态波动至其最高/低值的时长t1的计算式为：

4.根据权利要求2所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，二次调频需要时长包括以下时长之和：机组与储能电站收到agc指令穿越死区的响应时长为t3、发电机组出力与液流电池储能电站充放电参与二次调频达到稳态的时长t4。

5.根据权利要求1所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，所述等效功率系数q，根据调频里程、调频功率、电站折损、对储能电站的下垂系数进行设置，设置范围为0.5～1。

6.根据权利要求1所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，所述电力系统的规模系数β，表征电力系统规模对电解液配置容量的影响，取值范围为1～1.5，β取值1表示容量为100mw及以下的电力系统，取值1.5表示容量在3000mw及以上的电力系统。

7.根据权利要求1所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，使用率α的取值范围为0～1，α取值0表示电解液未能使用，α取值1表示电解液配置的容量在使用过程中达到理论容量。

8.根据权利要求1所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，功率单元和容量单元系数γ的取值范围为0～1，γ取值0表示区域电网中未配置储能电站参与调频，γ取值1表示区域电网中的储能电站全部参与调频。

9.根据权利要求1所述的调频型液流电池储能系统电解液配置方法，其特征在于，所述液流电池指全钒液流电池。

技术总结
本发明公开了一种调频型液流电池储能系统电解液配置方法，包括：根据调频型液流电池储能电站的额定功率和等效功率系数确定等效功率P<subgt;eq</subgt;；根据调频型液流电池储能电站的调频时长以及使用率、电力系统的规模系数、功率单元和容量单元系数，确定储能时长t；最终根据调频型液流电池储能电站的等效功率等效功率P<subgt;eq</subgt;、储能时长t和效率η，确定电解液的配置容量Q＝P<subgt;eq</subgt;*t/η。本发明对储能电站的电解液配置容量进行计算，在保证性能的情况下降低成本。

技术研发人员：阳小丹,黄际元,郑峻峰,吴东琳,胡斌奇,胡湘伟,吴俊,颜博文,李雨佳,陈柏沅
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16