專利名稱：鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站的實時功率分配方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)以及能量存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于大功率大容量兆瓦級鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站的實時功率分配方法及系統(tǒng)，尤其適用于大規(guī)模風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中多類型大規(guī)模電池儲能電站的電池功率及電池能量管理方法。
背景技術(shù)：
國家風光儲輸示范工程是國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)首批試點工程，以實現(xiàn)“電網(wǎng)友好型”新能源發(fā)電為目標，以體現(xiàn)“技術(shù)先進性、科技創(chuàng)新性、項目示范性、經(jīng)濟合理性”為特點，是目前世界上規(guī)模最大、集風電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程。其中，國家風光儲輸示范工程(一期)擬建設(shè)風電100MW、光伏發(fā)電40麗和儲能裝置20麗(包含14MW磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)、2麗全釩液流電池儲能系統(tǒng)、4MW納硫電池儲能系統(tǒng))。隨著鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池及其集成技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站去實現(xiàn)平滑風光功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷、暫態(tài)有功出力緊急響應(yīng)、暫態(tài)電壓緊急支撐等多種應(yīng)用，已成為了一種可行方案。其中關(guān)鍵問題之一，是掌握大規(guī)模多類型電池儲能電站的綜合集成與控制技術(shù)。從電池儲能的角度來說，過度的充電和過度的放電都會對電池的壽命造成影響。因此，監(jiān)控好電池荷電狀態(tài)、在儲能電站內(nèi)部合理分配好總功率需求，并將電池的荷電狀態(tài)控制在一定范圍內(nèi)是必要的。大功率液流電池儲能系統(tǒng)中，液流電池儲能系統(tǒng)的內(nèi)部功率損耗(以下簡稱功耗)是必須考慮的實際問題。以某175千瓦液流電池儲能機組為例，當處于系統(tǒng)熱備狀態(tài)時，為了維持液流電池儲能機組的正常工作，約有11%的系統(tǒng)功耗，并通過由電網(wǎng)側(cè)供電來補償。而且，隨著交流并網(wǎng)側(cè)充放電功率的變化，系統(tǒng)功耗也隨之改變。在鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站中，如何進行實時功率與存儲能量的分配是核心問題。目前有關(guān)鋰-液流電池儲能電站的總功率實時控制及能量管理方面的專利、文獻、技術(shù)報告等非常少，需要深入研究和探索大規(guī)模多類型電池儲能電站綜合控制和并網(wǎng)運行的核心技術(shù)，解決大規(guī)模電池儲能電站協(xié)調(diào)控制及能量管理的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種操作方便、易于實現(xiàn)的鋰-液流電池儲能電站的實時功率控制方法。本發(fā)明的控制方法是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站的實時功率分配方法，其包括以下步驟:A、讀取并存儲電池儲能電站總有功功率實時需求值及該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)；B、根據(jù)步驟A讀取的總有功功率實時需求值和實時數(shù)據(jù)，計算出電池儲能電站中鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值；C、對鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值進行再分配后，分別確定各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值；D、對各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值進行匯總后輸出至電池儲能電站。進一步地，在步驟A中，所述電池儲能電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)包括:電池儲能電站中各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的可控狀態(tài)、荷電狀態(tài)值、最大允許放電功率和最大允許充電功率等等。進一步地，所述步驟B包括如下步驟:BI)對電池儲能電站總有功功率實時需求值進行濾波處理，濾波后的低頻部分功率即為鋰電池儲能子站的有功功率命令值；B2)經(jīng)過步驟BI濾波后，除了低頻部分功率以外的剩余部分功率即為液流電池儲能子站的有功功率命令值；B3)分別判斷鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值是否滿足相應(yīng)子站的最大允許放電功率和最大允許充電功率約束條件；B4)如果有鋰電池儲能子站或液流電池儲能子站的有功功率命令值違反約束條件的，則執(zhí)行步驟B5，否則結(jié)束判斷；B5)通過電池儲能電站總有功功率實時需求值、鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的最大允許放電功率以及鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的最大允許充電功率重新計算步驟B4中違反約束條件的鋰電池儲能子站或液流電池儲能子站的有功功率命令值；所述鋰電池儲能子站的最大允許放電功率為所有可控鋰電池儲能機組的最大允許放電功率之和，所述液流電池儲能子站的最大允許放電功率為所有可控液流電池儲能機組的最大允許放電功率之和，所述鋰電池儲能子站的最大允許充電功率為所有可控鋰電池儲能機組的最大允許充電功率之和，所述液流電池儲能子站的最大允許充電功率為所有可控液流電池儲能機組的最大允許充電功率之和。其中，可控鋰電池儲能機組的最大允許放電功率為鋰電池儲能機組最大允許放電功率與其可控狀態(tài)的乘積，可控液流電池儲能機組的最大允許放電功率為液流電池儲能機組最大允許放電功率與其可控狀態(tài)的乘積，可控鋰電池儲能機組的最大允許充電功率為鋰電池儲能機組最大允許充電功率與其可控狀態(tài)的乘積，可控液流電池儲能機組的最大允許充電功率為液流電池儲能機組最大允許充電功率與其可控狀態(tài)的乘積。進一步地，所述步驟B3中的約束條件為:當鋰電池儲能子站的有功功率命令值大于零時，則鋰電池儲能子站的有功功率命令值小于等于鋰電池儲能子站的最大允許放電功率；當鋰電池儲能子站的有功功率命令值小于零時，則鋰電池儲能子站的有功功率命令值的絕對值小于等于鋰電池儲能子站的最大允許充電功率的絕對值；當液流電池儲能子站的有功功率命令值大于零時，則液流電池儲能子站的有功功率命令值小于等于液流電池儲能子站的最大允許放電功率；當液流電池儲能子站的有功功率命令值小于零時，則液流電池儲能子站的有功功率命令值的絕對值小于等于液流電池儲能子站的最大允許充電功率的絕對值。進一步地，所述步驟B5中，重新計算步驟B4中違反約束條件的鋰電池儲能子站或液流電池儲能子站的有功功率命令值的方法包括:當電池儲能電站總有功功率實時需求值為正值時，通過鋰電池或液流電池儲能子站的最大允許放電功率占鋰電池儲能子站最大允許放電功率與液流電池儲能子站最大允許放電功率總和的比例值、再乘以電池儲能總站總有功功率實時需求值，分別得到鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值；當電池儲能電站總有功功率實時需求值為負值時，通過鋰電池或液流電池儲能子站的最大允許充電功率占鋰電池儲能子站最大允許充電功率與液流電池儲能子站最大允許充電功率總和的比例值、再乘以電池儲能總站總有功功率實時需求值，分別得到鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值。進一步地，在步驟C中，首先對步驟B計算出的鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值分別進行再分配，直接計算出各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值；在進行再分配過程中，判斷是否有違反各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的最大允許充、放電功率限制的情況發(fā)生，如果有，則基于貪婪算法進行在線修正、并對各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值進行再計算；否則結(jié)束判斷。進一步地,步驟C的具體步驟包括:步驟Cl、當鋰電池儲能子站有功功率需求為正值時，表示該鋰電池儲能子站將處于放電狀態(tài)，則計算各鋰電池儲能機組有功功率命令值的方法包括:Cll)設(shè)定鋰電池儲能子站中被限制在最大允許放電功率的鋰電池儲能機組數(shù)量為M，并對該變量M進行初始化；通過可控鋰電池儲能機組的荷電狀態(tài)占鋰電池儲能子站中所有可控鋰電池儲能機組的荷電狀態(tài)總和的比例值、再乘以鋰電池儲能子站有功功率需求，來計算所有鋰電池儲能機組的有功功率命令值；所述可控鋰電池儲能機組的荷電狀態(tài)為該機組的荷電狀態(tài)與其可控狀態(tài)的乘積；C12)判斷所有鋰電池儲能機組的有功功率命令值是否滿足最大允許放電功率約束條件，如果有鋰電池儲能機組違反該約束條件時，則進行M = M+1，并執(zhí)行步驟C13;否則跳轉(zhuǎn)至步驟C15 ；C13)通過計算違反最大允許放電功率約束條件的鋰電池儲能機組有功功率命令值占該機組最大允許放電功率的比例值，分別求得違反最大允許放電功率約束條件的各鋰電池儲能機組的放電功率特征值；C14)從違反最大允許放電功率約束條件的各鋰電池儲能機組中挑選放電功率特征值最大的鋰電池儲能機組，如果有一個以上的儲能機組滿足條件時，再從中選取一個荷電狀態(tài)值最大的鋰電池儲能機組，然后將該機組的最大允許放電功率作為其有功功率命令值；并通過下式重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率值的各鋰電池儲能機組的有功功率命令值后，跳轉(zhuǎn)至步驟C12 ；
權(quán)利要求
1.一種鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站的實時功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟: A、讀取并存儲電池儲能電站總有功功率實時需求值及該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)； B、根據(jù)步驟A讀取的總有功功率實時需求值和實時數(shù)據(jù)，計算出電池儲能電站中鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值； C、對鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值進行再分配后，分別確定各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值； D、對各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值進行匯總后輸出至電池儲能電站。
2.如權(quán)利要求1所述的實時功率分配方法，其特征在于，在步驟A中，所述電池儲能電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)包括:電池儲能電站中各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的可控狀態(tài)、荷電狀態(tài)值、最大允許放電功率以及最大允許充電功率。
3.如權(quán)利要求1所述的實時功率分配方法，其特征在于，所述步驟B包括如下步驟: BI)對電池儲能電站總有功功率實時需求值進行濾波處理，濾波后的低頻部分功率即為鋰電池儲能子站的有功功率命令值； B2)經(jīng)過步驟BI濾波后，除了低頻部分功率以外的剩余部分功率即為液流電池儲能子站的有功功率命令值； B3)判斷鋰電池儲能子 站的有功功率命令值是否滿足相應(yīng)子站的最大允許放、充電功率約束條件以及判斷液流電池儲能子站的有功功率命令值是否滿足相應(yīng)子站的最大允許放、充電功率約束條件； B4)如果有鋰電池儲能子站或液流電池儲能子站的有功功率命令值違反約束條件的，則執(zhí)行步驟B5，否則結(jié)束判斷； B5)通過電池儲能電站總有功功率實時需求值、鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的最大允許放電功率以及鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的最大允許充電功率重新計算步驟B4中違反約束條件的鋰電池儲能子站或液流電池儲能子站的有功功率命令值；所述鋰電池儲能子站的最大允許放電功率為各可控鋰電池儲能機組的最大允許放電功率之和,所述液流電池儲能子站的最大允許放電功率為各可控液流電池儲能機組的最大允許放電功率之和，所述鋰電池儲能子站的最大允許充電功率為各可控鋰電池儲能機組的最大允許充電功率之和，所述液流電池儲能子站的最大允許充電功率為各可控液流電池儲能機組的最大允許充電功率之和。
4.如權(quán)利要求3所述的實時功率分配方法，其特征在于，所述步驟B3中的約束條件為: 當鋰電池儲能子站的有功功率命令值大于零時，則鋰電池儲能子站的有功功率命令值小于等于鋰電池儲能子站的最大允許放電功率； 當鋰電池儲能子站的有功功率命令值小于零時，則鋰電池儲能子站的有功功率命令值的絕對值小于等于鋰電池儲能子站的最大允許充電功率的絕對值； 當液流電池儲能子站的有功功率命令值大于零時，則液流電池儲能子站的有功功率命令值小于等于液流電池儲能子站的最大允許放電功率； 當液流電池儲能子站的有功功率命令值小于零時，則液流電池儲能子站的有功功率命令值的絕對值小于等于液流電池儲能子站的最大允許充電功率的絕對值。
5.如權(quán)利要求3所述的實時功率分配方法，其特征在于，所述步驟B5中，重新計算步驟B4中違反約束條件的鋰電池儲能子站或液流電池儲能子站的有功功率命令值的方法包括: 當電池儲能電站總有功功率實時需求值為正值時，通過鋰電池或液流電池儲能子站的最大允許放電功率占鋰電池儲能子站最大允許放電功率與液流電池儲能子站最大允許放電功率總和的比例值、再乘以電池儲能總站總有功功率實時需求值，分別得到鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值； 當電池儲能電站總有功功率實時需求值為負值時，通過鋰電池或液流電池儲能子站的最大允許充電功率占鋰電池儲能子站最大允許充電功率與液流電池儲能子站最大允許充電功率總和的比例值、再乘以電池儲能總站總有功功率實時需求值，分別得到鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值。
6.如權(quán)利要求1所述的實時功率分配方法，其特征在于，在步驟C中，首先對步驟B計算出的鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值分別進行再分配，直接計算出各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值；在進行再分配過程中，判斷是否有違反各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的最大允許充、放電功率限制的情況發(fā)生，如果有，則基于貪婪算法進行在線修正、并對各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值進行再計算；否則結(jié)束判斷。
7.如權(quán)利要求1或6所述的實時功率分配方法，其特征在于，步驟C的具體步驟包括: 步驟Cl、當鋰電池儲能子站有功功率需求為正值時，表示該鋰電池儲能子站將處于放電狀態(tài)，則計算各鋰電池儲能機組有功功率命令值的方法包括: CiD設(shè)定鋰電池儲能子站中被限制在最大允許放電功率的鋰電池儲能機組數(shù)量為M，并對該變量M進行初始化；通過可控鋰電池儲能機組的荷電狀態(tài)占鋰電池儲能子站中所有可控鋰電池儲能機組的荷電狀態(tài)總和的比例值、再乘以鋰電池儲能子站有功功率命令值，來計算所有鋰電池儲能機組的有功功率命令值；所述可控鋰電池儲能機組的荷電狀態(tài)為該機組的荷電狀態(tài)與其可控狀態(tài)的乘積； C12)判斷所有鋰電池儲能機組的有功功率命令值是否滿足最大允許放電功率約束條件，如果有鋰電池儲能機組違反該約束條件時，則進行M = M+1，并執(zhí)行步驟C13 ;否則跳轉(zhuǎn)至步驟C15 ； C13)通過計算違反最大允許放電功率約束條件的鋰電池儲能機組有功功率命令值占該機組最大允許放電功率的比例值，分別求得違反最大允許放電功率約束條件的各鋰電池儲能機組的放電功率特征值； C14)從違反最大允許放電功率約束條件的各鋰電池儲能機組中挑選放電功率特征值最大的鋰電池儲能機組，如果有一個以上的儲能機組滿足條件時，再從中選取一個荷電狀態(tài)值最大的鋰電池儲能機組，然后將該機組的最大允許放電功率設(shè)為其有功功率命令值；并通過下式重新計算其余沒有被限制在最大允許放電功率的各鋰電池儲能機組的有功功率命令值后，跳轉(zhuǎn)至步驟C12;
8.如權(quán)利要求7所述的實時功率分配方法，其特征在于， 所述步驟C12中最大允許放電功率約束條件為:鋰電池儲能機組有功功率命令值小于等于該機組的最大允許放電功率；所述步驟C22中最大允許充電功率約束條件為:鋰電池儲能機組有功功率命令值的絕對值小于等于該機組最大允許充電功率的絕對值；所述步驟C15和C25中鋰電池儲能子站有功功率供需平衡約束條件為:各鋰電池儲能機組的功率命令值的和等于當前鋰電池儲能子站的有功功率需求；所述步驟C42中最大允許放電功率約束條件為:液流電池儲能機組有功功率命令值小于等于該機組的最大允許放電功率；所述步驟C52中最大允許充電功率約束條件為:液流電池儲能機組有功功率命令值的絕對值小于等于該機組最大允許充電功率的絕對值；所述步驟C45和C55中液流電池儲能子站有功功率供需平衡約束條件為:各液流電池儲能機組的功率命令值的和等于當前液流電池儲能子站的有功功率需求；所述步驟C62中最大允許放電功率約束條件為:各液流電池儲能機組有功功率命令值小于等于該液流電池儲能機組的最大允許放電功率。
9.一種鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站的實時功率分配系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 通訊模塊，用于讀取電池儲能電站的總有功功率實時需求值及該電站的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，以及將各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值輸出至電池儲能電站； 數(shù)據(jù)存儲與管理模塊，用于存儲通訊模塊所讀取的總有功功率實時需求值和實時數(shù)據(jù)，以及將實時功率分配器返回的各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值匯總后傳至通訊模塊； 總功率協(xié)調(diào)控制模塊，用于實時計算電池儲能電站中鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值；和 實時功率分配模塊，用于對鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值進行實時分配，以確定出 各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值。
全文摘要
本發(fā)明提出一種鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站的實時功率分配方法和系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲與管理模塊、總功率協(xié)調(diào)控制模塊和實時功率分配模塊。該方法包括A)讀取并存儲電池儲能電站總有功功率實時需求值及該電站運行時的實時數(shù)據(jù)；B)計算電池儲能電站中鋰電池儲能子站和液流電池儲能子站的有功功率命令值；C)分別計算待分配給各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值；D)對待分配給各鋰電池儲能機組和各液流電池儲能機組的有功功率命令值進行匯總后輸出電池儲能電站。該方法和系統(tǒng)不僅能夠完成對電池儲能電站中各儲能機組的實時功率分配，還可實現(xiàn)對鋰-液流電池聯(lián)合儲能電站實時功率的有效控制和分配目的。
文檔編號H02J15/00GK103187807SQ20111046063
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者李相俊, 惠東, 賈學翠, 來小康, 王銀明, 朱斯 申請人:中國電力科學研究院, 國網(wǎng)新源張家口風光儲示范電站有限公司