CN103187733B - 兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法及其系统，该方法包括A)实时读取液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据，并对各数据进行存储和管理；B)计算液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的初始功率命令值；C)计算待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值；D)将各液流电池储能子单元的功率命令值进行汇总后输出至液流电池储能电站。该系统包括通讯模块、数据存储与管理模块、总功率初始分配控制模块和实时功率校正模块。本发明的方法和系统具有操作方便、在实际应用中易于实现和掌握等优点，可实现对兆瓦级液流电池储能电站实时功率的有效控制和分配目的。

Description

兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法及其系统

技术领域

本发明属于智能电网以及能量存储与转换技术领域，具体涉及一种基于大功率大容量兆瓦级液流电池储能电站的实时功率控制方法，尤其适用于大规模风光储联合发电系统中兆瓦级电池储能电站的电池功率及电池能量管理方法。

背景技术

国家风光储输示范工程是国家电网公司建设坚强智能电网首批试点工程，以“电网友好型”新能源发电为目标，以“先进性、灵活性、示范性、经济性”为特点，是目前世界上规模最大、集风电、光伏发电、储能及输电工程四位一体的可再生能源综合示范工程。其中，国家风光储输示范工程(一期)拟建设风电100MW、光伏发电40MW和储能装置20MW(包含14MW磷酸铁锂电池储能系统、2MW全钒液流电池储能系统、4MW钠硫电池储能系统)。

随着液流电池及其集成技术的不断发展，应用液流电池储能电站去实现平滑风光功率输出、跟踪计划发电、参与系统调频、削峰填谷、暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑等多种应用，已成为了一种可行方案。其中关键问题之一，是掌握集成化的大规模液流电池储能电站综合控制技术。

通过合理控制连接在储能设备上的换流器，高效实现储能系统的充放电，能在很大程度上解决由于风电及光伏发电随机性、间歇性及波动性等带来的风光发电输出功率不稳定问题，以满足风力及太阳能发电的并网新需求，并有效解决由于风电及光伏发电波动给电网频率波动带来的电能质量等问题。

从电池储能的角度来说，过度的充电和过度的放电都会对电池的寿命造成影响。因此，监控好电池荷电状态、在储能电站内部合理分配好总功率需求值，并将电池的荷电状态控制在一定范围内是必要的。

兆瓦级大功率液流电池储能系统中，液流电池储能系统的内部功率损耗(以下简称功耗)是必须考虑的实际问题。以某175千瓦液流电池储能子单元为例，当处于系统热备状态时，为了维持液流电池储能子单元的正常工作，约有11％上下的系统功耗，并通过由电网侧供电来补偿。而且，随着交流并网侧充放电功率的变化，系统功耗也随之改变。

目前有关基于兆瓦级大功率大容量液流电池储能电站的总功率实时控制方面的专利、文献、技术报告等非常少，需要深入研究和探索。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种操作方便、易于实现的兆瓦级液流电池储能电站的实时功率控制方法。

本发明的控制法方是通过如下技术方案实现的：

一种基于规则的兆瓦级液流电池储能电站实时功率分配方法，该方法包括以下步骤：

步骤A，实时读取液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据，并对上述总功率需求值和运行数据进行存储和管理；

步骤B，根据液流电池储能电站的总功率需求值来判断液流电池储能电站的状态，并通过相应的预设规则来计算液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

步骤C，对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断和修正，以确定待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值(P₁、P₂----P_R；R为液流电池储能子单元个数)；

步骤D，将待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值进行汇总后输出至液流电池储能电站，以实现对各电池储能子单元进行功率分配和对电池储能电站的实时功率控制。

其中，在步骤A中，所述相关运行数据包括：液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的可控状态值、荷电状态(简称SOC)值、最大允许放电功率和最大允许充电功率等。

其中，所述步骤B包括如下步骤：

判断液流电池储能电站的状态；

当液流电池储能电站总功率需求值为正值时，表示该液流电池储能电站将处于放电状态，则基于第一预设规则计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

当液流电池储能电站当前总功率需求值为负值时，表示该液流电池储能电站将处于充电状态，则基于第二预设规则计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

当液流电池储能电站当前总功率需求值为零时，表示该液流电池储能电站将处于零功率的热备用状态，则基于第三预设规则计算各液流电池储能子单元的功率命令值。

其中，所述第一预设规则包括：

B11)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值大于等于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

B12)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值小于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

步骤B11～B12中，所述液流电池储能子单元的平均功耗值和初始功耗值均通过查表法获得；所述可控液流电池储能子单元的平均功耗值为液流电池储能子单元的平均功耗值与其可控状态值的乘积；可控液流电池储能子单元最大允许放电功率为液流电池储能子单元的最大允许放电功率与其可控状态值的乘积；

步骤B11中的初始功耗值

步骤B12中的初始功耗值

步骤B11～B12中的平均功耗值

所述第二预设规则包括：

B21)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值大于等于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

B22)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值小于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

步骤B21～B22中，所述液流电池储能子单元的平均功耗值和初始功耗值均通过查表法获得；所述可控液流电池储能子单元的平均功耗值为液流电池储能子单元的平均功耗值与其可控状态值的乘积，可控液流电池储能子单元最大允许充电功率为液流电池储能子单元的最大允许充电功率与其可控状态值的乘积；

步骤B21中的初始功耗值

步骤B22中的初始功耗值

步骤B21～B22中的平均功耗值

所述第三预设规则包括：

B31)通过液流电池储能子单元的可控状态值与其处于零功率热备运行状态时的功耗值的乘积来计算所有液流电池储能子单元的功率命令值；所述液流电池储能子单元处于零功率热备运行状态时的功耗值采用查表法并通过下式获得

B32)判断所有液流电池储能子单元的功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，如果有液流电池储能子单元违反该约束条件，则进一步根据电网供电约束条件直接设置各液流电池储能子单元的功率命令值并进行相应处理。

其中，步骤B32中，所述最大允许放电功率约束条件为：液流电池储能子单元的功率命令值小于等于该子单元的最大允许放电功率；

步骤B32中，所述根据电网供电约束条件直接设置各液流电池储能子单元的功率命令值并对所有液流电池储能子单元进行相应处理，具体包括：

如果允许从电网侧取电给液流电池储能子单元，以维持零功率热备运行状态时，则令该子单元的功率命令值为零，并使用电网侧取电供给该液流电池储能子单元功耗；

如果不允许从电网侧取电给该液流电池储能子单元，以维持零功率热备运行状态时，则令该子单元的功率命令值为零，并对该液流电池储能子单元做停机处理。

上述各式中，为液流电池储能电站总功率需求值；u_i为i号液流电池储能子单元的可控状态值，当该子单元为远程可控时、可控状态值为1，否则为0；SOC_i、SOD_i、 和分别为i号液流电池储能子单元的荷电状态值、放电状态值、初始功耗值、最大允许放电功率和最大允许充电功率，SOD_i＝1-SOC_i；R为液流电池储能子单元的总个数。

其中，所述和的取值范围为0.7～0.9。

其中，在步骤C中，首先对步骤B计算出的各液流电池储能子单元初始功率命令值进行实时诊断，判断是否有违反各液流电池储能子单元最大允许充、放电功率约束条件的情况发生：如有违反的，则进行在线修正和再计算；如没有，则直接将步骤B计算出的相应液流电池储能子单元的初始功率命令值直接设为该子单元的功率命令值。

其中，步骤C的具体方法包括：

步骤C1、当液流电池储能电站总功率需求值为正值时，表示该储能电站将处于放电状态，则计算各液流电池储能子单元功率命令值的方法包括：

C11)判断所有液流电池储能子单元的初始功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元的初始功率命令值小于等于该子单元的最大允许放电功率；当有任一电池储能子单元的初始功率命令值违反该约束条件时，则计算违反约束条件的电池储能子单元个数N、并将相应电池储能子单元的最大允许放电功率设为其功率命令值；

C12)通过下式计算其余R-N个没有被限制在最大允许放电功率的液流电池储能子单元功率命令值：

式中，

C13)重新判断步骤C12计算出的液流电池储能子单元功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元的功率命令值小于等于该子单元的最大允许放电功率；当有任一电池储能子单元的功率命令值违反该约束条件时，则重新计算违反该约束条件的电池储能子单元个数N、并将相应电池储能子单元的最大允许放电功率设为其功率命令值，重新跳转至步骤C12重新计算新组合的其余R-N个没有被限制在最大允许放电功率的液流电池储能子单元功率命令值；如此重复，直至所有液流电池储能子单元功率命令值均小于或等于相应液流电池储能子单元最大允许放电功率时结束判断。

步骤C2、当液流电池储能电站总功率需求值为负值时，表示该储能电站将处于充电状态，则计算各液流电池储能子单元功率命令值的方法包括：

C21)判断所有液流电池储能子单元的初始功率命令值是否满足最大允许充电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元初始功率命令值的绝对值小于等于该子单元最大允许充电功率的绝对值；当有任一电池储能子单元的初始功率命令值违反该约束条件时，则计算违反约束条件的电池储能子单元个数M、并将相应电池储能子单元的最大允许充电功率设为其功率命令值；

C22)通过下式计算其余R-M个没有被限制在最大允许充电功率的液流电池储能子单元功率命令值：

且

C23)重新判断步骤C22计算出的液流电池储能子单元功率命令值是否满足最大允许充电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元功率命令值的绝对值小于等于该子单元最大允许充电功率的绝对值；当有任一电池储能子单元的功率命令值违反该约束条件时，则重新计算违反约束条件的电池储能子单元个数M、并将相应电池储能子单元的最大允许充电功率设为其功率命令值，重新跳转至步骤C22重新计算新组合的其余R-M个没有被限制在最大允许充电功率的液流电池储能子单元功率命令值；如此重复，直至所有液流电池储能子单元功率命令值均小于或等于相应液流电池储能子单元最大允许放电功率时结束判断。

所述步骤D中，对步骤C中计算出的各液流电池储能子单元的功率命令值进行汇总，并输出至液流电池储能电站，以执行对液流电池储能电站中各子单元的功率分配，同时实现对电池储能电站的实时功率控制功能。

本发明的另一目的在于提出一种兆瓦级液流电池储能电站实时功率分配系统，该系统包括：

通讯模块，用于实时读取液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据，以及将各液流电池储能子单元的功率命令值输出至液流电池储能电站，实现对电池储能电站中的各液流电池储能子单元进行功率分配；

数据存储与管理模块，用于对液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据进行存储和管理，以及将实时功率校正模块返回的各液流电池储能子单元的功率命令值汇总后传至通讯模块；

总功率初始分配控制模块，用于根据液流电池储能电站总功率需求值来判断液流电池储能电站的状态，并计算相应状态时各液流电池储能子单元的初始功率命令值；和

实时功率校正模块，用于对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断和修正，以确定各液流电池储能子单元的功率命令值。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供一种基于规则的兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法和系统具有操作方便、在实际应用中易于实现和掌握等优点，该方法和系统主要是结合可表示液流电池储能子单元实时功率特性的允许充放电能力(即，各液流电池储能子单元最大允许放电功率和最大允许充电功率等)及可表示液流电池储能子单元存储能量特性的荷电状态SOC，并基于给定的判断规则和液流电池储能子单元的系统功耗，对液流电池储能电站的总功率需求值进行在线分配，在实现了实时分配液流电池储能电站总功率需求值的同时，还实现了并网用兆瓦级电池储能电站的能量管理及实时控制。本发明将液流电池储能系统的功耗考虑到实时功率分配方法中，即可满足储能电站的实时总功率需求值及大容量液流电池储能电站存储能量的实时监管需求。

附图说明

图1是本发明兆瓦级液流电池储能电站实施例的结构示意图；

图2是本发明液流电池储能电站的实时功率分配控制系统实施例的结构框图；

图3是总功率初始分配控制模块实施例的结构示意图；

图4是实时功率校正器实施例的结构示意图；

图5是本发明兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法实施例的流程框图；

图6是某175kW液流电池储能机组实施例的充放电功率与系统功耗之间的对应关系图表，基于查表法查找该图表即可得到该机组的实时系统功耗值。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的控制方法和系统作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的液流电池储能电站中包括双向变流器和多个液流电池储能子单元，通过双向变流器可执行对液流电池储能子单元的启停控制及充放电功率指令等。

图2示出了液流电池储能电站的实时功率分配控制方法的实施框图。如图2所示，本发明是通过设置在远程服务器中的通讯模块10、数据存储与管理模块20、总功率初始分配控制器模块30，实时功率校正器模块40实现的。该控制系统中的通讯模块10与液流电池储能电站通过有线或无线网络进行连接，来完成该控制系统与液流电池储能电站之间的数据交互和通信，从而实现为液流电池储能电站中各液流电池储能子单元进行功率分配，以及对液流电池储能电站进行实时功率监控，其中，

通讯模块10，用于接收液流电池储能电站实时总功率需求值和液流电池储能电站的相关运行数据，以及将待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值输出至液流电池储能电站。

数据存储与管理模块20，用于存储和管理液流电池储能电站的总功率需求值和相关运行数据(该数据包括实时数据和历史数据)；而且负责将计算出的各液流电池储能子单元功率命令值进行汇总、并赋值给相关接口变量，供远程服务器通过通讯模块进行调用。

总功率初始分配控制器模块30，用于根据液流电池储能电站总功率需求值来判断液流电池储能电站的状态，并实时确定相应状态时各液流电池储能子单元初始功率命令值。

实时功率校正器模块40，用于计算和确定待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值。

如图3所示，所述总功率初始分配控制模块包括：

判断模块，用于判断液流电池储能电站的状态：当液流电池储能电站当前总功率需求为正值时，表示该电池储能电站将处于放电状态，则通过第一执行模块计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；当液流电池储能电站当前总功率需求为负值时，表示该电池储能电站将处于充电状态，则通过第二执行模块计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；当液流电池储能电站的当前总功率需求值为零时，表示该电池储能电站将处于零功率状态，则通过第三执行模块设置各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

第一执行模块，用于当液流电池储能电站将处于放电状态时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

第二执行模块，用于当液流电池储能电站将处于充电状态时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；和

第三执行模块，用于当液流电池储能电站将处于零功率状态时，设置各液流电池储能子单元的初始功率命令值。

所述第一执行模块包括：

第一执行子单元I，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值大于等于时，通过式(2)计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；和

第一执行子单元II，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值小于时，通过式(5)计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

所述第二执行模块包括：

第二执行子单元I，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值大于等于时，通过式(8)计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

第二执行子单元II，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值小于时，通过式(11)计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

所述第三执行模块，用于计算零功率的热备用状态时，设置电网供电的约束条件，并根据该约束条件直接设置各液流电池储能机组的功率命令值；具体执行步骤B31至B33。

如图4所示，所述实时功率校正模块包括：

实时诊断单元，用于对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断，看是否有违反各液流电池储能子单元最大允许放电功率及最大允许充电功率限制的情况发生；和

计算单元，用于根据实时诊断单元的诊断结果，进行在线修正和再计算或者直接将各液流电池储能子单元的初始功率命令值设置为各液流电池储能子单元功率命令值。

所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于当液流电池储能电站将处于放电状态时，如果发生任一液流电池储能子单元的初始命令值大于其最大允许放电功率的情况时，则查找满足上述情况的电池储能子单元个数，并将这些液流电池储能子单元的最大允许放电功率设定为其功率命令值，余下各电池储能子单元的功率命令值重新计算；具体详见步骤C11至C13；和

第二计算子单元，用于当液流电池储能电站将处于充电状态时，如果发生任一液流电池储能子单元的初始命令值违反其最大允许充电功率限制的情况时，则查找满足上述情况的液流电池储能子单元个数，并将这些液流电池储能子单元的最大允许充电功率设定为其功率命令值，余下各液流电池储能子单元的功率命令值重新计算；具体详见步骤C21至C23。

图5示出了本例中基于规则的兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法的框图，下面结合具体实施步骤，对各规则及其实施方式进行详细说明，该方法包括下述步骤：

步骤A：通过通讯模块10读取上位机下发的液流电池储能电站总功率需求值和电池储能电站系统的相关运行数据，该相关运行数据主要包括：液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的可控信号、SOC值、最大允许放电功率和最大允许充电功率等，然后将总功率需求值和相关运行数据传至数据存储与管理模块20进行存储和管理；

步骤B：基于总功率初始分配控制器模块，实时计算出液流储能电站中各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

步骤C、基于实时功率校正器模块，对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断和修正后，以确定待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值；

步骤D、将步骤C计算出的待分配给各液流电池储能子单元的功率命令值在数据存储与管理模块进行汇总后，通过通讯模块输出至液流电池储能电站中。

在步骤B中，所述各液流电池储能子单元初始功率命令值的计算方法如下：

先判断当前液流电池储能电站的状态，然后再根据各液流电池储能子单元的状态分别基于各预设规则来计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值：

步骤B1、当液流电池储能电站总功率需求值为正值时，表示该电池储能电站将处于放电状态，则基于第一预设规则通过下式(1)-(9)计算各液流电池储能子单元初始功率命令值(为了维持液流电池储能系统中液体流动，以保证系统正常运行，需给与其相配套的附属设备供电。在本例中，当液流电池储能子单元放电时，与此相关功率(系统功耗)由储能系统通过自身直流电堆侧发电来提供，所述第一预设规则为：

B11)当满足下式(1)时：则通过式(2)来计算各电池储能子单元的初始功率命令值

且

B12)当满足下式(4)时：则通过式(5)来计算各电池储能子单元的初始功率命令值

且

步骤B2、当液流电池储能电站总功率需求值为负值时，表示该液流电池储能电站将处于充电状态，则基于第二预设规则通过下式(7)-(13)计算各液流电池储能子单元初始功率命令值

B21)当满足下式(7)时：则通过式(8)来计算各电池储能子单元的初始功率命令值

且

B22)当满足下式(10)时：则通过式(11)来计算各电池储能子单元的初始功率命令值

且

SOD_i＝1-SOC_i    (13)

步骤B3、当液流电池储能电站总功率需求值为零时，表示该液流电池储能电站将处于零功率的热备用状态。如果能判断出这种状态持续时间不是很长，则为了使液流电池储能子单元交流并网侧的有功功率值保持零，则基于第三预设规则来直接确定各液流电池储能子单元功率命令值(即：无须通过预设规则先计算电池储能子单元的初始功率命令值，而是直接将各子单元的功率命令值设置为零)：

B31)通过下式(14)，即通过相应液流电池储能子单元的可控状态值u_i与其功耗值的乘积直接计算所有液流电池储能子单元的功率命令值P_i：

(i＝1，…，R)    (14)

B32)判断所有液流电池储能子单元的功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，如果有液流电池储能子单元违反该约束条件时，则执行步骤B33；如果均满足下式(15)的约束条件，无需做任何功率命令值的修正：

(i＝1，…，R)    (15)

B33)基于以下判断条件，对所有液流电池储能机组进行相应处理：

如果允许从电网侧取电给液流电池储能子单元，以维持零功率热备运行状态时，则令该子单元的功率命令值P_i为零，并使用电网侧取电供给该液流电池储能子单元功耗；

如果不允许从电网侧取电给该液流电池储能子单元，以维持零功率热备运行状态时，则令该子单元的功率命令值P_i为零，并对该液流电池储能子单元做停机处理；

式(1)～(15)中，为液流电池储能电站总功率需求值；u_i为i号液流电池储能子单元的可控状态值，该状态值通过步骤A(通讯模块)进行读取，当该子单元为远程可控时，可控状态值为1，否则为0；SOC_i、SOD_i、和分别为i号液流电池储能子单元的荷电状态值、放电状态值、平均功耗值、初始功耗值、最大允许放电功率和最大允许充电功率；R为液流电池储能子单元的总个数。

在上述各步骤中，各液流电池储能子单元i的平均功耗均通过下式计算得出：

上述各式中，为储能电站将处于放电状态时、储能电站当前总功率需求占储能电站当前可控储能子单元最大允许放电功率总和的比例；为储能电站将处于充电状态时，储能电站当前总功率需求占储能电站当前可控储能子单元最大允许充电功率总和的比例。

上述各项规则中，和的取值范围可设定为0.7至0.9。以为佳。

在步骤C中，所述实时功率校正器模块通过下述方法实时修正各液流电池储能子单元的初始功率命令值后，确定各液流电池储能子单元功率命令值：

步骤C1、当液流电池储能电站总功率需求值为正值时，表示该电池储能电站将处于放电状态，则基于下式(22)-(27)确定各电池储能子单元功率命令值：

C11)判断所有液流电池储能子单元的初始功率命令值是否满足式(16)的最大允许放电功率约束条件：

当有任何一个电池储能子单元i的初始功率命令值违反式(16)的约束条件时，计算出违反约束条件的电池储能子单元的相应个数N，并将相应子单元i的功率命令值P_i均如下式(17)进行限制：

(i＝1，…，N)    (17)

C12)然后，基于下式(18)，计算余下R-N个没有被限制在最大允许放电功率的液流电池储能子单元j的功率命令值P_j：

且

C13)最后，再基于下式(20)重新判断步骤C12计算出的液流电池储能子单元功率命令值是否满足式(20)的最大允许放电功率约束条件：

当有任何一个液流电池储能子单元j的功率命令值P_j违反式(20)的约束条件时，则重新计算出违反约束条件的液流电池储能子单元的个数N，并将相应液流电池储能子单元j的功率命令值均如下式(21)进行限制后，重新基于式(18)计算，新组合下的余下R-N个液流电池储能子单元功率命令值：

(i＝1，…，N)    (21)

如此，重复计算和判断，直至所有液流电池储能子单元功率命令值均小于或等于相应液流电池储能子单元最大允许放电功率时为止。

步骤C2、当液流电池储能电站总功率需求值为负值时，表示该液流电池储能电站将处于充电状态，则基于下式(22)-(27)确定各液流电池储能子单元功率命令值：

C21)判断所有液流电池储能子单元的初始功率命令值是否满足式(22)的最大允许充

电功率约束条件：

当有任何一个电池储能子单元i的初始功率命令值违反式(22)的约束条件时，计算出违反约束条件的电池储能子单元的相应个数M，并将相应子单元i的功率命令值P_i均如下式(23)进行限制：

(i＝1，…，M)    (23)

C12)然后，基于下式(24)，重新计算余下R-M个没有被限制在最大允许充电功率的液流电池储能子单元j的功率命令值P_j：

且

C23)最后，再基于下式(26)重新判断步骤C22计算出的液流电池储能子单元功率命令值是否满足式(26)的最大允许充电功率约束条件：

当有任何一个液流电池储能子单元j的功率命令值P_j违反式(26)的约束条件时，则重新计算出违反约束条件的液流电池储能子单元的个数M，并将相应液流电池储能子单元j的功率命令值均如下式(27)进行限制后，重新基于式(24)计算，新组合下的余下R-M个液流电池储能子单元功率命令值：

(i＝1，…，M)(27)

如此，重复计算和判断，直至所有液流电池储能子单元功率命令值均小于或等于相应液流电池储能子单元最大允许充电功率时为止。

式(16)～(27)中，u_i、u_j分别为i、j号液流电池储能子单元的可控状态值，该状态值通过步骤A(通讯模块)进行读取，当该子单元为远程可控时，可控状态值为1，否则为0；分别为i号、j号液流电池储能子单元的最大

允许放电功率和最大允许充电功率；为j号液流电池储能子单元的功耗值；R为液流电池储能子单元的总个数。

上面所提及的液流电池储能子单元的平均功耗值初始功耗值液流电池储能子单元处于零功率热备运行状态时的功耗值以及没有被限制在最大允许放电功率的液流电池储能子单元的功耗值均属于系统功耗值，在实际实施本发明过程中，可通过实验方法来确定不同液流电池储能机组的系统功耗值与充放电功率之间的对应关系图表。例如，图6所示为通过实验方法得出的某175kW液流电池储能子单元的充放电功率与系统功耗值之间的对应关系图表。该实验方法的具体步骤为：首先，通过手动设定液流电池储能子单元的充放电功率，在离线综合实验中分别确定出液流电池储能子单元在充电或放电工作状态下，不同充放电功率值与系统功耗值之间的对应关系以及液流电池储能子单元在零功率状态下的系统功耗值；然后，基于上述数据，即可确定出不同液流电池储能机组的系统功耗值图表。

本例中，采用上述实验方法对某175kW液流电池储能子单元进行实验，得到如图6所示充放电功率与系统功耗值之间的对应关系表，该子单元的各种实时系统功耗值均可采用查表法查找图6的关系表得出。本例中，以系统功耗值中的平均功耗值为例进行说明：平均功耗值与充、放电功率的对应关系如下式所示先通过液流电池储能电站的总功率需求值占该电站中所有液流电池储能子单元总和的比例值来求得功率值，再到图6中查找该功率值(横坐标)所对应的纵坐标值，该纵坐标值即为某175kW液流电池储能子单元的平均功耗值本发明种其余几种系统功耗值也按照该查表法获得，在此不再赘述。

图6中，纵坐标为该机组的系统功耗值，横坐标为某175kW液流电池储能机组的充、放电功率值，其中横坐标为0时代表175KW液流电池储能子单元处于零功率的热备用状态；横坐标为正值代表175KW液流电池储能机组处于放电状态；横坐标为负值代表175KW液流电池储能机组处于充电状态。

采用上述技术方案，本发明具有在线分配液流电池储能电站的总功率需求值，实时监控SOC值等功能，从而准确、便捷、有效的实现了对兆瓦级液流电池储能电站实时功率的有效控制和对储能电站中各液流电池储能子单元进行功率分配的目的。

如果只是根据电池储能电站总功率需求和各电池储能子单元荷电状态SOC直接计算电池储能电站中各电池储能子单元的功率命令值，则可能出现电池储能子单元功率命令值超过其允许充、放电功率(深度)上下极限的情况，当出现这种超限情况时，如不及时进行自适应修正和在线处理，会因下发功率命令值超出设备工作能力而导致对各液流电池储能子单元分配功率误差变大，并存在难以满足液流电池储能电站总功率需求的弊端；正由于本发明增加了“根据液流电池储能电站的总功率需求值来判断液流电池储能电站的状态，并通过相应的预设规则来计算液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的功率命令值，同时有效考虑可表示液流电池储能子单元实时功率特性的允许充放电功率约束条件(即，各液流电池储能子单元最大允许放电功率，各液流电池储能子单元最大允许充电功率等约束条件)以及各液流电池储能子单元的系统功耗至控制算法和系统中”等步骤，所以不仅克服了上述弊端，还对大规模兆瓦级液流电池储能电站中的各液流电池储能子单元产生了更好的在线分配和实时监控的效果，更便于应用及实现。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，结合上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (9)

1.一种兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A，实时读取液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据，并对上述总功率需求值和相关运行数据进行存储；

步骤B，根据液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据，计算液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

步骤C，对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断和修正，以确定各液流电池储能子单元的功率命令值；

步骤D，将各液流电池储能子单元的功率命令值进行汇总后输出至液流电池储能电站；

所述步骤B具体包括：

判断液流电池储能电站的状态；

当液流电池储能电站总功率需求值为正值时，表示该液流电池储能电站将处于放电状态，则基于第一预设规则计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

当液流电池储能电站当前总功率需求值为负值时，表示该液流电池储能电站将处于充电状态，则基于第二预设规则计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

当液流电池储能电站当前总功率需求值为零时，表示该液流电池储能电站将处于零功率的热备用状态，则基于第三预设规则设置各液流电池储能子单元的功率命令值；

所述第一预设规则包括：

B11)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值大于等于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

式中，

B12)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值小于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

式中，

所述第二预设规则包括：

B21)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控液流电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值大于等于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

式中，

B22)当液流电池储能电站总功率需求值加上该储能电站中所有可控液流电池储能子单元的平均功耗值之和的总和占该储能电站所有可控液流电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值小于预设值时，则通过下式求取所有液流电池储能子单元的初始功率命令值：

式中，上述各式中，R为液流电池储能电站中液流电池储能子单元的总个数；各液流电池储能子单元的平均功耗值为

所述第三预设规则包括：

B31)通过液流电池储能子单元的可控状态值与其处于零功率热备运行状态时的功耗值的乘积来计算所有液流电池储能子单元的功率命令值；该功耗值为

B32)判断所有液流电池储能子单元的功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，如果有液流电池储能子单元违反该约束条件，则进一步根据电网供电约束条件直接设置各液流电池储能子单元的功率命令值并进行相应处理；

上述各式中，u_i为i号液流电池储能子单元的可控状态值；SOC_i、SOD_i、P_i ^初始功耗、P_i ^{最大允许放电}和P_i ^{最大允许充电}分别为i号液流电池储能子单元的荷电状态值、放电状态值、初始功耗值、最大允许放电功率和最大允许充电功率，SOD_i＝1-SOC_i。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述相关运行数据包括：液流电池储能电站中各液流电池储能子单元的可控状态值u_i、荷电状态值SOC_i、最大允许放电功率P_i ^{最大允许放电}和最大允许充电功率P_i ^{最大允许充电}。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤B32中，所述最大允许放电功率约束条件为：液流电池储能子单元的功率命令值小于等于该子单元的最大允许放电功率；

步骤B32中，所述根据电网供电约束条件直接设置各液流电池储能子单元的功率命令值并进行相应处理的具体步骤包括：

如果允许从电网侧取电给液流电池储能子单元，以维持零功率热备运行状态时，则令该子单元的功率命令值为零，并使用电网侧取电供给该液流电池储能子单元功耗；

如果不允许从电网侧取电给该液流电池储能子单元，以维持零功率热备运行状态时，则令该子单元的功率命令值为零，并对该液流电池储能子单元做停机处理。

4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述和的取值范围为0.7～0.9。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，首先对步骤B计算出的各液流电池储能子单元初始功率命令值进行实时诊断，判断是否有违反各液流电池储能子单元最大允许充、放电功率约束条件的情况发生：如有违反的，则进行在线修正和再计算；如没有，则直接将步骤B计算出的相应液流电池储能子单元的初始功率命令值直接设为该子单元的功率命令值。

6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，步骤C的具体方法包括：

步骤C1、当液流电池储能电站总功率需求值为正值时，表示该储能电站将处于放电状态，则计算各液流电池储能子单元功率命令值的方法包括：

C11)判断所有液流电池储能子单元的初始功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，该条件为：液流电池储能子单元的初始功率命令值小于等于该子单元的最大允许放电功率；当有任一电池储能子单元的初始功率命令值违反该条件时，则计算违反该条件的电池储能子单元个数N、并将相应电池储能子单元的最大允许放电功率设为其功率命令值P_i；

C12)通过下式计算其余R-N个没有被限制在最大允许放电功率的液流电池储能子单元功率命令值P_j：

式中，

C13)重新判断步骤C12计算出的液流电池储能子单元功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元的功率命令值小于等于该子单元的最大允许放电功率；当有任一电池储能子单元的功率命令值违反该约束条件时，则重新计算违反约束条件的电池储能子单元个数N、并将相应电池储能子单元的最大允许放电功率设为其功率命令值，重新跳转至步骤C12重新计算新组合的其余R-N个没有被限制在最大允许放电功率的液流电池储能子单元功率命令值；如此重复，直至所有液流电池储能子单元功率命令值均小于或等于相应液流电池储能子单元最大允许放电功率时结束判断；

步骤C2、当液流电池储能电站总功率需求值为负值时，表示该储能电站将处于充电状态，则计算各液流电池储能子单元功率命令值的方法包括：

C21)判断所有液流电池储能子单元的初始功率命令值是否满足最大允许充电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元初始功率命令值的绝对值小于等于该子单元最大允许充电功率的绝对值；当有任一电池储能子单元的初始功率命令值违反该约束条件时，则计算违反该约束条件的电池储能子单元个数M、并将相应电池储能子单元的最大允许充电功率设为其功率命令值P_i；

C22)通过下式计算其余R-M个没有被限制在最大允许充电功率的液流电池储能子单元功率命令值P_j：

且

C23)重新判断步骤C22计算出的液流电池储能子单元功率命令值是否满足最大允许充电功率约束条件，该约束条件为：液流电池储能子单元功率命令值的绝对值小于等于该子单元最大允许充电功率的绝对值；当有任一电池储能子单元的功率命令值违反该约束条件时，则重新计算违反约束条件的电池储能子单元个数M、并将相应电池储能子单元的最大允许充电功率设为其功率命令值，重新跳转至步骤C22重新计算新组合的其余R-M个没有被限制在最大允许充电功率的液流电池储能子单元功率命令值；如此重复，直至所有液流电池储能子单元功率命令值的绝对值均小于或等于相应液流电池储能子单元最大允许充电功率的绝对值时结束判断。

7.一种兆瓦级液流电池储能电站实时功率控制系统，其特征在于，该系统包括：

通讯模块，用于实时读取液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据，以及将各液流电池储能子单元的功率命令值输出至液流电池储能电站；

数据存储与管理模块，用于存储液流电池储能电站的总功率需求值和该电站的相关运行数据进行存储，以及将实时功率校正模块返回的各液流电池储能子单元的功率命令值汇总后传至通讯模块；

总功率初始分配控制模块，用于根据液流电池储能电站总功率需求值来判断液流电池储能电站的状态，并计算相应状态时各液流电池储能子单元的初始功率命令值；和

实时功率校正模块，用于对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断和修正，以确定各液流电池储能子单元的功率命令值；

所述总功率初始分配控制模块包括：

判断模块，用于判断液流电池储能电站的状态：当液流电池储能电站的总功率需求值为正值时，表示该电池储能电站将处于放电状态，则通过第一执行模块计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；当液流电池储能电站的总功率需求值为负值时，表示该电池储能电站将处于充电状态，则通过第二执行模块计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；当液流电池储能电站的总功率需求值为零时，表示该电池储能电站将处于零功率状态，则通过第三执行模块计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

第一执行模块，用于当液流电池储能电站将处于放电状态时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

第二执行模块，用于当液流电池储能电站将处于充电状态时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；和

第三执行模块，用于当液流电池储能电站将处于零功率状态时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

所述第一执行模块包括：

第一执行子单元I，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值大于等于时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；和

第一执行子单元II，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许放电功率总和的比例值小于时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

所述第二执行模块包括：

第二执行子单元I，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值大于等于时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

第二执行子单元II，用于当液流电池储能电站当前总功率需求占该储能电站当前各可控液流电池储能子单元最大允许充电功率总和的比例值小于时，计算各液流电池储能子单元的初始功率命令值；

所述第三执行模块，用于判断液流电池储能子单元的功率命令值是否满足最大允许放电功率约束条件，如果有液流电池储能子单元违反该约束条件，则进一步根据电网供电约束条件计算各液流电池储能子单元的功率命令值并进行相应处理。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述实时功率校正模块包括：

实时诊断单元，用于对各液流电池储能子单元的初始功率命令值进行实时诊断，看是否有违反各液流电池储能子单元最大允许放电功率及最大允许充电功率限制的情况发生；和

计算单元，用于根据实时诊断单元的诊断结果，进行在线修正和再计算或者直接将各液流电池储能子单元的初始功率命令值设置为各液流电池储能子单元功率命令值。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于当液流电池储能电站将处于放电状态时，如果发生任一液流电池储能子单元的初始命令值大于其最大允许放电功率的情况时，则查找满足上述情况的电池储能子单元个数，并将这些液流电池储能子单元的最大允许放电功率设定为其功率命令值，余下各电池储能子单元的功率命令值重新计算；和

第二计算子单元，用于当液流电池储能电站将处于充电状态时，如果发生任一液流电池储能子单元的初始命令值违反其最大允许充电功率限制的情况时，则查找满足上述情况的液流电池储能子单元个数，并将这些液流电池储能子单元的最大允许充电功率设定为其功率命令值，余下各液流电池储能子单元的功率命令值重新计算。