CN104779658A - 多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，包括储能变流器模拟系统、储能系统模拟系统、储能监控模拟系统和储能运行工况模拟系统。储能变流器模拟系统用于产生储能变流器通讯报文；储能系统模拟系统用于产生储能系统通讯报文；储能监控模拟系统用于产生储能监控系统通讯报文，可虚拟储能监控系统通讯报文及通讯功能；储能运行工况模拟系统用于产生储能系统实时总功率需求，可虚拟出多类型电池储能系统的运行工况。本发明提供的多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，可以实现对各种电池储能系统通讯功能的软件建模及功能测试，提高了相关系统及控制策略的开发测试效率。
Description
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，具体涉及一种多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，尤其适用于多类型电池储能系统通讯协议的模拟测试以及各种电池储能系统通讯报文的模拟及验证。
背景技术
随着锂电池及其集成技术的不断发展，应用锂电池储能系统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，己成为了一种可行方案，目前已有多种不同功率和容量级别的电池储能系统(电站)正在示范运行或商业化应用。电池储能系统规模化集成后，储能电池单体、储能电池模块和储能电池组以及组串较多，导致大规模电池储能电站通讯报文的现场对点及现场设备调试的工作流程较繁琐，效率不高。目前有关多类型电池储能系统通信协议及报文的模拟测试与虚拟调试方面的专利、文献、技术报告等非常少。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种考虑不同电池储能系统通讯网络及其协议、通讯报文等的多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，该系统在虚拟多类型电池储能系统通讯报文的同时，具备模拟电池储能系统不同运行工况的功能，以实现在线或离线调试多类型电池储能系统的应用目的。
本发明的控制方法是通过如下技术方案实现的：
一种多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，其包括：
储能变流器模拟系统，用于产生虚拟的储能变流器通讯报文信息并发送至储能监控模拟系统或外部通讯接口；
储能系统模拟系统，用于产生虚拟的储能系统通讯报文信息并发送至储能监控模拟系统或外部通讯接口；
储能监控模拟系统，用于接收储能变流器模拟系统发送的虚拟储能变流器通讯报文信息和/或储能系统模拟系统发送的虚拟储能系统通讯报文信息，并判断通讯是否正常以及验证通讯报文信息是否在储能监控模拟系统中正确显示。
进一步地，该系统还可以包括：储能运行工况模拟系统，用于虚拟多类型电池储能系统的典型运行工况，并产生储能系统总功率需求值发送至储能监控模拟系统，由储能监控模拟系统监测当前正在虚拟运行的储能变流器运行状态和当前储能系统总功率需求值，并通过下式确定各储能变流器的功率命令值：
(1)当储能系统总功率需求为正值时，表示该储能系统将处于放电状态，则基于储能变流器所管辖的储能系统的荷电状态值SOC，通过下式计算各储能变流器的功率命令值
(2)当储能系统总功率需求为负值时，表示该储能系统将处于充电状态，则基于储能变流器所管辖的储能系统的放电状态值SOD，通过下式计算各储能变流器的功率命令值
上式中，ui为i号储能变流器的可控状态值，该状态通过储能监控模拟系统读取，当该储能变流器可控时，此状态值为1，其他值为0；SOCi为i号储能变流器的荷电状态值；SODi为i号储能变流器的放电状态值，SODi＝1-SOCi；L为储能变流器的总个数。
进一步地，所述多类型电池储能系统的典型运行工况可以包括下述任一至全部工况：跟踪计划出力工况、平抑风电出力波动工况和参与系统调频工况。
进一步地，所述储能运行工况模拟系统可以包括下述任一至全部模块：
跟踪计划出力工况模拟模块，用于模拟储能系统跟踪给定功率指令的应用情景，产生基于跟踪计划出力应用的储能系统总功率需求值，并发送给所述储能监控模拟系统；
平抑风电出力波动工况模拟模块，用于模拟储能系统平抑风电出力控制的应用情景，产生基于平抑风电出力应用的储能系统总功率需求值，并发送给所述储能监控模拟系统；和
参与系统调频工况模拟模块，用于模拟储能参与系统调频的应用情景，产生基于调频应用的储能系统总功率需求值，并发送给所述储能监控模拟系统。
进一步地，所述储能变流器模拟系统可以包括：
储能变流器通讯报文配置模块，用于根据储能变流器通信协议点表，生成储能变流器通讯报文配置文件；
储能变流器通讯报文收发模块，用于根据储能变流器通讯报文配置文件，调用与之相关的通信协议模拟模块，产生储能变流器的通讯报文信息，并发送给储能监控模拟系统或外部通讯接口；还用于接收从储能监控模拟系统或外部通讯接口发出的遥控或遥调指令，并提示相关确认信息；
储能变流器通讯报文存储模块，用于根据储能变流器通讯报文配置文件生成储能变流器通讯报文存储数据库；还用于存储储能变流器通讯报文收发模块接收或发送的通讯报文信息。
进一步地，所述储能系统模拟系统可以包括：
储能系统通讯报文配置模块，用于根据储能系统通信协议点表，生成储能系统通讯报文配置文件；
储能系统通讯报文收发模块，用于根据储能系统通讯报文配置文件，调用与之相关的通信协议模拟模块，产生储能系统的通讯报文信息，并发送给储能监控模拟系统或外部通讯接口；还用于接收从储能监控模拟系统或外部通讯接口发出的遥控或遥调指令，并提示相关确认信息；
储能系统通讯报文存储模块，用于根据储能系统通讯报文配置文件，生成储能系统通讯报文存储数据库；还用于存储储能系统通讯报文收发模块接收或发送的通讯报文信息；
进一步地，所述储能监控模拟系统可以包括：
储能监控通讯报文配置模块，用于根据储能监控通信协议点表，生成储能监控通讯报文配置文件；
储能监控通讯报文收发模块，用于根据储能监控通讯报文配置文件，调用与之相关的通信协议模拟模块，产生储能监控系统的通讯报文信息，并发送给储能变流器模拟系统、电池储能系统模拟系统或外部通讯接口；还用于接收从储能变流器模拟系统、储能系统模拟系统或外部通讯接口发出的信息，并提示相关确认信息；
储能监控通讯报文存储模块，用于根据储能监控通讯报文配置文件，生成储能监控通讯报文存储数据库；还用于存储储能监控通讯报文收发模块接收或发送的通讯报文信息；
进一步地，所述的通信协议模拟模块可以包括：
储能变流器通信协议模拟模块，用于根据储能变流器通讯报文配置文件，生成配置文件所指定的通讯协议及虚拟通讯接口，供储能变流器通讯报文收发模块调用；
储能系统通信协议模拟模块，用于根据储能系统通讯报文配置文件，生成配置文件所指定的通信协议及虚拟通讯接口，供电池储能系统通讯报文收发模块调用；和
储能监控通信协议模拟模块，用于根据储能监控通讯报文配置文件，生成配置文件所指定的通信协议及模拟通讯接口，供储能监控通讯报文收发模块调用。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1)本发明提供一种多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，具有模拟储能变流器通讯报文及收发功能、模拟储能系统通讯报文及收发功能以及储能监控系统通讯报文及收发功能。
2)该系统主要是基于通信协议及其通讯点表内容，模拟出储能变流器、储能系统以及储能监控系统，实现上述三种单元的软件模拟。依据现场测试要求，通过灵活设置通讯报文配置模块，可以方便更新通讯报文及其通信方式。
3)多类型储能系统通讯管理模拟系统可以让使用者方便快捷地模拟出储能变流器、电池储能系统及储能监控系统。即使不与上述三种实际设备相连接，应用本发明专利所公开的软件虚拟测试技术，就能完成通讯协议、通讯报文、通讯接口以及功率控制功能的软件测试、验证、协议测试与开发等，有助于提高工作效率。随着多类型电池储能系统(电站)的通信协议、通讯报文及通讯接口被逐步规范化和标准化，本专利所公开的模拟系统将在电池储能系统通信协议检测、控制功能验证、系统开发等领域具有广泛地应用空间。
附图说明
图1为本发明实施例中多类型电池储能系统实施例的系统示意图；
图2为本发明实施例中多类型电池储能系统模拟与测试系统示意图。
图3为本发明实施例中模拟参与跟踪计划工况的储能电池总功率需求曲线示意图；
图4为本发明实施例中模拟参与系统调频工况的储能电池总功率需求曲线示意图。
具体实施方式
本实施例中以多类型电池储能系统为例、结合附图对本发明的模拟系统作进一步的详细说明。
如图1所示为一种实际的多类型电池储能系统示意图，其中包括多个双向变流器和多个电池储能系统，例如，铅酸电池储能系统以及与其配套的储能变流器，液流电池储能系统以及与其配套的储能变流器，锂电池储能系统以及与其配套的储能变流器，以及储能监控系统等，通过储能变流器可执行对电池储能系统的充放电功率控制等相关功能。各系统间的相关通信协议方式举例如下：
铅酸电池储能系统与铅酸电池储能变流器之间采用CAN通讯协议方式；
液流电池储能系统与液流电池储能变流器之间采用CAN通讯协议方式；
锂电池储能系统与锂电池储能变流器之间采用CAN通讯协议方式；
铅酸电池储能变流器与储能监控系统之间采用Modbus TCP/IP通信协议方式；
液流电池储能变流器与储能监控系统之间采用IEC 104通信协议方式；
锂电池储能变流器与储能监控系统之间采用IEC 104通信协议方式；
液流电池储能系统与储能监控系统之间采用Modbus TCP/IP通信协议方式；
锂电池储能系统与储能监控系统之间采用IEC 104通信协议方式；
如图2所示为基于图1所示的一种实际多类型电池储能系统构建的一个模拟系统示意图，其中包括，铅酸电池储能系统模拟系统以及与其配套的储能变流器模拟系统，液流电池储能系统模拟系统以及与其配套的储能变流器模拟系统，锂电池储能系统模拟系统以及与其配套的储能变流器模拟系统，以及储能监控模拟系统等。
在实施本例中，具体实施案例如下：
实施例1：模拟各工况场景的实施方案1的步骤如下：
下面，以模拟参与跟踪计划工况和模拟参与系统调频工况为例进行简要说明。
步骤1，通过分析储能系统的实际运行工况数据，从储能系统参与跟踪计划应用的实际运行工况数据中，任选一组用于模拟参与跟踪计划工况的储能电池总功率需求曲线(如图3所示)；从储能系统参与系统调频应用的实际运行工况数据中，任选一组用于模拟参与系统调频工况的储能电池总功率需求曲线(如图4所示)。
步骤2，将相关曲线数据做成数据文件，由储能运行工况模拟系统调用后分别生成参与跟踪计划工况以及参与系统调频的储能总功率需求值；
步骤3，通过通信模块，储能运行工况模拟系统将生成的储能系统总功率需求值发送至储能监控模拟系统，由储能监控模拟系统完成对当前储能系统总功率需求值的实时监测与更新。
实施例2：经过计算模拟跟踪计划出力应用工况场景的实施步骤如下：
步骤1，计算并模拟出跟踪计划出力应用的电池储能系统总功率需求数据；
步骤2，将相关曲线数据做成数据文件，由储能运行工况模拟系统调用后分别生成参与跟踪计划工况以及参与系统调频的储能总功率需求值；
步骤3，通过通信模块，储能运行工况模拟系统将生成的储能系统总功率需求值发送至储能监控模拟系统，由储能监控模拟系统完成对当前储能系统总功率需求值的实时监测与更新。
上述步骤1中，储能运行工况模拟系统中的跟踪计划出力工况模拟模块用于计算出跟踪计划出力应用的电池储能系统总功率需求值，可以进一步包括下述模块：
数据获取模块，用于读取储能系统与风电系统的基本参数，所述基本参数包括风电场的风电功率预测值、风电场实际出力值Pw(i)以及储能系统实际出力值、初始荷电状态值SOCini、被允许的波动率的百分值、并网运行的风电机组的总装机容量；
控制系数设置模块，用于设置控制系数，根据所述控制系数将储能系统的荷电状态SOC在[0，100]内划分成各个区间；
风电功率预测特征值设置模块，用于设置风电功率预测特征值，根据所述风电功率预测特征值将风电场实际出力值在(0，∞)内划分为表示各种风电状态所对应的区间；
计算模块，用于考虑储能系统的荷电状态上下限约束，基于当前风电场所对应的风电状态、当前储能系统荷电状态SOC所处的区间，计算储能系统总功率需求值；
约束模块，用于综合考虑储能系统的最大允许充放电功率约束，对所述储能系统总功率需求值进行限制。
上述控制系数设置模块中，设置6个控制系数SOClow、a1、a2、a3、a4、SOChigh，且满足：SOCmin≤SOClow＜a1＜a2＜a3＜a4＜SOChigh≤SOCmax，将储能系统的当前荷电状态值SOC在[0，100]之间依次划分为七个区间，可以根据实际情况设置成：区间I为[0，SOClow)，区间II为[SOClow，a1)，区间III为[a1，a2)、区间IV为[a2，a3)、区间V为[a3，a4)、区间VI为[a4，SOChigh)、区间VII为[SOChigh，100]；也可以设置成：区间I为[0，SOClow]，区间II为(SOClow，a1]，区间III为(a1，a2]、区间IV为(a2，a3]、区间V为(a3，a4]、区间VI为(a4，SOChigh]、区间VII为(SOChigh，100]。
其中，SOClow、SOChigh分别是储能系统正常工作时荷电状态的下限和上限；a1、a2、a3、a4为介于SOClow与SOChigh之间的特征值，根据储能系统的控制策略来确定，取值范围在(0，100)之间。例如，依据实际需求，可以设置SOClow＝0.1、SOChigh＝0.9。
上述风电功率预测特征值设置模块中，设置5个风电功率预测特征值，分别为风电功率预测上限特征值Pfb(i)、日前风电功率预测值Pf(i)、风电功率预测下限特征值Pfs(i)、b1、b2，且满足：Pfs(i)＜b2＜Pf(i)＜b1＜Pfb(i)。
其中，Pfb(i)为日前风电功率预测值Pf(i)与风电功率允许最大误差值之和，Pfs(i)为风电功率目前预测值Pf(i)与风电功率允许最大误差值之差；b1是介于风电功率预测上限特征值与风电功率预测值之间的特征值，b2是介于风电功率预测下限特征值与风电功率预测值之间的特征值，可以按照储能系统的控制策略确定其取值。上述5个特征值将(0，∞)区间划分为6种状态，可以根据实际情况设置成：风电状态A为(-∞，Pfs(i))、风电状态B为[Pfs(i)，b2)、风电状态C为[b2，Pf(i))、风电状态D为[Pf(i)，b1)、风电状态E为[b1，Pfb(i))、风电状态F为[Pfb(i)，∞)；也可以设置成：风电状态A为(-∞，Pfs(i)]、风电状态B为(Pfs(i)，b2]、风电状态C为(b2，Pf(i)]、风电状态D为(Pf(i)，bt]、风电状态E为[b1，Pfb(i)]、风电状态F为(Pfb(i)，∞)。各风电状态可以通过如下算例进行确定：
Plimit＝ε允许×Cap
Pfb(i)＝Pf(i)+Plimit
Pfs(i)＝Pf(i)-Plimit
b1＝Pf(i)+0.5×Plimit
b2＝Pfs(i)+0.5×[Pf(i)-Pfs(i)]
式中，Plimit为允许最大误差值，ε允许为预测误差允许的百分值，按照现有技术中《风电场功率预测预报管理暂行办法》的规定，ε允许许可以确定为0.25或者较之更小的数值；Cap为风电场的装机容量，本例中，对应的风电场装机容量为90MW。
本例中，取ε允许＝0.25，则Plimit＝0.25*90MW＝22.5MW，如果取Pf(i)在t时刻的风电预测功率Pf(i)为50MW，则Pfb(i)＝72.5MW，Pfs(i)＝27.5MW，b1＝61.25MW，b2＝38.75MW。当t时刻风电场实际出力值Pw(i)＜27.5MW时，处于风电状态A；
当27.5MW≤Pw(i)≤38.75MW时，处于风电状态B；当38.75MW＜Pw(i)≤50MW时，处于风电状态C；当50MW＜Pw(i)≤61.25MW时，处于风电状态D；当61.25MW＜Pw(i)≤72.5MW时，处于风电状态E；当Pw(i)＞72.5MW时，处于风电状态F。
上述计算模块中，所述储能系统总功率需求值的计算过程如下：
当风电场实际出力值处于“风电状态A”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
A1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
A2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间II、III、IV”时，将储能系统总功率需求值设为Pfs(i)-Pw(i)；
A3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V、VI、VII”时，将储能系数出力目标值设为Pf(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态B”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
B1)若储能系统的荷电状态值处于“区间I、II、III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
B2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
B3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V”时，将储能系统总功率需求值设为c2-Pw(i)；
B4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态C”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
C1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
C2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-c2]；
C3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作；
C4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V”时，将储能系统总功率需求值设为Pf(i)-Pw(i)；
C5)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态D”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
D1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
D2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设定为-[Pw(i)-Pf(i)]；
D3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
D4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V”时，将储能系统总功率需求值设为c1-Pw(i）；
D5)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态E”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
E1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
E2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-c1]；
E3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
E4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V、VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态F”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
F1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
F2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pf(i)]；
F3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV、V、VI”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfb(i)]；
F4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VII”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
上述各步骤中，当储能系统总功率需求值为正值时、表示储能系统处于放电状态；当储能系统总功率需求值为负值时、表示储能系统处于充电状态；Pw(i)表示i时刻风电场实际出力值；c1表示处于Pf(i)与Pfb(i)之间的功率数值；c2表示处于Pf(i)与Pfs(i)之间的功率数值。
上述约束模块中，基于储能系统充放电功率的约束条件，对储能系统总功率需求值进行限制处理。
(1)在上述步骤中计算的储能系统总功率需求值Pbat(i)为充电功率值时，判断下列针对储能系统最大允许充电功率的约束条件，若违反约束条件，则进行如下限制处理：
若时，设置储能系统总功率需求值
(2)在上述步骤中计算的储能系统总功率需求值Pbat(i)为放电功率值时，判断下列针对储能系统当前的最大允许放电功率的约束条件，若违反约束条件，则进行限制处理：
若时，设置储能系统总功率需求值
和的相应设定值处理应依据实际应用需求，灵活设定。
例如，设置
为储能系统理论上可达到的最大允许充电功率的上限值；为储能系统理论上可达到的最大允许放电功率的上限值。
实施例3：经过计算模拟平抑风电出力波动应用工况场景的实施步骤如下：
步骤1，计算并模拟出平抑风电出力波动应用的电池储能系统总功率需求数据；
步骤2，将相关曲线数据做成数据文件，由储能运行工况模拟系统调用后分别生成参与跟踪计划工况以及参与系统调频的储能总功率需求值；
步骤3，通过通信模块，储能运行工况模拟系统将生成的储能系统总功率需求值发送至储能监控模拟系统，由储能监控模拟系统完成对当前储能系统总功率需求值的实时监测与更新。
进一步，本发明所述储能运行工况模拟系统中的平抑风电出力波动工况模拟模块，用于计算出平抑风电出力波动应用的电池储能系统总功率需求值，可以进一步包括下述模块：
读取模块，用于获取储能系统和风电系统的基本参数，所述基本参数包括风电场的实际出力值Pw(i)以及储能系统实际出力值、初始荷电状态值SOCini、被允许的波动率的百分值、并网运行的风电机组的总装机容量；
波动率计算模块，用于确定风储联合出力的波动率；
校正模块，用于判断风储联合出力的波动率是否满足风电并网要求，若不满足，计算储能系统总功率需求值，若满足，将储能系统总功率需求值设置为0。
上述波动率计算模块中，根据风电出力，确定所述风储联合出力的波动率：
其中，γ(i)为i时刻风电出力的一分钟波动率。Pw(i)、Pw(i-1)分别为风电场在i时刻和i-1时刻的实际出力值。Cap为风电装机容量。若风电功率的采样周期为1分钟一个点，则按照上述公式计算出的γi为风电出力的1分钟波动率值。
若风电功率的采样周期为5秒钟一个点，则风电出力的1分钟波动率值的计算公式如下：
其中max[Pw(i)]为一分钟内12个采样点中风电出力的最大值；min[Pw(i)]为一分钟内12个采样点中风电出力的最小值。
风电场风电实际出力值(即风电场风电实际功率值)10min波动率的计算公式如下：
其中max[Pw(i)]为十分钟内采样点中风电最大实际出力；min[Pw(i)]为十分钟内采样点中风电最小实际出力。
风储联合出力10min波动率的计算公式如下：
其中max[Pw(i)+Pbat(i)]为十分钟内采样点中风储联合出力的最大值；min[Pw(i)+Pbat(i)]为十分钟内采样点中风储联合出力的最小值。
上述校正模块中，可以通过下述步骤先判断风储联合出力的波动率是否满足要求；
例如，如果预先设定风储联合发电系统的10min有功功率变化最大限值为10％/10min，则风储联合发电系统的1min有功功率变化最大限值为1％/1min，即风储联合出力的1分钟波动率需小于或等于1％。
判断步骤3中计算的风储联合出力的1分钟波动率γ(i)是否不大于1％。具体地，针对采样频率为1分钟一个点的风电出力数据，可以利用abs[Pw(i)-(Pw(i-1)+Pbat(i-1)]≤Pbd判断当前的波动率是否满足风电并网要求，如果上述判断公式成立，则表示波动率满足要求；若不成立，则表示不满足要求，并依据下述步骤对储能系统的出力进行修正。对于风储联合出力的波动率不满足的情况，对储能系统出力的修正方法如下：
case1：Pw(i)＞Pw(i-1)+Pbat(i-1)
if Pw(i)＞Pw(i-1)+Pbat(i-1)+Pbd
Pbat(i)＝-[Pw(i)-(Pw(i-1)+Pbat(i-1)+Pbd)]
if Pw(i)＜Pw(i-1)+Pbat(i-1)+Pbd
Pbat(i)＝Pw(i)-(Pw(i-1)+Pbat(i-1)+Pbd)
case 2：Pw(i)＜Pw(i-1)+Pbat(i-1)
if Pw(i)＞Pw(i-1)+Pbat(i-1)-Pbd
Pbat(i)＝-[Pw(i)-(Pw(i-1)+Pbat(i-1)-Pbd)]
if Pw(i)＜Pw(i-1)+Pbat(i-1)-Pbd
Pbat(i)＝Pw(i)-(Pw(i-1)+Pbat(i-1)-Pbd)
上述公式中，Pbd＝γ1Cap，Pbd为由波动率折算出的功率波动值；风储联合出力十分钟波动率允许的百分值γ10为1/10，γ1为波动率1min允许的百分值，可以设定为1/100或其他较之稍大的值；Cap为风电装机容量；Pbat(i)、Pbat(i-1)分别为储能系统在i时刻和i-1时刻的出力值；Pw(i)、Pw(i-1)分别为风电场在i时刻和i-1时刻的实际出力值。
在计算储能系统总功率需求值的过程中，对储能系统进行如下约束：
1)储能系统最大允许充放电功率约束：
充电时，满足最大允许充电功率约束：
放电时，满足最大允许放电功率约束：
2)储能系统荷电状态SOC(i)上下限约束：
SOCmin≤SOC(i)≤SOCmax
其中：分别是电池储能系统的最大允许充电功率、最大允许放电功率。
实施例4：储能监控通讯报文配置模块，用于根据储能监控通信协议点表，生成储能监控通讯报文配置文件；
模拟储能变流器设备的通讯报文配置文件生成的实施步骤如下：
下面，以生成Modbus通信协议报文配置文件为例进行简要说明。
步骤1：在配置文件中，定义设备名称、设备地址、设备通信方式等。设备通信方式中包括串口通信方式的参数设置和TCP通信方式的参数设置两大类。串口参数设置中主要包括，设置端口号、波特率，数据、校验、是否停止以及收发方式是16进制或者10进制等。TCP服务器端口设置中主要包括，IP地址、端口号以及报文收发方式是16进制或者10进制等；
步骤2：将储能变流器设备通信协议中的点表内容进行分类，分成遥控、遥调、遥测及遥信四大类；
步骤3：依据通信协议点表中的内容，制作配置文件，分别写入上述遥控、遥调、遥测及遥信等信息变量所对应的变量名、变量地址、变量数据类型、偏移量值等相关内容，据此，完成配置文件设计；
实施例5：应用铅酸电池储能变流器模拟系统与铅酸电池储能系统模拟系统，可以模拟与测试两者间的CAN通讯协议及其报文的具体发送和接收情况。
例如，铅酸电池储能系统模拟系统，参照配置文件设定的CAN通讯协议内容，定期发送CAN通讯报文。而铅酸电池变流器模拟系统按照通信协议内容，读取相关CAN协议报文信息，并判断通讯是否正常；
液流电池储能变流器模拟系统与液流电池储能系统模拟系统以及锂电池储能变流器模拟系统与锂电池储能系统模拟系统之间，也可以依照上述方案调试相关通讯报文。
实施例6：应用液流电池储能变流器模拟系统与储能监控模拟系统，可以模拟与测试两者之间的IEC 104通讯协议及其报文的具体发送和接收情况。
例如，液流电池储能变流器模拟系统，参照配置文件设定的IEC 104通讯协议内容，发送104通讯报文。而储能监控模拟系统按照104通信协议内容，读取相关104协议报文信息，并判断通讯是否正常。例如，通过手动设置使液流电池储能变流器模拟系统的遥测值信息产生变化量，然后从储能监控模拟系统中验证相关信息是否被正常监测。
锂电池储能变流器模拟系统与储能监控模拟系统之间，也可以依照上述方案调试相关通讯报文。
实施例7：应用储能运行工况模拟系统与储能监控模拟系统，可以模拟与测试储能监控系统的功率控制功能及相关运行工况的显示功能。
例如，储能运行工况模拟系统与储能监控模拟系统之间，即可以采用通讯方式共享数据，也可以通过设置虚拟共享存储区的方式，交换数据。
当储能监控模拟系统读取储能运行工况模拟系统发送的总功率需求值信息后，将在相关监测界面上储能运行工况的变化曲线及当前的储能系统总功率需求值；
同时，如果在储能监控模拟系统上选中“执行功率控制”按钮后，储能监控模拟系统将按照内置的功率控制模块，依据当前正在虚拟运行的储能变流器运行状态以及储能系统总功率需求值，确定各储能变流器的功率命令值。
实施例8：基于储能变流器模拟系统和储能电池模拟系统，储能监控系统开发人员通过外部通讯接口，在实际储能系统联调工作开始前，基于储能厂家提供的储能变流器和电池储能系统的通讯协议内容，开展通讯报文及其相关通讯接口的模拟联调联试工作。例如相关步骤归纳如下：
1)依据储能厂家提供的各储能变流器以及各电池储能系统的通讯协议及通信点表内容，应用储能变流器通讯报文配置模块以及电池储能系统报文配置模块，分别生成储能变流器通讯报文配置文件及电池储能系统通讯报文配置文件；
2)依据储能变流器通讯报文配置文件和电池储能系统通讯报文配置文件，应用储能变流器通信协议模拟模块以及电池储能系统通讯协议模拟模块，分别生成相关配置文件所指定的各储能变流器以及各电池储能系统的模拟通讯协议及其虚拟通讯接口；
3)储能监控系统开发人员，通过将已开发的储能监控系统分别与储能变流器虚拟通讯接口以及电池储能系统虚拟通讯接口进行信息交互，验证相关通信信息内容是否在储能监控系统中显示正确。
本发明所公开的一种多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，能够虚拟各种储能系统的通讯报文、运行场景。也可以将实际系统替换为对应模拟系统，以对该实际系统独立进行调试和问题查找，大大节约系统集成与测试时间。本专利使实际系统联调工作提前开始，不需要等所有系统安装完成后才能调试，是必不可少的集成开发环境和软件平台，也是离线分析的重要工具，将有效提高系统开发测试效率，缩短开发测试周期。
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 (17)
1.一种多类型电池储能系统通讯管理与功率控制模拟系统，其特征在于，该系统包括：
储能变流器模拟系统，用于产生虚拟的储能变流器通讯报文信息并发送至储能监控模拟系统或外部通讯接口；
储能系统模拟系统，用于产生虚拟的储能系统通讯报文信息并发送至储能监控模拟系统或外部通讯接口；
储能监控模拟系统，用于接收储能变流器模拟系统发送的虚拟储能变流器通讯报文信息和/或储能系统模拟系统发送的虚拟储能系统通讯报文信息，并判断通讯是否正常以及验证通讯报文信息是否在储能监控模拟系统中正确显示。
2.根据权利要求2所述的控制模拟系统，其特征在于，该系统进一步包括：
储能运行工况模拟系统，用于虚拟多类型电池储能系统的典型运行工况，并产生储能系统总功率需求值发送至储能监控模拟系统，由储能监控模拟系统监测当前正在虚拟运行的储能变流器运行状态和当前储能系统总功率需求值，并通过下式确定各储能变流器的功率命令值：
(1)当储能系统总功率需求为正值时，表示该储能系统将处于放电状态，则基于储能变流器所管辖的储能系统的荷电状态值SOC，通过下式计算各储能变流器的功率命令值
(2)当储能系统总功率需求为负值时，表示该储能系统将处于充电状态，则基于储能变流器所管辖的储能系统的放电状态值SOD，通过下式计算各储能变流器的功率命令值
SODi＝1-SOCi
上式中，ui为i号储能变流器的可控状态值，该状态通过储能监控模拟系统读取，当该储能变流器可控时，此状态值为1，其他值为0；SOCi为i号储能变流器的荷电状态值；SODi为i号储能变流器的放电状态值；L为储能变流器的总个数。
3.根据权利要求2所述的控制模拟系统，其特征在于，所述多类型电池储能系统的典型运行工况包括下述任一至全部工况：跟踪计划出力工况、平抑风电出力波动工况和参与系统调频工况。
4.根据权利要求2所述的控制模拟系统，其特征在于，所述储能运行工况模拟系统包括下述任一至全部模块：
跟踪计划出力工况模拟模块，用于模拟储能系统跟踪给定功率指令的应用情景，产生基于跟踪计划出力应用的储能系统总功率需求值，并发送给所述储能监控模拟系统；
平抑风电出力波动工况模拟模块，用于模拟储能系统平抑风电出力控制的应用情景，产生基于平抑风电出力应用的储能系统总功率需求值，并发送给所述储能监控模拟系统；和
参与系统调频工况模拟模块，用于模拟储能参与系统调频的应用情景，产生基于调频应用的储能系统总功率需求值，并发送给所述储能监控模拟系统。
5.根据权利要求4所述的控制模拟系统，其特征在于，所述储能运行工况模拟系统中的跟踪计划出力工况模拟模块包括：
数据获取模块，用于读取储能系统与风电系统的基本参数，所述基本参数包括风电场的风电功率预测值、风电场实际出力值Pw(i)以及储能系统实际出力值、初始荷电状态值SOCini、被允许的波动率的百分值、并网运行的风电机组的总装机容量；
控制系数设置模块，用于设置控制系数，根据所述控制系数将储能系统的荷电状态SOC在[0，100]内划分成各个区间；
风电功率预测特征值设置模块，用于设置风电功率预测特征值，根据所述风电功率预测特征值将风电场实际出力值在(0，∞)内划分为表示各种风电状态所对应的区间；
计算模块，用于考虑储能系统的荷电状态上下限约束，基于当前风电场所对应的风电状态、当前储能系统荷电状态SOC所处的区间，计算储能系统总功率需求值；
约束模块，用于综合考虑储能系统的最大允许充放电功率约束，对所述储能系统总功率需求值进行限制。
6.如权利要求5所述的控制模拟系统，其特征在于，所述控制系数包括：SOClow、a1、a2、a3、a4和SOChigh，六个控制系数满足SOCmin≤SOClow＜a1＜a2＜a3＜a4＜SOChigh≤SOCmax，根据六个控制系数将储能系统的当前荷电状态值SOC在[0，100]之间依次划分为七个区间，分别命名为区间I、II、III、IV、V、VI、VII；
式中，SOCmin、SOCmax为储能系统正常工作时荷电状态的下限和上限，根据储能系统健康状态其储能系统本身性能确定；特征值SOClow、a1、a2、a3、a4、SOChigh，根据储能系统的电池健康状态SOH及控制策略来确定。
7.如权利要求5所述的控制模拟系统，其特征在于，所述风电功率预测特征值包括：风电功率预测上限特征值Pfb(i)、当前风电功率预测值Pf(i)、风电功率预测下限特征值Pfs(i)以及特征值b1和b2，且满足Pfs(i)＜b2＜Pf(i)＜b1＜Pfb(i)；五个风电功率预测特征值将风电场实际出力值在(0，∞)之间划分为六个区间，每个区间对应一种风电状态，分别命名为风电状态A、B、C、D、E、F；
式中，Pfb(i)等于当前风电功率预测值Pf(i)与风电功率允许最大误差值Plimit之和，Pfs(i)等于当前风电功率预测值Pf(i)与风电功率允许最大误差值Plimit之差，Plimit等于预测误差允许的百分值ε允许与风电场的装机容量Cap的乘积，特征值b1、b2分别介于风电功率预测值与风电功率预测上、下限特征值之间。
8.如权利要求5所述的控制模拟系统，其特征在于，所述计算储能系统总功率需求值包括：
当风电场实际出力值处于“风电状态A”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
A1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
A2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间II、III、IV”时，将储能系统总功率需求值设为Pfs(i)-Pw(i)；
A3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V、VI、VII”时，将储能系数出力目标值设为Pf(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态B”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
B1)若储能系统的荷电状态值处于“区间I、II、III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
B2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
B3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V”时，将储能系统总功率需求值设为c2-Pw(i)；
B4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态C”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
C1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
C2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-c2]；
C3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作；
C4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V”时，将储能系统总功率需求值设为Pf(i)-Pw(i)；
C5)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态D”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
D1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
D2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设定为-[Pw(i)-Pf(i)]；
D3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
D4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V”时，将储能系统总功率需求值设为c1-Pw(i)；
D5)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设 为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态E”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
E1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)Pfs(i)]；
E2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-c1]；
E3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
E4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间V、VI、VII”时，将储能系统总功率需求值设为Pfb(i)-Pw(i)；
当风电场实际出力值处于“风电状态F”时，该状态下的储能系统总功率需求值为：
F1)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间I、II”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfs(i)]；
F2)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间III”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pf(i)]；
F3)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间IV、V、VI”时，将储能系统总功率需求值设为-[Pw(i)-Pfb(i)]；
F4)若储能系统的当前荷电状态值处于“区间VII”时，储能系统不工作，将储能系统总功率需求值设为0；
上述各步骤中，当储能系统总功率需求值为正值时、表示储能系统处于放电状态；当储能系统总功率需求值为负值时、表示储能系统处于充电状态；Pw(i)表示i时刻风电场实际出力值；c1表示处于Pf(i)与Pfb(i)之间的功率数值；c2表示处于Pf(i)与Pfs(i)之间的功率数值。
9.如权利要求5所述的控制模拟系统，其特征在于，所述约束模块对所述储能系统总功率需求值进行限制包括：
若当前储能系统总功率需求值的绝对值大于储能系统最大允许充放电功率的绝对值时，将当前储能系统的出力目标值设置为储能系统最大允许充放电功率；所述储能系统的最大允许充放电功率依据储能系统的健康状态值进行设置，所述健康状态等于当前储能系统的剩余容量与储能系统的额定容量之比值。
10.如权利要求4所述的控制模拟系统，其特征在于，所述储能运行工况模拟系统中的平抑风电出力波动工况模拟模块包括：
读取模块，用于获取储能系统和风电系统的基本参数，所述基本参数包括风电场的实际出力值Pw(i)以及储能系统实际出力值、初始荷电状态值SOCini、被允许的波动率的百分值、并网运行的风电机组的总装机容量；
波动率计算模块，用于确定风储联合出力的波动率；
校正模块，用于判断风储联合出力的波动率是否满足风电并网要求，若不满足，计算储能系统总功率需求值，若满足，将储能系统总功率需求值设置为0。
11.如权利要求10所述的控制模拟系统，其特征在于，所述波动率计算模块通过下式确定所述风储联合出力的波动率：
式中，γ(i)为i时刻风储联合出力的波动率，max[Pw(i)+Pbat(i)]为波动率计算时间段内采样点中风储联合出力最大值，min[Pw(i)+Pbat(i)]为波动率计算时间段内采样点中风储联合出力最小值，Cap为并网运行的风电机组的总装机容量，Pw(i)+Pbat(i)为风储联合出力，Pw(i)为风电功率实际值，Pbat(i)为储能系统总功率需求值。
12.如权利要求10所述的控制模拟系统，其特征在于，所述校正模块判断风储联合出力的波动率是否满足风电并网要求包括：
判断abs[Pw(i)-(Pw(i-1)+Pbat(i-1)]＜Pbd是否成立；若成立，表示风储联合出力的波动率满足风电并网要求；若不成立，表示不满足要求，则计算储能系统总功率需求值，若成立，表示满足要求，则设置储能系统总功率需求值等于0。
式中，Pbd＝γ×Cap，Pbd为由波动率折算出的功率波动值，γ为被允许的波动率的百分值，Cap为并网运行的风电机组的总装机容量，abs[]表示取绝对值，Pw(i)、Pw(i-1)分别为i时刻、i-1时刻风电场实际出力值，Pbat(i-1)为i-1时刻储能系统实际出力值。
13.如权利要求10所述的控制模拟系统，其特征在于，当风储联合出力的波动率不满足风电并网要求时，所述校正模块计算储能系统总功率需求值包括：
总功率需求计算模块，用于通过下式计算储能系统总功率需求值：
当Pw(i)＞Pw(i-1)+Pbat(i-1)时，
当Pw(i)＜Pw(i-1)+Pbat(i-1)时，
式中，Pbd＝γ×Cap，Pbd为由波动率折算出的功率波动值，γ为事先设定的被允许的波动率的百分值，Cap为并网运行的风电机组的总装机容量，Pw(i)、Pw(i-1)分别为i时刻、i-1时刻风电场实际出力值，Pbat(i)为i时刻储能系统总功率需求值，Pbat(i-1)为i-1时刻储能系 统实际出力值。
约束限制模块，用于基于储能系统最大允许充放电功率约束，对修正后的储能系统总功率需求值进行如下限制：
若当前储能系统总功率需求值的绝对值大于储能系统最大允许充放电功率的绝对值时，将当前储能系统的出力目标值设置为储能系统最大允许充放电功率；否则不改变当前储能系统的出力目标值。
14.根据权利要求1所述的控制模拟系统，其特征在于，所述储能变流器模拟系统包括：
储能变流器通讯报文配置模块，用于根据储能变流器通信协议点表，生成储能变流器通讯报文配置文件；
储能变流器通讯报文收发模块，用于根据储能变流器通讯报文配置文件，调用与之相关的通信协、议模拟模块，产生储能变流器的通讯报文信息，并发送给储能监控模拟系统或外部通讯接口；还用于接收从储能监控模拟系统或外部通讯接口发出的遥控或遥调指令，并提示相关确认信息；
储能变流器通讯报文存储模块，用于根据储能变流器通讯报文配置文件生成储能变流器通讯报文存储数据库；还用于存储储能变流器通讯报文收发模块接收或发送的通讯报文信息。
15.根据权利要求1所述的控制模拟系统，其特征在于，所述储能系统模拟系统中包括：
储能系统通讯报文配置模块，用于根据储能系统通信协议点表，生成储能系统通讯报文配置文件；
储能系统通讯报文收发模块，用于根据储能系统通讯报文配置文件，调用与之相关的通信协议模拟模块，产生储能系统的通讯报文信息，并发送给储能监控模拟系统或外部通讯接口；还用于接收从储能监控模拟系统或外部通讯接口发出的遥控或遥调指令，并提示相关确认信息；
储能系统通讯报文存储模块，用于根据储能系统通讯报文配置文件，生成储能系统通讯报文存储数据库；还用于存储储能系统通讯报文收发模块接收或发送的通讯报文信息。
16.根据权利要求1所述的控制模拟系统，其特征在于，所述储能监控模拟系统中包括：
储能监控通讯报文配置模块，用于根据储能监控通信协议点表，生成储能监控通讯报文配置文件；
储能监控通讯报文收发模块，用于根据储能监控通讯报文配置文件，调用与之相关的通信协议模拟模块，产生储能监控系统的通讯报文信息，并发送给储能变流器模拟系统、电池储能系统模拟系统或外部通讯接口；还用于接收从储能变流器模拟系统、储能系统模拟系统或外部通讯接口发出的信息，并提示相关确认信息；
储能监控通讯报文存储模块，用于根据储能监控通讯报文配置文件，生成储能监控通讯报文存储数据库；还用于存储储能监控通讯报文收发模块接收或发送的通讯报文信息。
17.根据权利要求14～16任一所述的控制模拟系统，其特征在于，所述的通信协议模拟模块包括：
储能变流器通信协议模拟模块，用于根据储能变流器通讯报文配置文件，生成配置文件所指定的通讯协议及虚拟通讯接口，供储能变流器通讯报文收发模块调用；
储能系统通信协议模拟模块，用于根据储能系统通讯报文配置文件，生成配置文件所指定的通信协议及虚拟通讯接口，供储能系统通讯报文收发模块调用；和
储能监控通信协议模拟模块，用于根据储能监控通讯报文配置文件，生成配置文件所指定的通信协议及模拟通讯接口，供储能监控通讯报文收发模块调用。
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