CN105047966B - 液流电池多模式运行控制方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液流电池多模式运行控制方法及其系统，所述控制方法包括：确定液流电池系统的运行模式；获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；获得各电池系统子单元的SOC值，按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率；根据各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态。本发明能够根据不同的功率调度要求进行不同的运行模式，在无需配套其它二次电池的基础上，通过液流电池系统本身实现不同功率输出和响应能力的要求。

Description

液流电池多模式运行控制方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种液流电池技术领域，具体为一种液流电池多模式运行控制方法及其系统。
背景技术
液流电池具有安全性好、寿命长、蓄电容量大、功率与容量分离可调、选址自由和清洁环保等其它常规电池所不具备的诸多优点。实际应用时，液流电池可以广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电系统作为储能系统，使产生的电力能够连续稳定的输出；也可以用来对电网进行削峰填谷，将用电低谷的电力储存起来，在用电高峰时输出，以此来平衡电力供需；另外，还可以作为应急电源系统和备用电站等，被认为是最具商业化前景的储能技术之一。目前，多个国家已相继建成kW～MW级的液流电池示范系统，配套于太阳能、风能等可再生能源发电系统起到平滑输出、跟踪计划发电、平衡负荷和削峰填谷等作用。
在液流电池的电力系统应用中，综合液流电池系统实现的各项功能，可以将液流电池系统的功率输出模式分为两类：①短时的快速功率响应模式，这种模式要求液流电池系统具有快速的响应能力和功率变换能力，一般响应时间在秒级至分钟级；②长时的稳定功率输出模式，这种模式下，液流电池系统输出功率在一段时间内(分钟级至小时级)变化不大，要求液流电池系统具备较好的稳定性和系统效率。液流电池系统针对不同的功率输出模式需求应当具备相应的控制策略，目前现有技术中尚未存在有效的解决方案。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种液流电池多模式运行控制方法及其系统。
本发明的技术手段如下：
一种液流电池多模式运行控制方法，包括如下步骤：
步骤1：根据给定的液流电池系统功率调度值的变化确定液流电池系统的运行模式；所述功率调度值为充电功率调度值或放电功率调度值；
步骤2：通过预设时间内最大功率调度值获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统；
步骤3：获得各电池系统子单元的SOC值，按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
步骤4：根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值；
步骤5：根据各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态；
进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤11：每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值；
步骤12：将检测的功率调度值与预设功率进行比较，对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计；
步骤13：将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较，当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；
进一步地，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤21：获知预设时间内给定的液流电池系统最大功率调度值Pm；
步骤22：根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
进一步地，步骤3中按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系的步骤具体为：
若当前功率调度值为充电功率调度值，各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值，各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
进一步地，当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式时，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤41：确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
步骤42：根据或确定停止运行的电池系统子单元数量，其中m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
进一步地，当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式时，所述步骤4具体包括如下步骤：
若当前功率调度值为充电功率调度值时，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤i≤m-1、0≤l≤m-1、S[i]为第i个电池系统子单元的SOC值；
若当前功率调度值为放电功率调度值时，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤j≤m-1、0≤h≤m-1、S[j]为第j个电池系统子单元的SOC值；
进一步地，
当所确定的运行模式为第一运行模式时，所述步骤5具体包括如下步骤：
步骤51：控制或个电池系统子单元停止运行，其中m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
步骤52：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在35％～65％；
步骤53：调整运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
当所确定的运行模式为第二运行模式时，所述步骤5具体包括如下步骤：
步骤51：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在0％～100％；
步骤52：调整运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率等于所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率。
一种液流电池多模式运行控制系统，包括：
获得各电池系统子单元的SOC值的电池管理系统；
连接能量管理系统和电池管理系统的就地监控系统；
所述就地监控系统接收由能量管理系统给定的液流电池系统功率调度值，所述功率调度值为充电功率调度值或放电功率调度值；所述就地监控系统包括：
运行模式确定模块，用于根据给定的液流电池系统功率调度值的变化确定液流电池系统的运行模式；
数量获取模块，用于通过预设时间内最大功率调度值获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统；
排序及运行控制模块，若当前功率调度值为充电功率调度值时，用于将各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值时，用于将各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列；所述排序及运行控制模块还用于根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
功率确定模块，用于根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中的各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值；
所述排序及运行控制模块还用于根据所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态；
进一步地，所述运行模式确定模块按照以下过程实现液流电池系统运行模式的确定：
每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值，将检测的功率调度值与预设功率进行比较，对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计，将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较，当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；
进一步地，
数量获取模块根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率与下述得出的各电池系统子单元的充电功率结果或放电功率结果相适配，若当前功率调度值为充电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤i≤m-1、0≤l≤m-1、S[i]为第i个电池系统子单元的SOC值；若当前功率调度值为放电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤j≤m-1、0≤h≤m-1、S[j]为第j个电池系统子单元的SOC值。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的液流电池多模式运行控制方法及其系统，能够根据不同的功率调度要求进行不同的运行模式，在无需配套其它二次电池的基础上，通过液流电池系统本身实现不同功率输出和响应能力的要求，控制方式灵活，液流电池运行高效，提高了液流电池的响应性和整体运行效率，避免了当需要快速功率响应时，液流电池系统频繁启停和调节流量的问题，延长了液流电池系统的使用寿命。
附图说明
图1是本发明所述控制方法的流程图；
图2是本发明步骤1的流程图；
图3是本发明所述控制系统的结构框图；
图4是本发明电池系统子单元的最大充放电功率与荷电状态(SOC)之间的关系曲线示例图。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种液流电池多模式运行控制方法，包括如下步骤：
步骤1：根据给定的液流电池系统功率调度值的变化确定液流电池系统的运行模式；所述功率调度值为充电功率调度值或放电功率调度值；
步骤2：通过预设时间内最大功率调度值获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统；
步骤3：获得各电池系统子单元的SOC值，按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
步骤4：根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值；
步骤5：根据各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态；
进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤11：每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值；
步骤12：将检测的功率调度值与预设功率进行比较，对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计；
步骤13：将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较，当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；
进一步地，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤21：获知预设时间内给定的液流电池系统最大功率调度值Pm；
步骤22：根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
进一步地，步骤3中按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系的步骤具体为：
若当前功率调度值为充电功率调度值，各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值，各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
进一步地，当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式时，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤41：确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；具体地，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率，即运行中各电池系统子单元的充电功率均等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充电功率，运行中各电池系统子单元的放电功率均等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大放电功率；当应处于运行状态的电池系统子单元数量值确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于各自在当前荷电状态下的最大充放电功率，即运行中每一电池系统子单元的充电功率均等于该电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充电功率，运行中每一电池系统子单元的放电功率均等于该电池系统子单元在当前荷电状态下的最大放电功率，图4示出了本发明电池系统子单元的最大充放电功率与荷电状态(SOC)之间的关系曲线示例图，其中横轴表示电池系统子单元的荷电状态变化，纵轴表示电池系统子单元的最大充电功率与额定功率的比值变化，以及电池系统子单元的最大放电功率与额定功率的比值变化，通过该关系曲线示例可以得出任一电池系统子单元在不同荷电状态下的最大充放电功率，PCS表示储能逆变器；由于液流电池具有较强的过充、过放和过载能力(如瞬时多倍功率输入或输出)特性：即在进行初始设计时会预留一定的功率裕度和容量裕度，因此当液流电池荷电状态在35％至65％之间时，可以进行过载操作，能够使得电池系统子单元的充放电功率等于SOC值为50％时的最大充放电功率。
步骤42：根据或确定停止运行的电池系统子单元数量，其中m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；具体地，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值根据确定停止运行的电池系统子单元数量，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值根据确定停止运行的电池系统子单元数量，Pr1为第1个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、Pr2为第2个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、即(Pr1+Pr2+…Prn)为运行中各电池系统子单元在各自当前荷电状态下的最大充放电功率之和；
进一步地，当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式时，所述步骤4具体包括如下步骤：
若当前功率调度值为充电功率调度值时，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤i≤m-1、0≤l≤m-1、S[i]为第i个电池系统子单元的SOC值；
若当前功率调度值为放电功率调度值时，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤j≤m-1、0≤h≤m-1、S[j]为第j个电池系统子单元的SOC值；
进一步地，
当所确定的运行模式为第一运行模式时，所述步骤5具体包括如下步骤：
步骤51：控制或个电池系统子单元停止运行，其中m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率，具体地，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值控制个电池系统子单元停止运行，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值控制个电池系统子单元停止运行，Pr1为第1个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、Pr2为第2个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、即(Pr1+Pr2+…Prn)为各电池系统子单元在各自当前荷电状态下的最大充放电功率之和；
步骤52：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在35％～65％；
步骤53：调整运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
当所确定的运行模式为第二运行模式时，所述步骤5具体包括如下步骤：
步骤51：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在0％～100％；
步骤52：调整运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率等于所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率。
如图3所示的一种液流电池多模式运行控制系统，包括：获得各电池系统子单元的SOC值的电池管理系统；连接能量管理系统和电池管理系统的就地监控系统；所述就地监控系统接收由能量管理系统给定的液流电池系统功率调度值，所述功率调度值为充电功率调度值或放电功率调度值；所述就地监控系统包括：运行模式确定模块，用于根据给定的液流电池系统功率调度值的变化确定液流电池系统的运行模式；数量获取模块，用于通过预设时间内最大功率调度值获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统；排序及运行控制模块，若当前功率调度值为充电功率调度值时，用于将各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值时，用于将各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列；所述排序及运行控制模块还用于根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；功率确定模块，用于根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中的各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值；所述排序及运行控制模块还用于根据所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态；进一步地，所述运行模式确定模块按照以下过程实现液流电池系统运行模式的确定：每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值，将检测的功率调度值与预设功率进行比较，对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计，将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较，当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；进一步地，数量获取模块根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率与下述得出的各电池系统子单元的充电功率结果或放电功率结果相适配，若当前功率调度值为充电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤i≤m-1、0≤l≤m-1、S[i]为第i个电池系统子单元的SOC值；若当前功率调度值为放电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤j≤m-1、0≤h≤m-1、S[j]为第j个电池系统子单元的SOC值；本发明功率调度值由能量管理系统给定并下发；液流电池系统各电池系统子单元可通过储能逆变器实现充放电。所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统，相当于一个小规模的液流电池系统，当电池系统子单元具有多个电堆时，多个电堆之间为串联和/或并联结构。
本发明所述多模式运行控制系统，首先利用就地监控系统的运行模式确定模块通过以下过程来确定液流电池系统的运行模式，具体地，运行模式确定模块可以包括：
每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值的检测子模块；
将检测的功率调度值与预设功率进行比较的第一比较子模块；
对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计的累计子模块；
将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较的第二比较子模块；当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；
确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式或第二运行模式之后，由数量获取模块根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中Pm为预设时间内给定的液流电池系统最大功率调度值、K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；当所确定的运行模式为第一运行模式时，预设系数K取值为1.1～1.8；当所确定的运行模式为第二运行模式时，预设系数K取值为1.1～1.3。
同时，电池管理系统一直在检测并获得液流电池系统各电池系统子单元的SOC值，并由排序及运行控制模块首先进行排序操作，具体为：若当前功率调度值为充电功率调度值时，将各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值时，将各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列，之后，排序及运行控制模块根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行，该相应数量为之前获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值m。
然后，由功率确定模块，根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中的各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值，具体地，当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式，功率确定模块确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率，即在第一运行模式下，液流电池系统各电池系统子单元均以较大功率运行，保证短时功率要求和快速响应能力；所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率与下述得出的各电池系统子单元的充电功率结果或放电功率结果相适配，若当前功率调度值为充电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl；得出的第l个电池系统子单元的充电功率Pl，0≤l≤m-1，即为所确定的电池系统子单元的充电功率；若当前功率调度值为放电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph；得出的第h个电池系统子单元的放电功率Ph，0≤h≤m-1，即为所确定的电池系统子单元的放电功率。
本发明所述排序及运行控制模块还根据所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态，当所确定的运行模式为第一运行模式，排序及运行控制模块控制各电池系统子单元的运行状态的过程具体为：排序及运行控制模块控制或个电池系统子单元停止运行，具体地，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值控制个电池系统子单元停止运行，当应处于运行状态的电池系统子单元数量值控制个电池系统子单元停止运行，Pr1为第1个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、Pr2为第2个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、即(Pr1+Pr2+…Prn)为运行中各电池系统子单元在各自当前荷电状态下的最大充放电功率之和，m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率，并调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在35％～65％，调整运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自的最大充放电功率，以及控制运行中各电池系统子单元的电解液流量保持在恒定流量；当所确定的运行模式为第二运行模式，排序及运行控制模块控制各电池系统子单元的运行状态的过程具体为：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在0％～100％，调整运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率等于所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率，充电功率为前述得出的第l个电池系统子单元的充电功率Pl，0≤l≤m-1，放电功率为前述得出的第h个电池系统子单元的放电功率Ph，0≤h≤m-1，并根据运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率的变化对应调节电解液流量。
假设将本发明所述液流电池多模式运行控制系统应用于作为风电场储能系统的液流电池系统中，该液流电池系统包括多个电池系统子单元，各电池系统子单元之间并联，检测子模块每隔5min检测给定的液流电池系统功率调度值(功率调度值为放电功率调度值)，同时在预设时间如30min内统计所检测的功率调度值大于预设功率的累计次数，假设30min内检测的功率调度值分别为600kW、700kW、750kW、450kW、700kW，预设功率为500kW,那么预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数为4次，假设次数阈值为3，那么此种情况下应确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，然后利用公式获得应处于运行状态的电池组数量值m，如上所述，预设时间内给定的液流电池系统最大功率调度值Pm为750kW，设定系数K取值为1.5，电池系统子单元当SOC值为50％时的最大放电功率Pr为300kW，则对3.75上取整得到应处于运行状态的电池组数量值m为4，然后将各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列，然后排列结果的前4个电池系统子单元启动运行，控制这4个电池系统子单元的放电功率均等于300kW，若当前给定的功率调度值Pf等于500kW，则排序及运行控制模块控制个电池系统子单元停止运行，并调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在35％～65％；同样地，若预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数小于3，则应确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式。
在第一运行模式下，运行中各电池系统子单元的电解液流量保持在恒定流量下，能够保证输出的快速响应；运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在35％～65％，使得液流电池始终具有充放电功率变化的能力。在第二运行模式下，根据运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率的变化对应调节电解液流量，能够实现效率最大化，降低内耗；运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在0％～100％，保证液流电池最大的容量利用范围。
本发明提供的液流电池多模式运行控制方法及其系统，能够根据不同的功率调度要求进行不同的运行模式，在无需配套其它二次电池的基础上，通过液流电池系统本身实现不同功率输出和响应能力的要求，控制方式灵活，液流电池运行高效，提高了液流电池的响应性和整体运行效率，避免了当需要快速功率响应时，液流电池系统频繁启停和调节流量的问题，延长了液流电池系统的使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液流电池多模式运行控制方法，其特征在于所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：根据给定的液流电池系统功率调度值的变化确定液流电池系统的运行模式；所述功率调度值为充电功率调度值或放电功率调度值；所述步骤1具体包括如下步骤：步骤11：每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值；步骤12：将检测的功率调度值与预设功率进行比较，对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计；步骤13：将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较，当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；
步骤2：通过预设时间内最大功率调度值获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统；
步骤3：获得各电池系统子单元的SOC值，按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
步骤4：根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值；
步骤5：根据各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态。
2.根据权利要求1所述的液流电池多模式运行控制方法，其特征在于所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤21：获知预设时间内给定的液流电池系统最大功率调度值Pm；
步骤22：根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量。
3.根据权利要求1所述的液流电池多模式运行控制方法，其特征在于步骤3中按照SOC值的大小顺序排列各电池系统子单元的顺序关系的步骤具体为：
若当前功率调度值为充电功率调度值，各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值，各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列，根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行。
4.根据权利要求1所述的液流电池多模式运行控制方法，其特征在于当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式时，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤41：确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
步骤42：根据或确定停止运行的电池系统子单元数量，其中m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量。
5.根据权利要求1所述的液流电池多模式运行控制方法，其特征在于当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式时，所述步骤4具体包括如下步骤：
若当前功率调度值为充电功率调度值时，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤i≤m-1、0≤l≤m-1、S[i]为第i个电池系统子单元的SOC值；
若当前功率调度值为放电功率调度值时，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤j≤m-1、0≤h≤m-1、S[j]为第j个电池系统子单元的SOC值。
6.根据权利要求1所述的液流电池多模式运行控制方法，其特征在于，
当所确定的运行模式为第一运行模式时，所述步骤5具体包括如下步骤：
步骤51：控制或个电池系统子单元停止运行，其中m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、Pf为当前给定的功率调度值、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
步骤52：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在35％～65％；
步骤53：调整运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
当所确定的运行模式为第二运行模式时，所述步骤5具体包括如下步骤：
步骤51：调节运行中各电池系统子单元的荷电状态维持在0％～100％；
步骤52：调整运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率等于所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率。
7.一种液流电池多模式运行控制系统，其特征在于所述控制系统包括：
获得各电池系统子单元的SOC值的电池管理系统；
连接能量管理系统和电池管理系统的就地监控系统；
所述就地监控系统接收由能量管理系统给定的液流电池系统功率调度值，所述功率调度值为充电功率调度值或放电功率调度值；所述就地监控系统包括：
运行模式确定模块，用于根据给定的液流电池系统功率调度值的变化确定液流电池系统的运行模式；所述运行模式确定模块按照以下过程实现液流电池系统运行模式的确定：每隔预设时间间隔检测给定的液流电池系统功率调度值，将检测的功率调度值与预设功率进行比较，对功率调度值大于预设功率的比较结果进行累计，将预设时间内功率调度值大于预设功率的累计次数与次数阈值进行比较，当所述累计次数大于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第一运行模式，当所述累计次数小于等于次数阈值时确定液流电池系统的运行模式为第二运行模式；
数量获取模块，用于通过预设时间内最大功率调度值获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值；所述电池系统子单元包括至少一个电堆、正极储罐、负极储罐、循环泵和管路系统；
排序及运行控制模块，若当前功率调度值为充电功率调度值时，用于将各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列，若当前功率调度值为放电功率调度值时，用于将各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列；所述排序及运行控制模块还用于根据排列结果控制顺序在前的相应数量的电池系统子单元运行；
功率确定模块，用于根据所确定的液流电池运行模式，以及运行中的各电池系统子单元的荷电状态和当前功率调度值来确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率，并保证运行中的电池系统子单元的总充电功率值或总放电功率值等于当前给定的液流电池系统功率调度值；
所述排序及运行控制模块还用于根据所确定的各电池系统子单元的充电功率或放电功率，结合所确定的液流电池系统运行模式来控制各电池系统子单元的运行状态。
8.根据权利要求7所述的液流电池多模式运行控制系统，其特征在于，
数量获取模块根据公式或获得应处于运行状态的电池系统子单元数量值m，其中K为设定系数、Pr为电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率、Prn为第n个电池系统子单元在当前荷电状态下的最大充放电功率、n为电池系统子单元总数量；
所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第一运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充放电功率等于电池系统子单元当SOC值为50％时的最大充放电功率或各自在当前荷电状态下的最大充放电功率；
所述功率确定模块当所确定的液流电池系统运行模式为第二运行模式，确定运行中各电池系统子单元的充电功率或放电功率与下述得出的各电池系统子单元的充电功率结果或放电功率结果相适配，若当前功率调度值为充电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的升序进行排列得到的结果，利用公式得出第l个电池系统子单元的充电功率Pl，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤i≤m-1、0≤l≤m-1、S[i]为第i个电池系统子单元的SOC值；若当前功率调度值为放电功率调度值，根据各电池系统子单元按照SOC值的降序进行排列得到的结果，利用公式得出第h个电池系统子单元的放电功率Ph，其中Pf为当前给定的功率调度值、m为所获得的应处于运行状态的电池系统子单元数量值、0≤j≤m-1、0≤h≤m-1、S[j]为第j个电池系统子单元的SOC值。
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