CN106208114A - 一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种备用电源储能化应用的自动控制方法。该方法在保证柴油发电机和蓄电池组安全备电的情况下，利用蓄电池可充可放的运行特性，平滑可再生能源输出功率波动，配合可再生能源或临时性负荷接入电网；或让蓄电池削峰填谷运行，即峰时适度放电对系统供电、谷时对电池补充电，一则让备用电源系统备电更安全、更环保、更经济；再则可收益调峰电价差，节省备电成本，甚至可实现“零成本”备电。从而激活备用电源系统大量沉淀的蓄电池资源，保证电网的稳定运行。降低储能系统成本，同时实现自备电源的储能化应用。

Description

一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法

技术领域

本发明属于电网应用领域，具体涉及到一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法。

背景技术

世界上还没有可保证供电不间断的地区电网。当电网因种种原因全网崩溃时，建筑物电气装置的电网电源回路再多也不能保证供电的不间断。为此目前世界上众多的公共建筑物的电气装置都设置了独立于电网电源的自备电源。一般都采用柴油发电机和蓄电池来作为备用电源。

这些备用电源设备日常不运行，在公共电网出现故障后再启动。在电力条件不断改善的今天，很多电力情况较好地区的通信、电力等行业所用备用电源系统，其所用蓄电池在寿命期内长期处于闲置状态，极少放电，造成了资源的极大浪费。电力条件较好的经济发达地区，电力峰谷差较大，电网效率低，电价普遍较高。同时，一些间歇性的可再生能源发电接入电网或者临时性大负荷接入电网会引起电网频率波动，进而增加电网调频、调压、运行调度等辅助服务负担，造成电网运行成本的增加；当功率波动超出电力系统调峰能力范围时，还将进一步导致电力系统频率越限，严重威胁电力系统的安全运行。

现有技术中常规的平滑联络线功率及削峰填谷的控制方法未考虑其公共电网是否正常供电的情况，另外以往的储能控制方法未考虑储能备电的作用，因此储能充放电基本都是满充满放，无备用电源储能化应用的控制方法，

发明内容

本发明提供了一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，让备用电源系统备电更安全、更环保、更经济；可收益调峰电价差，节省备电成本，甚至可实现“零成本”备电，从而激活备用电源系统大量沉淀的蓄电池资源，保证电网的稳定运行。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：利用备用电源中蓄电池可充可放的运行特性，平滑可再生能源输出功率波动，配合可再生能源或临时性负荷接入电网；同时让蓄电池削峰填谷运行，即用电高峰时适度放电对系统供电、用电低谷时对电池补充电，

进一步的，具体控制步骤为：

(1)设定检测点及检测步长，检测公共电网频率；

(2)当公共电网的频率超出规定允许的波动范围，对功率输出样本数据进行低通滤波；计算蓄电池的输出功率；根据输出功率的正负值确定蓄电池的充放电，当输出功率为正值时，蓄电池放电平滑波动放电功率；输出功率为负值且电网处于低谷期时，给蓄电池充电；

(3)当公共电网的频率未超出规定允许的波动范围，公共电网处于低谷期时，则电网给蓄电池充电；公共电网处于高峰期时，则蓄电池放电与公共电网共同补偿负荷。

更进一步的，为延长蓄电池的使用寿命，设定蓄电池的充放时间周期和充放时间点；

当所述检测点和充放时间点重合时，所述具体控制步骤的步骤(2)和步骤(3)中，蓄电池放电深度为蓄电池最小SOC；

当所述检测点和充放时间点不重合时，所述具体控制步骤的步骤(2)和步骤(3)中，蓄电池放电深度为修正后的蓄电池最小SOC，即 MinSOC_{bat_correct}；

${\mathrm{MinSOC}}_{bat\_correct}=\frac{t_{bat\_2}\×({\mathrm{MaxSOC}}_{bat}-{\mathrm{MinSOC}}_{bat})\×P_{load\_2}}{t_{bat\_1}{P}_{bat}}+{\mathrm{MinSOC}}_{bat};$

其中，P_bat为备用蓄电池的容量为P_bat，P_{load_2}为公共电网内必须持续不间断供电的负荷，t_{bat_1}为蓄电池在电网故障时的放电时间，t_{bat_2}为蓄电池在放电后的剩余电量能维持P_{load_2}的供电时间，MaxSOC_bat为蓄电池最大SOC，MinSOC_bat为蓄电池最小SOC。

更进一步的，步骤(1)在检测公共电网频率前，先检测公共电网的状态，当检测到公共电网有故障发生不能持续供电：

①当柴油发电机的运行功率为满功率，则由柴油发电机补偿所有重要负荷；

②当柴油发电机不是满功率运行，则由蓄电池放电补偿必须持续供电的重要负荷。

更进一步的，步骤(2)所述蓄电池的输出功率计算方法为：该检测周期内通过低通滤波后的净负荷值减去该检测周期内的净负荷值。

更进一步的，步骤(2)和(3)中所述蓄电池放电前，需判断其SOC是否大于其放电深度，是则放电，否则不充不放。

再进一步的，SOC大于其放电深度，则放电功率等于SOC减去其放电深度。

更进一步的，步骤(2)和(3)中所述蓄电池充电前，需判断其SOC是否小于其最大SOC，是则充电，否则不充不放。

再进一步的，SOC小于其最大SOC，则充电功率为最大SOC减去SOC。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明提出一种备用电源储能化应用的控制方法；该方法可实现在不影 响备用电源正常备电的情况下，平滑公共电网联络线功率及削峰填谷；通过该方法的应用，一则让备用电源系统备电更安全、再则可收益调峰电价差，节省备电成本，甚至可实现“零成本”备电。从而激活备用电源系统大量沉淀的蓄电池资源，保证电网的稳定运行。

附图说明

图1是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是：

像宾馆、商业办公楼、医院、机场、超算中心等公共建筑，一旦公共电网故障则可能导致生命财产的巨大损失，因此这类建筑都配有备用电源，应对公共电网故障时建筑内的重要负荷的持续供电。由于备用电源长期处于闲置状态，造成极大的浪费。

本发明要解决的问题在于要实现备用电源的储能化应用，同时与备用电源的安全备电不冲突。

一般建筑内消防电气系统的卷帘门、消防泵等设备的电力供应出现故障， 是允许有一定的转换电压时间，但必须采取一切有效措施来保证这一应急电源的不间断供电，不然后果不堪设想。而一些疏散照明及调度控制中心的电力供应是必须不间断的。

1、名词及边界条件设定

假设建筑内的重要负荷为P_load，公共电网出现故障时允许有一定转换电压时间的重要负荷为P_{load_1}，必须持续不间断供电的负荷为P_{load_2}，其中：P_load＝P_{load_1}+P_{load_2}；

备用柴油发电机的容量为P_dsl，为保证临时重要负荷的正常供电，一般备用柴发的容量会大于建筑内重要负荷，即：P_dsl≥P_load；

备用蓄电池的容量为P_bat，设蓄电池在电网故障时的放电时间为t_{bat_1}小时，一般t_{bat_1}＝1.5或者t_{bat_1}＝2，一般根据蓄电池所需的供电时长来设定。为保证临时必须不间断供电的重要负荷的正常供电，一般备用蓄电池的容量会大于建筑内必须不间断供电的负荷，即：P_bat≥t_{bat_1}×P_{load_2}；

较大的充放电电流、电池过充和过放等对电池的伤害较大，因此，需要对电池的充放电电流、电池电压以及SOC(荷电状态)三个指标进行监控，并分别设定限值。

蓄电池的充放电电流分别为：I_charge、I_discharge；蓄电池的最大充电电流和最大放电电流分别为：MaxI_charge、MaxI_discharge；其中运行约束条件为：I_charge＜MaxI_charge，I_discharge＜MaxI_discharge；

蓄电池端口电压为：V_battery；蓄电池端口的最大电压和最小电压为：MaxV_battery、MinV_battery；其中运行约束条件为：MinV_battery＜V＜MaxV_battery；

蓄电池最大SOC和最小SOC分别为：MaxSOC_bat，MinSOC_bat；其中运行约束条件为：MaxSOC_bat＞SOC＞MinSOC_bat；

柴油发电机的启动时间为：t_dsl；

柴油发电机的最佳运行功率：P_{dsl_best}；

2、控制方法：

(1)在公共电网正常供电时，接入间歇性的可再生能源系统会引起电网频率波动(国家标准GB/T15945—1995《电力系统频率允许偏差》规定以50Hz正弦波作为我国电力系统的标准频率(工频),并规定电力系统正常的频率标准为50Hz±0.2Hz.)。超出频率波动范围将会为用电设备造成影响，严重时会导致电网瘫痪。因此本发明研究控制蓄电池的放电来平滑联络线的功率波动。

1)选择合理的可再生能源输出功率样本数据，样本数据片段的长度选择需要尽可能满足片段内蓄电池的放电量与充电量大致相等(扣除充放电功率损耗)。当满足这一必要条件时，可以保证储能平滑样本数据片段时的初始能量和结束时能量大体相等。

2)通过数据分析，选择合适的蓄电池及对应的补偿频率。将净负荷功率信号通过低通滤波器可得到目标输出功率(可再生能源、负荷与储能的合成输出功率)，减去净负荷功率可得到储能充放电指令。

(2)当大电网在负荷高峰期时，本发明研究控制闲置的蓄电池放电来缓解大电网在高峰负荷时的供电压力；大电网在负荷负荷低谷时期时，控制电网可以向蓄电池充电。

(3)一般柴油发电机组从启动到发电稳定，进口机组约在5-15秒，国产机组在15-30秒，因此本发明设计当公共电网出现故障后，立即启动柴油发电机补偿P_load的供电。

设柴油发电机从启动到稳定时间为t_dsl，t_dsl这段时间P_{load_2}由蓄电池持续补偿。当柴油发电机稳定运行后，柴油发电机补偿全部重要负荷，蓄电池停 止放电。

(4)为了在应用保证备用蓄电池时的正常备电，本发明必须保证蓄电池在放电后的剩余电量能维持P_{load_2}的供电t_{bat_2}小时，一般t_{bat_2}≥t_dsl。

(5)本发明给出一个修正后的最小SOC，提高蓄电池的最大放电深度，为：MinSOC_{bat_correct}，其中，

(6)本发明以每秒为一个采样点做一个仿真步长，采样周期为一年，共计31536000个点，设采样点为t，(t＝1,2,……,31536000)。

(7)公共电的网高峰期A₁，时段为每天的a时到b时；中平期A₂，时段为每天的c时到d时；低谷期A₃，时段为每天的e时到f时(a到f时共计一天24小时)。

(8)为延长蓄电池的使用寿命，本发明设定蓄电池每30天(2592000个采样点)满充满放一次，即当t_sample＝j×2592000，(j＝1,2,……,12)时，蓄电池的放电深度为MinSOC_bat。

(9)控制逻辑

1)检测公共电网在该步长内的状态，当公共电网无故障发生，判断该步长是否为电池满充满放的时间，当t≠t_sample，则：

①检测公共电网频率，当频率超出规定允许的波动范围：

a、对功率输出样本数据P_sample进行低通滤波。

b、计算蓄电池的输出功率P_bat[i]，P_bat[i]＝P_load[i]-P_sample[i](i＝1,2,……,n)；其中：P_load[i]表示第i个采样周期通过低通滤波后的净负荷值，P_sample[i]表示第i个采样周期的净负荷值。

c、根据P_bat[i]的正负值关系确定蓄电池的充放电，当P_bat[i]＞0时，蓄电池 放电补偿，蓄电池放电深度为MinSOC_{bat_correct}；

d、当该步长内P_bat[i]＜0且电网处于低谷期A₃时，给蓄电池充电。

②当公共电网的频率未超出规定允许的波动范围，判断公共电网在该步长内的供电时段；

a、当公共电网处于低谷期A₃，则电网给蓄电池充电；

b、当公共电网处于高峰期A₁，则蓄电池放电与公共电网共同补偿负荷，蓄电池放电深度为MinSOC_{bat_correct}；

2)当该步长t＝t_sample，则：

①检测公共电网频率，当频率超出规定允许的波动范围：

a、对功率输出样本数据P_sample进行低通滤波。

b、计算蓄电池的输出功率P_bat[i]，P_bat[i]＝P_load[i]-P_sample[i](i＝1,2,……,n)；其中：P_load[i]表示第i个采样周期通过低通滤波后的净负荷值，P_sample[i]表示第i个采样周期的净负荷值。

c、根据P_bat[i]的正负值关系确定蓄电池的充放电，当P_bat[i]＞0时，蓄电池放电补偿，蓄电池放电深度为MinSOC_bat；

d、当该步长内P_bat[i]＜0且电网处于低谷期A₃时，给蓄电池充电。

②当公共电网的频率未超出规定允许的波动范围，判断公共电网在该步长内的供电时段；

a、当公共电网处于低谷期A₃，则电网给蓄电池充电；

b、当公共电网处于高峰期A₁，则蓄电池放电与公共电网共同补偿负荷，蓄电池放电深度为MinSOC_bat；

3)当检测到公共电网有故障发生不能持续供电：

①当柴油发电机的运行功率为满功率，则由柴油发电机补偿所有重要负荷P_load；

②当柴油发电机不是满功率运行，则由蓄电池放电补偿必须持续供电的重要负荷P_{load_2}；

4)结束这一步长内的控制流程返回至下一步长进行控制。

本发明的关键点是提出一种控制策略实现了公共建筑里备用电源的储能化应用，综合考虑备用电源的正常备电、当公共电网的联络线功率有波动时、当电力峰谷差较大，电网效率低，电价普遍较高时，该控制方法均能有效做出相应措施，充分利用蓄电池的特性，在激活备用电源系统大量沉淀的蓄电池资源同时，还保证了电网的稳定运行，降低系统成本。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：利用备用电源中蓄电池可充可放的运行特性，平滑可再生能源输出功率波动，配合可再生能源或临时性负荷接入电网；同时让蓄电池削峰填谷运行，即用电高峰时适度放电对系统供电、用电低谷时对电池补充电。

2.根据权利要求1所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：具体控制步骤为：

(1)设定检测点及检测步长，检测公共电网频率；

(2)当公共电网的频率超出规定允许的波动范围，对功率输出样本数据进行低通滤波；计算蓄电池的输出功率；根据输出功率的正负值确定蓄电池的充放电，当输出功率为正值时，蓄电池放电平滑波动放电功率；输出功率为负值且电网处于低谷期时，给蓄电池充电；

(3)当公共电网的频率未超出规定允许的波动范围，公共电网处于低谷期时，则电网给蓄电池充电；公共电网处于高峰期时，则蓄电池放电与公共电网共同补偿负荷。

3.根据权利要求2所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：为延长蓄电池的使用寿命，设定蓄电池的充放时间周期和充放时间点；

当所述检测点和充放时间点重合时，所述具体控制步骤的步骤(2)和步骤(3)中，蓄电池放电深度为蓄电池最小SOC；

当所述检测点和充放时间点不重合时，所述具体控制步骤的步骤(2)和步骤(3)中，蓄电池放电深度为修正后的蓄电池最小SOC，即MinSOC_{bat_correct}；

其中，P_bat为备用蓄电池的容量为P_bat，P_{load_2}为公共电网内必须持续不间断供电的负荷，t_{bat_1}为蓄电池在电网故障时的放电时间，t_{bat_2}为蓄电池在放电后的剩余电量能维持P_{load_2}的供电时间，MaxSOC_bat为蓄电池最大SOC，MinSOC_bat为蓄电池最小SOC。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：步骤(1)在检测公共电网频率前，先检测公共电网的状态，当检测到公共电网有故障发生不能持续供电：

①当柴油发电机的运行功率为满功率，则由柴油发电机补偿所有重要负荷；

②当柴油发电机不是满功率运行，则由蓄电池放电补偿必须持续供电的重要负荷。

5.根据权利要求2或3所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：步骤(2)所述蓄电池的输出功率计算方法为：该检测周期内通过低通滤波后的净负荷值减去该检测周期内的净负荷值。

6.根据权利要求2或3所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：步骤(2)和(3)中所述蓄电池放电前，需判断其SOC是否大于其放电深度，是则放电，否则不充不放。

7.根据权利要求6所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：SOC大于其放电深度，则放电功率等于SOC减去其放电深度。

8.根据权利要求2或3所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用控制方法，其特征在于：步骤(2)和(3)中所述蓄电池充电前，需判断其SOC是否小于其最大SOC，是则充电，否则不充不放。

9.根据权利要求8所述的一种基于储能正常备电基础上的多场景应用 控制方法，其特征在于：SOC小于其最大SOC，则充电功率为最大SOC减去SOC。