CN106655526A - 一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法 - Google Patents

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刘平平
刘杰
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Abstract

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法。一种大规模全钒液流电池储能电站，包括m条并联的支路；所述每条支路包括：一台变压器、一台PCS和n条并联的电池组支路；每条电池组支路包括：一台DC/DC、w个串联全钒液流电池单元、一个均衡电容、开关阵列组成。电站的控制方法是按比例分配给每条支路、每个电池单元不同的充放电功率。本发明优点在于：拓扑结构可以便于储能电站的大规模集成，提高集成电站的运行效率，控制方法可以均衡电池单元荷电状态，延缓其寿命衰减。

Description

一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法
技术领域：
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法。
背景技术：
近年来，大规模风电和光伏得到快速的发展，但其接入也给电力系统带来新的问题，储能技术被认为是解决这些问题的有效途径之一，全钒液流电池具有储能规模易调节、安全性高等优点，是比较具有发展前景的储能类型之一。如附图4所示，全钒液流电池是将具有不同价态的钒离子溶液储存在正极和负极的电解液储罐中，电池充放电时，泵将电解液泵至电池堆进行氧化还原反应，通过多个电堆模块的串并联实现全钒液流电池系统功率和容量的增加，模块化系统集成技术是全钒液流电池研发的重要方向。
大规模全钒液流电池储能电站通常由若干电池单元串并联组合而成，由于硬件设备、工作环境等的不同，会造成各单元之间出现不均衡的状况。但是，目前的储能电站工作策略通常是由各个电池单元平均出力，这种充放电策略会导致电池单元的荷电状态不均衡，影响储能电池的效率和使用寿命。因此，为实现大规模全钒液流电池系统的模块化集成和协调控制，需要提供一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法，实现储能电站内部各个全钒液流电池单元荷电状态的均衡，以延长其使用寿命，提高其经济性。
发明内容：
本发明提供一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法。具体技术方案如下：
一种大规模全钒液流电池储能电站，包括m条并联的支路，m的数值大于或等于2；所述每条支路包括：一台变压器、一台PCS和n条并联的电池组支路，n的数值大于或等于2；每条电池组支路包括：一台DC/DC、w个串联全钒液流电池单元、一个均衡电容、开关阵列组成，w的数值大于或等于2。
作为优选方案之一，所述每个全钒液流电池单元具有独立的泵、电池堆和储液罐。
作为优选方案之二，PCS的功率等级为1MW，每个全钒液流电池单元的功率为p，其中n*w*p的数值大于或等于1MW，且小于或等于1.1MW。
上述电池储能电站的控制方法，包括以下几个步骤：
步骤1：采集每个全钒液流电池单元的SOCijk，在此基础上，计算每台DC/DC下串联电池组总的SOCij，以及每台PCS下并联支路总的SOCi；
步骤2：判断每台PCS的总SOCi是否超过临界约束；对于超过临界约束的支路，不分配充放电功率；对于不超过临界约束的支路，按比例分配给每台PCS不同的充放电功率；
步骤3：判断每台DC/DC的总SOCij是否超过临界约束；对于超过临界约束的支路，不分配充放电功率；对于不超过临界约束的支路，按比例分配给每台DC/DC不同的充放电功率；
步骤4：每个串联电池组的开关阵列进行开断控制，使得串联电池组内每个全钒液流电池单元的SOC达到均衡。
作为控制方法的优选方案之一，所述步骤2的具体过程为：
步骤201：判断每台PCS下并联支路总的SOC是否超过充放电上下限值；
步骤202：若所有PCS下并联支路总的SOC不超过充放电上下限值，则每台PCS的充放电功率为
步骤203：若有PCS下并联支路总的SOC超过充放电上下限值，则越限的PCS不充放电，其余每台PCS的充放电功率为其中I为除越限的SOC外的其他支路的标号。
作为控制方法的优选方案之二，所述步骤3的具体过程为：
步骤301：判断每台DC/DC下并联支路总的SOC是否超过充放电上下限值；
步骤302：若所有DC/DC下并联支路总的SOC不超过充放电上下限值，则每台DC/DC的充放电功率为
步骤303：若有DC/DC下并联支路总的SOC超过充放电上下限值，则越限的DC/DC不充放电，其余每台DC/DC的充放电功率为其中J为除越限的SOC外的其他支路的标号。
作为控制方法的优选方案之三，所述步骤4的具体过程为：
步骤401：计算每个串联电池组的平均SOC，
步骤402：对开关阵列进行开断控制，使大于的全钒液流电池单元放电小于的全钒液流电池单元充电
本发明提供的一种大规模全钒液流电池储能电站及其控制方法，其优点在于：
(一)储能电站的拓扑结构可以便于储能电站大规模集成，提高集成电站的运行效率。
(二)整个电站根据下达的充放电指令进行功率分配，根据每个液流电池单元在充放电过程中产生的荷电状态(SOC)的差异，分配给每条PCS并联支路不同的充放电功率，再向下分配给每条DC/DC并联支路，且对每条电池组串联开关阵列进行控制以均衡每个液流电池单元的SOC。该均衡方法可以避免将功率平均分配给个并联支路的传统方法，可以减少液流电池的过充过放次数，确保每组电池运行在安全稳定的工作区间，有效延长电池的使用寿命，降低全钒液流电池储能电站的综合度电成本，提高电池使用的经济性。
附图说明：
图1本发明全钒液流电池储能电站的拓扑结构。
图2本发明实施例中控制方法流程图。
图3本发明实施例中串联全钒液流电池单元的结构示意图。
图4本发明用全钒液流电池原理示意图。
具体实施方式：
实施例：
对照图1、图3，一种大规模全钒液流电池储能电站，包括m条并联的支路，m的数值大于或等于2；所述每条支路包括：一台变压器、一台PCS和n条并联的电池组支路，n的数值大于或等于2；每条电池组支路包括：一台DC/DC、w个串联全钒液流电池单元、一个均衡电容、开关阵列组成，w的数值大于或等于2。
上述PCS的功率等级为1MW，每个全钒液流电池单元的功率为p，其中n*w*p等于或略大于1MW，以留有一定裕量，裕量不超过10％；上述每个全钒液流电池单元具有独立的泵、电池堆和储液罐。
图2为本实施例均衡控制方法流程图，具体包括以下几个步骤：
步骤1：采集每个全钒液流电池单元的SOCijk，在此基础上，计算每台DC/DC下串联电池组总的SOCij，以及每台PCS下并联支路总的SOCi；
步骤201：判断每台PCS下并联支路总的SOC是否超过充放电上下限值；
步骤202：若所有PCS下并联支路总的SOC不超过充放电上下限值，则每台PCS的充放电功率为
步骤203：若有PCS下并联支路总的SOC超过充放电上下限值，则越限的PCS不充放电，其余每台PCS的充放电功率为其中I为除越限的SOC外的其他支路的标号；
步骤301：判断每台DC/DC下并联支路总的SOC是否超过充放电上下限值；
步骤302：若所有DC/DC下并联支路总的SOC不超过充放电上下限值，则每台DC/DC的充放电功率为
步骤303：若有DC/DC下并联支路总的SOC超过充放电上下限值，则越限的DC/DC不充放电，其余每台DC/DC的充放电功率为其中J为除越限的SOC外的其他支路的标号；
步骤401：计算每个串联电池组的平均SOC，
步骤402：对开关阵列进行开断控制，使大于的全钒液流电池单元放电小于的全钒液流电池单元充电
以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种大规模全钒液流电池储能电站，其特征在于，包括m条并联的支路，m的数值大于或等于2；所述每条支路包括：一台变压器、一台PCS和n条并联的电池组支路，n的数值大于或等于2；每条电池组支路包括：一台DC/DC、w个串联全钒液流电池单元、一个均衡电容、开关阵列组成，w的数值大于或等于2。
2.根据权利要求1所述一种大规模全钒液流电池储能电站，其特征在于，所述每个全钒液流电池单元具有独立的泵、电池堆和储液罐。
3.根据权利要求1所述一种大规模全钒液流电池储能电站，其特征在于，PCS的功率等级为1MW，每个全钒液流电池单元的功率为p，其中n*w*p的数值大于或等于1MW，且小于或等于1.1MW。
4.针对权利要求1所述一种大规模全钒液流电池储能电站的控制方法，其特征在，包括以下几个步骤：
步骤1：采集每个全钒液流电池单元的SOCijk，在此基础上，计算每台DC/DC下串联电池组总的SOCij，以及每台PCS下并联支路总的SOCi；
步骤2：判断每台PCS的总SOCi是否超过临界约束；对于超过临界约束的支路，不分配充放电功率；对于不超过临界约束的支路，按比例分配给每台PCS不同的充放电功率；
步骤3：判断每台DC/DC的总SOCij是否超过临界约束；对于超过临界约束的支路，不分配充放电功率；对于不超过临界约束的支路，按比例分配给每台DC/DC不同的充放电功率；
步骤4：每个串联电池组的开关阵列进行开断控制，使得串联电池组内每个全钒液流电池单元的SOC达到均衡。
5.根据权利要求4所述一种大规模全钒液流电池储能电站的控制方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：
步骤201：判断每台PCS下并联支路总的SOC是否超过充放电上下限值；
步骤202：若所有PCS下并联支路总的SOC不超过充放电上下限值，则每台PCS的充放电功率为
步骤203：若有PCS下并联支路总的SOC超过充放电上下限值，则越限的PCS不充放电，其余每台PCS的充放电功率为其中I为除越限的SOC外的其他支路的标号。
6.根据权利要求4所述一种大规模全钒液流电池储能电站的控制方法，其特征在于，步骤3的具体过程为：
步骤301：判断每台DC/DC下并联支路总的SOC是否超过充放电上下限值；
步骤302：若所有DC/DC下并联支路总的SOC不超过充放电上下限值，则每台DC/DC的充放电功率为
步骤303：若有DC/DC下并联支路总的SOC超过充放电上下限值，则越限的DC/DC不充放电，其余每台DC/DC的充放电功率为其中J为除越限的SOC外的其他支路的标号。
7.根据权利要求4所述一种大规模全钒液流电池储能电站的控制方法，其特征在于，步骤4的具体过程为：
步骤401：计算每个串联电池组的平均SOC，
步骤402：对开关阵列进行开断控制，使大于的全钒液流电池单元放电小于的全钒液流电池单元充电
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