CN107681671A - 一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池储能系统,具体涉及一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法。根据电池储能的控制特性与运行特性,确定电池储能系统的荷电状态,并根据优先顺序指标计算方法得到各电池储能组的动作优先顺序指标K1、K2,从而对储能集群内各电池储能组的动作优先顺序进行排序与归类;按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;与现有技术比,本发明的有益效果为:本发明优化配置储能容量,提高电网快速调频能力,并达到维护储能电池运行状态的目的。
Description
技术领域:
本发明涉及电池储能系统,具体涉及一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法。
背景技术:
随着风电、光伏等新能源发电并网容量的增加,其波动性和不确定性对电网的安全稳定发出挑战。电池储能系统作为一种新颖而优质的可移动储能设备,以其秒级的充放电能力、上万次的循环寿命、宽泛的温度适应能力以及环境友好特性,大规模储能技术因其功率吞吐迅速、控制精确而成为最具潜力的解决方案,受到了广泛的关注。
对于电池储能系统,其规模较大,内部单体参数往往差异明显,且运行状态不同、电池的老化状态也不同,需要考虑不一致性优化电池储能系统出力特性(调节精度Kp、故障率N、响应时间T)与运行特性(电池储能组的荷电状态)等的差异,在满足电池储能系统参与电力系统调频效果基础上,达到优化电池储能系统运行状态的效果。因此,综合考虑储能集群的控制特性与电池储能的运行特性(状态信息)建立一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法。
发明内容:
本发明目的是通过对电池储能系统按照优先级别排序、对储能参与电网调频进行出力的分配和控制,辅助传统调频电源对电网频率的稳定与调整,以保持调频暂态性能和稳态性能,优化配置储能容量,提高电网调频能力。
一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法,所述电池储能系统由多个电池储能组构成;
(一)当所述电力系统频率位于电网调节死区范围(fDB.min,fDB.max)之外时,fDB.min代表电网调节死区的频率下限,fDB.max代表电网调节死区的频率上限;包括以下几个步骤:
步骤1:采集电力系统频率信息,根据电力系统调度指令P,该指令的更新周期为T,依此得到电网调频的电网调频容量需求P’、电量需求Q,其中P’=P,
步骤2:根据电池储能系统的控制特性与运行特性,确定电池储能系统的荷电状态,并根据优先顺序指标计算方法得到各电池储能组的动作优先顺序指标K1、K2,从而对储能集群内各电池储能组的动作优先顺序进行排序与归类;若电网得到指令为储能充电指令,则优选择虑实时荷电状态SOC较小和可充电容量较大的电池储能组,在实时荷电状态SOC和可充电容量不能区分时,进一步再选择调节精度高、故障率低、响应时间短的电池储能组;若电网得到指令为储能放电指令,则优选择虑实时荷电状态SOC较大和可放电容量较大的电池储能组,在实时荷电状态SOC和可放电容量不能区分时,进一步再选择调节精度高、故障率低、响应时间短的电池储能组;
步骤3:根据步骤2中的动作优先顺序,结合对应储能组的容量限制,各电池储能组的有功出力参考值PBi的确定方法:按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;
电池储能系统分为n组电池储能组,对应组别为A1、A2、…、Ai、…、An-1、An,对应调频过程中的储能出力指令PB1、PB2、…、PBi、…、PBn-1、PBn;
P=PB1+PB2+…+PBi+…+PBn-1+PBn
且功率限制条件如下:
其中PBimin、PBimax对应电池储能组Ai的最小出力功率限制和最大出力功率限制;
容量限制条件如下:
其中QBimin、QBimax对应电池储能组Ai的最小出力容量限制和最大出力容量限制;
步骤4:将各电池储能组的有功功率出力参考值输入给电池储能系统有功控制系统,控制各电池储能组完成出力过程,实现对电力系统频率的调节。
所述步骤2中优先顺序指标K1、K2的一种确定方法如下:
K1指标值越大,电池储能组动作优先级别越高,在动作周期T内储能进行动作,分配指令;反之,K1指标值越小,电池储能组动作优先级别越低;K1指标值相同情况下,比较K2指标值;K2越小电池储能组动作优先级别越高;反之,K2指标值越大,电池储能组动作优先级别越低;
K1=a×SOCb+b×Sb;
K2=c×Kp’+d×N+e×T’;
a、b、c、d、e为各指标的权重系数,a:b:c:d:e=1:2:1:5:2;
SOCb为电池储能组实时荷电状态的标准化取值,Sb为电池储能组调节容量的标准化取值,Kp’为电池储能组调节精度的标准化取值,N为电池储能组故障率,T’为电池储能组响应时间的标准化取值;
所述电池储能组实时荷电状态SOCb的标准化取值根据储能的荷电状态及电网调度指令P进行划分取值:
当0≤SOC<0.1,判定处于状态A:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=0;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=4;
当0.1≤SOC<0.4,判定处于状态B:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=1;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=3;
当0.4≤SOC≤0.6,判定处于状态C:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=2;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=2;
当0.6<SOC≤0.9,判定处于状态D:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=3;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=1;
当0.9<SOC≤1,判定处于状态E:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=4;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=0;
所述电池储能组调节容量Sb指标的取值方法:
Sb=1+(Pi/Pbase)
式中:Pi为电池储能组的可用容量,Pbase为电池储能组的额定容量;
所述电池储能组响应时间的标准化取值方法:
T’=1+T/T0
式中:T为响应时间,T0为基准时间,取1s;
电池储能组调节精度的标准化取值方法:
Kp’=1+Kp/Kp0,
式中:Kp为调节精度,Kp0为基准精度值,取1MW/s。
(二)当所述电力系统频率位于电网调节死区范围(fDB.min,fDB.max)之中时,fDB.min代表电网调节死区的频率下限,fDB.max代表电网调节死区的频率上限;包括以下几个步骤:
步骤1:采集电力系统频率信息,根据电力系统调度指令P,该指令的更新周期为T,依此得到电网调频的电网调频容量需求P’、电量需求Q,其中P’=P,
电池储能系统不参与电网调频,按电池储能组可用容量由大到小确定电池储能组的出力优先顺序,按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;
电池储能系统中的n组电池储能组,对应组别为A1、A2、…、Ai、…、An-1、An,对应调频过程中的储能出力指令PB1、PB2、…、PBi、…、PBn-1、PBn;
P=PB1+PB2+…+PBi+…+PBn-1+PBn,
且功率限制条件如下:
容量限制条件如下:
依据优先顺序指标确定储能集群中电池储能组Ai对应的调频的实际出力值PBi,其中PBimin、PBimax对应电池储能组Ai的最小出力功率限制和最大出力功率限制;其中QBimin、QBimax对应电池储能组Ai的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
与现有技术比,本发明的有益效果为:
本发明对电池储能组按照优先顺序指标排序,对储能参与电网调频出力进行分配和控制,提出一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法,在辅助传统调频电源对电网频率进行快速调整的同时,考虑电池储能系统中各电池储能组的出力特性,包括:调节精度Kp、故障率N、响应时间T,考虑运行特性,包括电池储能组的荷电状态等的差异,在提高电网调频暂态性能和稳态性能的同时,充分利用电池储能系统的快速充/放电能力,优化配置储能容量,提高电网快速调频能力,并达到维护电池储能系统运行状态的目的。
附图说明:
图1是电池储能组动作优先顺序示意图。
图2是电池储能组的荷电状态SOCb的取值示意图。
具体实施方式:
实施例:
一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法,所述电池储能系统由多个电池储能组构成,
(一)当所述电力系统频率位于电网调节死区范围(fDB.min,fDB.max)之外时,fDB.min代表电网调节死区的频率下限,fDB.max代表电网调节死区的频率上限;包括以下几个步骤:
步骤1:采集电力系统频率信息,根据电力系统调度指令P,该指令的更新周期为T,在本例中,T的周期为4s,依此得到电网调频的电网调频容量需求P’、电量需求Q,其中P’=P,
步骤2:根据电池储能系统的控制特性与运行特性,确定电池储能系统的荷电状态,并根据优先顺序指标计算方法得到各电池储能组的动作优先顺序指标K1、K2,从而对储能集群内各电池储能组的动作优先顺序进行排序与归类;若电网得到指令为储能充电指令,则优选择虑实时荷电状态SOC较小和可充电容量较大的电池储能组,在实时荷电状态SOC和可充电容量不能区分时,进一步再选择调节精度高、故障率低、响应时间短的电池储能组;若电网得到指令为储能放电指令,则优选择虑实时荷电状态SOC较大和可放电容量较大的电池储能组,在实时荷电状态SOC和可放电容量不能区分时,进一步再选择调节精度高、故障率低、响应时间短的电池储能组;所述优先顺序指标K1、K2的确定方法具体如下:
K1指标值越大,电池储能组动作优先级别越高,在动作周期T内储能进行动作,分配指令;反之,K1指标值越小,电池储能组动作优先级别越低;K1指标值相同情况下,比较K2指标值;K2越小电池储能组动作优先级别越高;反之,K2指标值越大,电池储能组动作优先级别越低;
K1=a×SOCb+b×Sb;
K2=c×Kp’+d×N+e×T’;
a、b、c、d、e为各指标的权重系数,在本例中,a=1,b=2,c=1,d=5,e=2;
SOCb为电池储能组实时荷电状态的标准化取值,Sb为电池储能组调节容量的标准化取值,Kp’为电池储能组调节精度的标准化取值,N为电池储能组故障率,T’为电池储能组响应时间的标准化取值;
所述电池储能组实时荷电状态SOCb的标准化取值根据储能的荷电状态及电网调度指令P进行划分取值:
当0≤SOC<0.1,判定处于状态A:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=0;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=4;
当0.1≤SOC<0.4,判定处于状态B:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=1;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=3;
当0.4≤SOC≤0.6,判定处于状态C:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=2;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=2;
当0.6<SOC≤0.9,判定处于状态D:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=3;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=1;
当0.9<SOC≤1,判定处于状态E:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=4;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=0;
所述电池储能组调节容量Sb的标准化取值方法:
Sb=1+(Pi/Pbase)
式中:Pi为电池储能组的可用容量,Pbase为电池储能组的额定容量;
所述电池储能组响应时间的标准化取值方法:
T’=1+T/T0
式中:T为响应时间,T0为基准时间,取1s;
电池储能组调节精度的标准化取值方法:
Kp’=1+Kp/Kp0,
式中:Kp为调节精度,Kp0为基准精度值,取1MW/s;
调节精度Kp、故障率N、响应时间T等则是根据电池储能组的厂家给定参数;
步骤3:根据步骤2中的动作优先顺序,结合对应储能组的容量限制,各电池储能组的有功出力参考值PBi的确定方法:按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;
电池储能系统分为n组电池储能组,对应组别为A1、A2、…、Ai、…、An-1、An,对应调频过程中的储能出力指令PB1、PB2、…、PBi、…、PBn-1、PBn;
P=PB1+PB2+…+PBi+…+PBn-1+PBn
且功率限制条件如下:
其中PBimin、PBimax对应电池储能组Ai的最小出力功率限制和最大出力功率限制;
容量限制条件如下:
其中QBimin、QBimax对应电池储能组Ai的最小出力容量限制和最大出力容量限制;
步骤4:将各电池储能组的有功功率出力参考值输入给电池储能系统有功控制系统,控制各电池储能组完成出力过程,实现对电力系统频率的调节。
(二)当所述电力系统频率位于电网调节死区范围(fDB.min,fDB.max)之中时,fDB.min代表电网调节死区的频率下限,fDB.max代表电网调节死区的频率上限;包括以下几个步骤:
步骤1:采集电力系统频率信息,根据电力系统调度指令P,该指令的更新周期为T,依此得到电网调频的电网调频容量需求P’、电量需求Q,其中P’=P,
电池储能系统不参与电网调频,按电池储能组可用容量由大到小确定电池储能组的出力优先顺序,按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;
电池储能系统中的n组电池储能组,对应组别为A1、A2、…、Ai、…、An-1、An,对应调频过程中的储能出力指令PB1、PB2、…、PBi、…、PBn-1、PBn;
P=PB1+PB2+…+PBi+…+PBn-1+PBn
且功率限制条件如下:
容量限制条件如下:
依据优先顺序指标确定储能集群中电池储能组Ai对应的调频的实际出力值PBi,其中PBimin、PBimax对应电池储能组Ai的最小出力功率限制和最大出力功率限制;其中QBimin、QBimax对应电池储能组Ai的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
Claims (3)
1.一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法,所述电池储能系统由多个电池储能组构成;当所述电力系统频率位于电网调节死区范围(fDB.min,fDB.max)之外时,fDB.min代表电网调节死区的频率下限,fDB.max代表电网调节死区的频率上限;其特征在于,包括以下几个步骤:
步骤1:采集电力系统频率信息,根据电力系统调度指令P,该指令的更新周期为T,依此得到电网调频的电网调频容量需求P’、电量需求Q,其中P’=P,
步骤2:根据电池储能系统的控制特性与运行特性,确定电池储能组的荷电状态,并根据优先顺序指标计算方法得到各电池储能组的动作优先顺序指标K1、K2,从而对电池储能系统内各电池储能组的动作优先顺序进行排序与归类;若电网得到指令为储能充电指令,则优选择虑实时荷电状态SOC较小和可充电容量较大的电池储能组,在实时荷电状态SOC和可充电容量不能区分时,进一步再选择调节精度高、故障率低、响应时间短的电池储能组;若电网得到指令为储能放电指令,则优选择虑实时荷电状态SOC较大和可放电容量较大的电池储能组,在实时荷电状态SOC和可放电容量不能区分时,进一步再选择调节精度高、故障率低、响应时间短的电池储能组;
步骤3:根据步骤2中的动作优先顺序,结合对应电池储能组的容量限制,各电池储能组的有功出力参考值PBi的确定方法:按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;
电池储能系统分为n组电池储能组,对应组别为A1、A2、…、Ai、…、An-1、An,对应调频过程中的储能出力指令PB1、PB2、…、PBi、…、PBn-1、PBn;
P=PB1+PB2+…+PBi+…+PBn-1+PBn
且功率限制条件如下:
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其中PBimin、PBimax对应电池储能组Ai的最小出力功率限制和最大出力功率限制;
容量限制条件如下:
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其中QBimin、QBimax对应电池储能组Ai的最小出力容量限制和最大出力容量限制;
步骤4:将各电池储能组的有功功率出力参考值输入给电池储能系统有功控制系统,控制各电池储能组完成出力过程,实现对电力系统频率的调节。
2.根据权利要求1所述的一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法,其特征在于,所述步骤2中优先顺序指标K1、K2的确定方法如下:
K1指标值越大,电池储能组动作优先级别越高,在动作周期T内储能进行动作,分配指令;反之,K1指标值越小,电池储能组动作优先级别越低;K1指标值相同情况下,比较K2指标值;K2越小电池储能组动作优先级别越高;反之,K2指标值越大,电池储能组动作优先级别越低;
K1=a×SOCb+b×Sb;
K2=c×Kp’+d×N+e×T’;
a、b、c、d、e为各指标的权重系数,a:b:c:d:e=1:2:1:5:2;
SOCb为电池储能组实时荷电状态的标准化取值,Sb为电池储能组调节容量的标准化取值,Kp’为电池储能组调节精度的标准化取值,N为电池储能组故障率,T’为电池储能组响应时间的标准化取值;
所述电池储能组实时荷电状态SOCb的标准化取值根据储能的荷电状态及电网调度指令P进行划分取值:
当0≤SOC<0.1,判定处于状态A:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=0;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=4;
当0.1≤SOC<0.4,判定处于状态B:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=1;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=3;
当0.4≤SOC≤0.6,判定处于状态C:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=2;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=2;
当0.6<SOC≤0.9,判定处于状态D:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=3;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=1;
当0.9<SOC≤1,判定处于状态E:该状态下,若电网得到指令为储能放电指令(P>0),则荷电状态SOCb=4;若电网得到指令为储能充电指令(P<0),则荷电状态SOCb=0;
所述电池储能组调节容量Sb的标准化取值方法:
Sb=1+(Pi/Pbase)
式中:Pi为电池储能组的可用容量,Pbase为电池储能组的额定容量;
所述电池储能组响应时间的标准化取值方法:
T’=1+T/T0
式中:T为响应时间,T0为基准时间,取1s;
电池储能组调节精度的标准化取值方法:
Kp’=1+Kp/Kp0
式中:Kp为调节精度,Kp0为基准精度值,取1MW/s。
3.一种考虑优先级别的电池储能系统参与电网调频的控制方法,所述电池储能系统由多个电池储能组构成;当所述电力系统频率位于电网调节死区范围(fDB.min,fDB.max)之中时,fDB.min代表电网调节死区的频率下限,fDB.max代表电网调节死区的频率上限;其特征在于,包括以下几个步骤:
步骤1:采集电力系统频率信息,根据电力系统调度指令P,该指令的更新周期为T,依此得到电网调频的电网调频容量需求P’、电量需求Q,其中P’=P,
电池储能系统不参与电网调频,按电池储能组可用容量由大到小确定电池储能组的出力优先顺序,按照优先顺序选择电池储能组,被选中的电池储能组按最大功率工作,未选中电池储能组功率为0;
电池储能系统中的n组电池储能组,对应组别为A1、A2、…、Ai、…、An-1、An,对应调频过程中的储能出力指令PB1、PB2、…、PBi、…、PBn-1、PBn;
P=PB1+PB2+…+PBi+…+PBn-1+PBn
且功率限制条件如下:
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容量限制条件如下:
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依据优先顺序指标确定储能集群中电池储能组Ai对应的调频的实际出力值PBi,其中PBimin、PBimax对应电池储能组Ai的最小出力功率限制和最大出力功率限制;其中QBimin、QBimax对应电池储能组Ai的最小出力容量限制和最大出力容量限制。
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