CN107834585B - 一种并联储能pcs的功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联储能PCS的功率分配方法，根据电网功率调度指令，确定并联储能PCS运行于放电工况或充电工况；再根据并联储能PCS运行工况，对实时采集的各储能电池组电压和SOC进行加权计算；最后依据加权计算结果和电网功率调度指令，对并联系统中各储能PCS单元有功功率及无功功率进行分配。该功率分配方法综合考虑了各储能电池组电压和SOC的差异，通过对储能PCS单元进行有功功率和无功功率的优化分配，实现了并联系统中各储能PCS单元容量最大化利用和各储能电池组能量的动态均衡，提高了储能电池组与储能PCS的运行效率和安全性。

Description

一种并联储能PCS的功率分配方法

技术领域

本发明涉及储能PCS并联运行控制领域，更具体地说是涉及一种并联储能PCS的功率分配方法。

背景技术

随着分布式发电、电动汽车等新能源产业的快速发展，电池储能技术特别是大规模、大容量电池储能技术受到了广泛的关注和研究。通过对大规模电池储能系统的优化调控和灵活配置，能有效平抑分布式发电的功率波动、改善电动汽车随机充放电对电网的影响，有助于实现电网的削峰填谷。目前已进入大规模电池储能示范应用的电池类型主要有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和全钒液流电池等。

储能功率调节系统(PCS)是连接储能电池组和电网的能量纽带，通过对储能电池组合理的充放电控制，可以满足电网对储能系统的功率调度要求。而储能PCS高效运行的前提是保证电池性能、安全、寿命等指标良好。因此，根据不同类型、不同组别储能电池的电压、 SOC等特征电气参量，对连接各储能电池组的储能PCS进行有功功率、无功功率的合理分配，并将各储能电池组、储能PCS单元控制在安全运行工作区是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是，提供一种并联储能PCS的功率分配方法，基于各储能电池组电压和SOC的加权计算值，对储能PCS单元进行有功功率和无功功率的优化分配，实现并联系统中各储能PCS单元容量最大化利用和各储能电池组能量的动态均衡，提高储能电池组与储能PCS的运行安全性和可靠性。

为实现上述发明目的，本发明一种并联储能PCS的功率分配方法，包括以下步骤：

(1)接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令P_G和无功功率调度指令Q_G，对并联储能PCS运行状态按放电工况和充电工况进行分类确定；

(2)采集各储能电池组电压V_b和SOC，并根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态，设定储能电池组电压和SOC约束条件，对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理；

(3)根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态，对步骤(2) 采集的，同时满足步骤(2)设定约束条件的各储能电池组电压V_b和SOC进行加权计算，并按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。

所述的步骤(2)中储能电池组电压和SOC约束条件为：

S2.1、并联储能PCS处于放电工况时，储能电池组电压约束条件为V_b>V_{bmin_d}，储能电池组SOC约束条件为SOC>SOC_{min_d}；

S2.2、并联储能PCS处于充电工况时，储能电池组电压约束条件为V_b<V_{bmax_c}，储能电池组SOC约束条件为SOC<SOC_{max_c}；

其中，V_{bmin_d}为储能电池组放电电压下限值，V_{bmax_c}为储能电池组充电电压上限值；SOC_{min_d}为储能电池组放电SOC下限值，SOC_{max_c}为储能电池组充电SOC上限值。

所述的步骤(3)中对各储能电池组电压V_b和SOC进行加权计算的方法为：

其中，i、j分别表示i号和j号储能电池组，n为储能电池组总数量，1≤i,j≤n；V_bi、V_bj分别表示i号和j号储能电池组电压值；SOC_i、 SOC_j分别表示i号和j号储能电池组SOC值；表示1号到n号储能电池组电压值之和；表示1号到n号储能电池组SOC值之和；α、β分别表示电压加权系数和SOC加权系数，0≤α,β≤1且α+β＝1；K_Pi表示i号储能电池组对应储能PCS的功率分配加权值。

所述的步骤(3)中按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配的方法为：

S4.1、并联储能PCS处于放电工况时，各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配方法为，使得有功功率P_i和无功功率Q_i满足以下公式：

S4.2、并联储能PCS处于充电工况时，各储能PCS单元的有功功率P_i和无功功率Q_i分配方法满足以下公式：

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种并联储能PCS的功率分配方法，根据电网功率调度指令，确定并联储能PCS运行于放电工况或充电工况；再根据并联储能PCS运行工况，对满足设定约束条件、实时采集的各储能电池组电压和SOC进行加权计算；最后依据加权计算结果和电网功率调度指令，对并联系统中各储能PCS单元有功功率及无功功率进行分配。该功率分配方法综合考虑了各储能电池组电压和SOC的差异，通过对储能PCS单元进行有功功率和无功功率的优化分配，在保证储能电池组与储能PCS安全可靠运行的同时，实现了并联系统中各储能PCS单元容量最大化利用和各储能电池组能量的动态均衡。

同时，本发明一种并联储能PCS的功率分配方法的有益效果体现在：

(1)本发明并联储能PCS的功率分配方法，通过合理配置电压加权系数及SOC加权系数可以适应各类型电池储能系统及各类型电池管理系统；

(2)本发明并联储能PCS的功率分配方法，对储能PCS按照充电工况和放电工况进行分类，可以针对不同运行工况分别进行功率优化分配；

(3)相比传统功率平均分配方法，本发明根据各储能电池组电压和SOC的加权计算值进行功率分配，提高了并联系统中各储能PCS 单元容量利用率，实现了各储能电池组能量的动态均衡，又兼顾了各储能电池组、储能PCS的运行安全。

附图说明

图1为本发明一种并联储能PCS的功率分配方法的原理图；

图2为放电运行工况下，储能PCS功率分配控制流程图；

图3为充电运行工况下，储能PCS功率分配控制流程图；

图4为储能PCS单元电路拓扑；

图5为储能PCS单元控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。

实施例

图1是本发明一种并联储能PCS的功率分配方法的原理图，主要包括储能电池组、储能PCS、功率分配单元和电网；储能PCS运行时，其具体的功率分配方法如下：

一种电池储能电站的有功功率分配方法，包括以下步骤：

S1：接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令P_G和无功功率调度指令Q_G，对并联储能PCS运行状态按放电工况和充电工况进行分类确定；

S2：采集各储能电池组电压V_b和SOC，并根据步骤S1确定的并联储能PCS运行状态，设定储能电池组电压和SOC约束条件，对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理；

S3：根据步骤S1确定的并联储能PCS运行状态，对步骤S2采集的，同时满足步骤S2设定约束条件的各储能电池组电压Vb和SOC 进行加权计算，并按照加权计算结果和步骤S1接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。

下面针对上述四个步骤进行详细说明，具体如下：

S1、接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令P_G和无功功率调度指令Q_G，当P_G>0时，并联储能PCS运行于放电工况；P_G<0 时，并联储能PCS运行于充电工况；

S2、采集各储能电池组电压V_b和SOC，按照并联储能PCS运行状态，分别设定储能电池组电压和SOC约束条件，对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理；

本实施例中，可以通过电池管理系统(BMS)采集各储能电池组电压V_b和SOC；

并联储能PCS运行于放电工况时，储能电池组电压约束条件为 V_b>V_{bmin_d}，储能电池组SOC约束条件为SOC>SOC_{min_d}；并联储能 PCS处于充电工况时，储能电池组电压约束条件为V_b<V_{bmax_c}，储能电池组SOC约束条件为SOC<SOC_{max_c}；

S3、对满足步骤S2设定约束条件的各储能电池组电压V_b和SOC 进行加权计算，根据步骤S1确定的并联储能PCS运行状态，按照加权计算结果和步骤S1接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配。

对各储能电池组电压V_b和SOC进行加权计算的公式为：

当并联储能PCS处于放电工况时，对各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配指令进行计算的公式为：

当并联储能PCS处于充电工况时，对各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配指令进行计算的公式为：

图2为放电运行工况下，储能PCS功率分配控制流程图；图3 为充电运行工况下，储能PCS功率分配控制流程图；

图4为本实施例中储能PCS单元电路拓扑，应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不对适用本发明的储能PCS电路拓扑进行限制；图4中直流输入侧为储能电池组，经LC滤波电路与三相逆变全桥相连，逆变输出后再经LCL滤波电路通过工频隔离变压器连接电网；其中L_dc和C_dc分别为电池侧滤波电感和滤波电容，S为IGBT 全桥单元，L₁为逆变侧滤波电感，C为滤波电容，L为网侧滤波电感， T为隔离变压器，L_δ为变压器等效漏感，L_g为电网等效电感；

图5为本实施例中储能PCS控制框图，应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不对适用本发明的储能PCS控制策略进行限制；图5中储能PCS单元采用逆变侧滤波电感电流内环PI、网侧滤波电感电流外环PI的双环控制策略，该控制策略下可以直接对并网有功功率和无功功率进行控制，并网电流谐波小、动态性能良好；

i_rdi、i_rqi分别为i号储能PCS单元网侧滤波电感电流指令值d轴和q轴分量，由储能PCS单元的有功功率和无功功率分配指令进行电流指令值计算的公式为：

其中，v_gdi、v_gqi分别为电网电压采样值d轴和q轴分量；

ω为基波角频率，i_di、i_qi分别为i号储能PCS单元网侧滤波电感电流采样值d轴和q轴分量，i_Ldi、i_Lqi分别为i号储能PCS单元逆变侧滤波电感电流采样值d轴和q轴分量；

u_rdi、u_rqi分别为i号储能PCS单元逆变全桥输出电压指令值d轴和q轴分量；

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明之权利范围，因此对发明的具体实施方式进行的种种变更、修改或等同替换均在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种并联储能PCS的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、接收电网对储能电站下发的有功功率调度指令P_G和无功功率调度指令Q_G，对并联储能PCS运行状态按放电工况和充电工况进行分类确定；

(2)、采集各储能电池组电压V_b和SOC，并根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态，设定储能电池组电压和SOC约束条件，对不满足设定约束条件的储能PCS单元进行停机处理；

(3)、根据步骤(1)确定的并联储能PCS运行状态，对步骤(2)采集的、同时满足步骤(2)设定约束条件的各储能电池组电压V_b和SOC进行加权计算，并按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配；

所述的步骤(3)中对各储能电池组电压V_b和SOC进行加权计算的方法为：

其中，i、j分别表示i号和j号储能电池组，n为储能电池组总数量，1≤i,j≤n；V_bi、V_bj分别表示i号和j号储能电池组电压值；SOC_i、SOC_j分别表示i号和j号储能电池组SOC值；表示1号到n号储能电池组电压值之和；表示1号到n号储能电池组SOC值之和；α、β分别表示电压加权系数和SOC加权系数，0≤α,β≤1且α+β＝1；K_Pi表示i号储能电池组对应储能PCS的功率分配加权值。

2.根据权利要求1所述的一种并联储能PCS的功率分配方法，其特征在于，所述的步骤(2)中储能电池组电压和SOC约束条件为：

S2.1、并联储能PCS处于放电工况时，储能电池组电压V_b的约束条件为V_b>V_{bmin_d}，储能电池组SOC约束条件为SOC>SOC_{min_d}；

S2.2、并联储能PCS处于充电工况时，储能电池组电压V_b的约束条件为V_b<V_{bmax_c}，储能电池组SOC约束条件为SOC<SOC_{max_c}；

其中，V_{bmin_d}为储能电池组放电电压下限值，V_{bmax_c}为储能电池组充电电压上限值；SOC_{min_d}为储能电池组放电SOC下限值，SOC_{max_c}为储能电池组充电SOC上限值。

3.根据权利要求2所述的一种并联储能PCS的功率分配方法，其特征在于，所述的步骤(3)中按照加权计算结果和步骤(1)接收的电网功率调度指令进行有功功率和无功功率分配的方法为：

S4.1、并联储能PCS处于放电工况时，各储能PCS单元的有功功率和无功功率分配方法为，使得有功功率P_i和无功功率Q_i满足以下公式：

S4.2、并联储能PCS处于充电工况时，各储能PCS单元的有功功率P_i和无功功率Q_i分配方法满足以下公式：

其中，P_i、P_j分别表示i号和j号储能PCS有功功率分配指令值；Q_i、Q_j分别表示i号和j号储能PCS无功功率分配指令值；表示1号到n号储能电池组对应储能PCS的功率分配加权值倒数之和；表示电网下发视在功率指令平方的平均值与1号到n号储能PCS有功功率分配指令平方值之差的开根号之和。