CN108233398B - 一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法 - Google Patents

Abstract

一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，其特征在于，包括集控层、汇聚层和自治层；所述集控层的集中式储能系统与电网调度中心相连，用于当电网有调度需求时被优先调度；所述汇聚层的分布式储能系统通过区域控制器与电网调度中心相连，用于电网调度中心调度所述集中式储能系统不能满足电网调度需求时，通过区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度。本发明提供的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与方法，有利于发挥储能装置的海量储存能力，可靠性高，可以满足大功率、大容量的应用需求，同时分布式储能轻便灵活，应用方便，成本经济，可以满足中小功率及容量的应用需求。

Description

一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法

技术领域

本发明涉及新能源与储能领域，具体而言，涉及一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法。

背景技术

储能技术是智能电网及能源互联网的关键技术，储能技术主要分为储电与储热。目前储能方式主要分为三类:机械储能、电磁储能、电化学储能。

储能技术主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。根据各种储能技术的特点，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等；而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。

储能方式主要包括电池、热储存、抽水蓄能等，是通过在电力需求低时储电，在电力需求高时放电的方式帮助电网更好地融合风电和太阳能发电的一种技术。储能技术增强了电网的灵活性，保证可再生能源发电厂持续工作，避免弃风弃光弃水等现象发生。

储能多用于解决需求侧用电问题，包括负荷调整、应急电源、智慧电源等。但是以往单一的储能方式不能够发挥储能装置的海量储存能力与可调控的，可靠性低，不能够满足大功率、大容量的应用需求，不能够满足中小功率及容量的应用需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，其特征在于，包括集控层、汇聚层和自治层；

所述集控层的集中式储能系统与电网调度中心相连，用于当电网有调度需求时被优先调度；

所述汇聚层的分布式储能系统通过区域控制器与电网调度中心相连，用于电网调度中心调度所述集中式储能系统不能满足电网调度需求时，通过区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度；

所述自治层的分布式储能系统，用于当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求。

优选的，所述集控层的集中式储能系统包括进行集中并联的若干个储能子系统。

优选的，所述储能子系统包括：储能变流器、储能电池、电池管理系统和就地监控系统；

所述就地监控系统监控所述储能变流器、储能电池和电池管理系统。

优选的，所述集控层的接入电压等级为10kV或35kV，功率等级在数十兆瓦及至百兆瓦级。

优选的，所述汇聚层的分布式储能系统包括分布式储能系统和用于连接分布式储能系统和电网调度中心的区域控制器，每个区域控制器用于控制至少一个分布式储能系统。

优选的，所述区域控制器，用于收集其所管辖的各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向电网调度中心上报能够响应电网调度需求的总功率及容量，并控制其所管辖的各分布式储能系统向电网供电。

优选的，所述汇聚层的接入电压等级为380V，功率等级在数百千瓦至十兆瓦级。

优选的，所述自治层由多点分布的储能装置组成，接入电压等级为220V，功率等级在千瓦至百千瓦级。

优选的，所述电价或奖励机制包括：用户通过向电网供电获得电网支付的报酬、奖金或者报酬和奖金，所述报酬是根据用户向电网的供电量以及电价计算得到的。

一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当电网有调度需求时优先调度与电网调度中心相连的集控层的集中式储能系统；

当所述集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网通过与电网调度中心相连的所述汇聚层的区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度；

当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求。

优选的，其特征在于，当所述集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网通过与电网调度中心相连的所述汇聚层的区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度，包括：

当所述集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网调度中心向汇聚层的各区域控制器发出调度指令；

位于汇聚层的各区域控制器收集其所控制的各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向电网调度中心上报能够响应电网调度需求的总功率及容量；

当接收到电网调度中心的调度指令时，由各区域控制器控制其所管辖的各分布式储能系统向电网供电，直至达向电网调度中心上报的总功率及容量。

优选的，其特征在于，所述当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求，包括：

当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，电网调度中心启动电价或奖励机制并向用户发出邀请；若用户响应电网调度中心的邀请，则该用户授权其所控制的自治层分布式储能系统向电网供电，直至达到用户预先设置的供电量则停止供电并接受相应的报酬、奖金或者报酬和奖金。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法，通过当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求的应用，一方面可实现海量小型分布式储能装置对电网负荷的削峰填谷作用，另一方面促使分布式储能装置的出力可预测、可调控，提高了储能系统参与电网服务的稳定性；

2、本发明提供的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法，对电网中不同类型的储能系统进行分层管理与协调控制，可充分调度及利用接入电网的各类储能系统，降低分布式储能系统闲置率，提高了储能系统参与电网服务的经济性；

3、本发明提供的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法，分层储能系统拓扑有利于发挥集中式储能装置和分布式储能装置的故障冗余功能，提高了储能系统参与电网服务的可靠性；

4、本发明提供的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法，分层储能系统拓扑通过区域控制器对区域电网中的大型分布式储能系统进行汇聚，有利于发挥多点分布储能系统的集群效应，通过多个分布式储能集中出力，对外呈现集中式储能电站功效，提高了储能系统参与电网服务的灵活性。

附图说明

图1：一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法的整体结构简图示意图；

图2：一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法的分层结构示意图；

图3：一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法的集控层集中式储能电站结构示意图；

图4：一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统与控制方法的储能系统分层中各储能系统的联合应用流程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明涉及的是一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，共有三个层次，分别是集控层、汇聚层和自治层，集控层的集中式储能系统与电网调度中心相连，用于当电网有调度需求时被优先调度，集控层的集中式储能系统由若干个储能子系统集并联而成，其中储能子系统由储能变流器、储能电池、电池管理系统及就地监控系统组成，就地监控系统用于监控储能变流器、储能电池和电池管理系统；

汇聚层的分布式储能系统通过区域控制器与电网调度中心相连，用于电网调度中心调度所述集中式储能系统仍不能满足电网调度需求时，通过区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度，汇聚层的分布式储能系统由若干个分布式储能系统经区域控制器统筹汇聚组成，区域控制器用于控制至少一个分布式储能系统，用于收集各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向调度中心上报所辖区域内储能集群系统响应电网调度的总功率及容量，接收调度中心调度指令，并根据所辖各分布式储能系统的状态下发其需要响应的功率及容量；

自治层的分布式储能系统，用于当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，通过支付电价和/或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求，电价或奖励机制指的是用户通过向电网供电获得电网支付的费用或者得到支付的电价和奖金。

如图1所示包括有三个层次，分别是集控层、汇聚层和自治层，集控层中有集中式储能变电站，汇聚层中有多点分布储能集群系统，自治层中有分布式储能装置；集控层包括有采集多储能子系统并联集成的方式构成，储能子系统包括储能变流器、储能电池、电池管理系统和就地监控系统，就地监控系统用于监控储能变流器、储能点出和电池管理系统；汇聚层包括由多个分布式储能系统经区域控制器统筹汇聚组成，区域控制器用于收集各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向调度中心上报所辖区域内储能集群系统响应电网调度的总功率即容量接收调度中心的调度指令，并根据所辖各分布式储能系统的状态下发其需要响应的功率及容量；自治层包括由多点分布的功率储能装置组成。

其中储能子系统通过高速通讯网络与电站监控系统连接，电站监控系统由通过电网电力专网与电网调度中心相连，汇聚层中的分布式储能系统通过电力专网与就近的区域控制器相连，区域控制器通过电力专网与电网调度中心相连，自治层的分布式储能装置通过有线网络或无线网接入公用互联网，通过相应电网实时电价间接接受电网调度；

如图2所述多储能子系统的接入电压等级为10kV或35kV，功率等级在数十兆瓦及至百兆瓦级，分布式储能系统的接入电压等级为380V，功率等级在数百千瓦至十兆瓦级，功率储能装置的接入电压等级为220V，功率等级在千瓦至百千瓦级；

如图3所示的集控层集中式储能电站拓扑结构中，储能电站监控系统通过管线交换机监控储能子系统的电能变换，光纤交换机用于数据信号的传输。

如图4所示当电网有调度需求时，优先调度集控层，如果集控层分别能够分别满足功率和容量的需求就一直由集控层完成电网调度响应，完成响应后集控层退出，如果集控层满足不了调度需求，则由集控层与汇聚层联合分别满足功率与容量的需求，如果集控层与汇聚层联合能够分别满足电网的功率与容量的调度需求，则由集控层与汇聚层来联合调度，完成响应后汇聚层与集控层分别逐级退出，如果集控层与汇聚层联合不能满足电网调度需求，就启动电价机制或奖励机制，集控层、汇聚层与自治层联合调度，完成响应后，自治层、汇聚层、集控层依次逐级退出，调度结束。

一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统控制方法，包括：当电网有调度需求时优先调度与电网调度中心相连的集控层的集中式储能系统；当集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网通过与电网调度中心相连的所述汇聚层的区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度；当电网调度中心调度集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求；

当集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网调度中心向汇聚层的各区域控制器发出调度指令，位于汇聚层的区域控制器收集各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向调度中心上报所辖区域内储能集群系统响应电网调度的总功率及容量，接收调度中心调度指令，并根据所辖各分布式储能系统的状态下发其需要响应的功率及容量；

当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，电网调度中心启动电价或奖励机制并向用户发出邀请，若用户响应电网调度中心的邀请，则该用户授权其所控制的自治层分布式储能系统向系统供电，直至达到用户预先设置的供电量则停止供电并接受电网或者是约定好的第三方的报酬、奖金或者报酬和奖金，完成响应后逐级退出。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，其特征在于，包括集控层、汇聚层和自治层；

所述集控层的集中式储能系统与电网调度中心相连，用于当电网有调度需求时被优先调度；

所述汇聚层的分布式储能系统通过区域控制器与电网调度中心相连，用于电网调度中心调度所述集中式储能系统不能满足电网调度需求时，通过区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度；

所述自治层的分布式储能系统，用于当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求；

所述集控层的集中式储能系统包括进行集中并联的若干个储能子系统；

所述储能子系统包括：储能变流器、储能电池、电池管理系统和就地监控系统；

所述就地监控系统监控所述储能变流器、储能电池和电池管理系统；

所述汇聚层的分布式储能系统包括分布式储能系统和用于连接分布式储能系统和电网调度中心的区域控制器，每个区域控制器用于控制至少一个分布式储能系统；

所述区域控制器，用于收集其所管辖的各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向电网调度中心上报能够响应电网调度需求的总功率及容量，并控制其所管辖的各分布式储能系统向电网供电；

所述自治层由多点分布的储能装置组成，接入电压等级为220V，功率等级在千瓦至百千瓦级。

2.如权利要求1所述的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，其特征在于，所述集控层的接入电压等级为10kV或35kV，功率等级在数十兆瓦及至百兆瓦级。

3.如权利要求1所述的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，其特征在于，所述汇聚层的接入电压等级为380V，功率等级在数百千瓦至十兆瓦级。

4.如权利要求1所述的一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统，其特征在于，所述电价或奖励机制包括：用户通过向电网供电获得电网支付的报酬、奖金或者报酬和奖金，所述报酬是根据用户向电网的供电量以及电价计算得到的。

5.一种集中式与分布式联合应用的分层储能系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当电网有调度需求时优先调度与电网调度中心相连的集控层的集中式储能系统；

当所述集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网通过与电网调度中心相连的汇聚层的区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度；

当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求；

当所述集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网通过与电网调度中心相连的所述汇聚层的区域控制器控制与其相连的分布式储能系统参与电网调度，包括：

当所述集控层的集中式储能系统不能满足电网调度时，电网调度中心向汇聚层的各区域控制器发出调度指令；

位于汇聚层的各区域控制器收集其所控制的各分布式储能系统的实时运行状态及参数，并向电网调度中心上报能够响应电网调度需求的总功率及容量；

当接收到电网调度中心的调度指令时，由各区域控制器控制其所管辖的各分布式储能系统向电网供电，直至达向电网调度中心上报的总功率及容量；

所述当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统不能满足电网调度需求时，通过电价或奖励机制使自治层的分布式储能系统主动参与电网调度需求，包括：

当电网调度中心调度所述集中式储能系统和汇聚层的分布式储能系统仍不能满足电网调度需求时，电网调度中心启动电价或奖励机制并向用户发出邀请；若用户响应电网调度中心的邀请，则该用户授权其所控制的自治层分布式储能系统向电网供电，直至达到用户预先设置的供电量则停止供电并接受相应的报酬、奖金或者报酬和奖金。