CN109301849B - 一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用户侧储能电站的能量管理组合控制策略。现有的用户侧储能电站能量管理方法单一，难以满足多种应用场景的需求。本发明利用所采集实时运行数据信息决策判断当前的应用控制模式，根据不同控制策略之间的协调配合逻辑以及储能电站电池组的SOC值计算得到不同储能变流器的充放电功率，解决储能系统多种运行控制策略之间的协调配合。本发明保障储能系统的安全稳定连续运行，具有适用范围广，不同场景应用配置灵活，不受储能电站容量限制等特点。

Description

一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略

技术领域

本发明属于电网控制技术领域，具体涉及一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，解决多应用场景下的储能能量管理控制策略之间的协调配合，保障储能系统的安全稳定连续运行。

背景技术

近年来，以电化学电池为代表的储能技术迅速发展，其在电力系统中的规模化应用正在快速增加，截止2017年底，国内已投运电化学储能累计规模为389.8MW，预计到2020年底累计装机容量将达到1.78GW。随着中国储能项目商业模式的逐渐建立，相关政策积极鼓励各类主体按照市场化原则投资运营接入电网的储能系统，允许储能系统参与辅助服务交易，导致用户侧电池储能系统装机规模快速增加，用户侧电池储能电站运营也将同步转型升级。电池储能系统具有快速响应、精确跟踪等特点，可以快速响应指令要求进行功率调节，目前的储能电站能量管理系统主要是削峰填谷控制模式或者需求响应辅助控制模式。然而由于储能系统容量、自身运行特性约束，而且储能电站在不同的应用场景下与配电网之间的交互控制方式、运行限制条件不同，目前的能量管理控制方式无法满足用户侧储能电站多场景运行的要求，无法实现多场景运行控制策略之间的协调配合，影响了整个用户侧储能电站的安全稳定运行。

在用户侧储能电站并网运行过程中，不同应用场景下储能电站的运行功能需求不同，而且一天的不同时间段运行功能需求也不同，如果储能电站能量管理系统只集成单一的运行策略或者不考虑多种策略之间的配合，将会降低储能电站的运行效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，以解决多应用场景下的储能能量管理控制策略之间的协调配合，保障储能系统的安全稳定连续运行。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，其包括：

在储能电站能量管理系统中配置运行策略的投入与否以及运行策略所需参数，所述的运行策略包括削峰填谷计划曲线策略、负荷跟踪策略、需求响应辅助服务策略、需量控制策略和逆功率保护策略，所述的削峰填谷计划曲线策略和负荷跟踪策略为主运行策略，需求响应辅助服务策略、需量控制策略和逆功率保护策略为辅助运行策略；

采样获得并网点处的联络线功率值P_t以及储能电站中各储能变流器PCS下电池组的荷电状态SOC值；读取储能电站能量管理系统配置的运行策略参数，包括各运行策略的投入状态，负荷跟踪策略的投入时间段[t_Lstart，t_Lend]，负荷功率限制值P_Ldlimit，变压器需量限制值P_Dlimit，逆功率保护限制值P_Rlimit，实时控制时间间隔t_r，计划调度时间间隔t_s，电池组荷电状态允许的最大值SOC_max和最小值SOC_min，根据当前系统所处时间段以及配置的运行策略调节PCS充放电功率。

本发明用于保障用户侧储能电站的安全稳定连续运行。本发明适用范围广，配置灵活性高，使得储能电站不同场景不同时间段运行策略协调配合，提高综合运行效率。

作为上述技术方案的补充，策略运行需要遵循优先级和协调配合原则，在调节能力范围内优先响应电网调度指令，在[t_Lstart，t_Lend]时间段运行负荷跟踪策略调节PCS充放电跟踪负荷用电功率，其余时间段运行削峰填谷计划曲线策略，全天所有时间段判断需量限制和逆功率保护限制是否达到，如果达到限制条件则进入相应的策略控制逻辑，调整修正储能的充放电功率。

作为上述技术方案的补充，所述的削峰填谷计划曲线策略指：根据当地电网峰谷电价信息配置削峰填谷计划曲线，利用峰谷电价实现套利；所述的负荷跟踪策略指：根据负荷情况调整放电时间，减少用户向电网的购电量；所述的需量控制策略指：控制变压器用电容量，防止过载，降低用户最大需量，减少用户需量电费；所述的逆功率保护策略指：防止储能电站上级主变压器功率倒送；所述的需求响应辅助服务策略指：响应电网调度指令，满足电网安全性需求。

本发明采用的另一技术方案为：一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，储能电站实际运行过程中执行以下步骤：

步骤(1)：采用单一并网点的含多台储能变流器PCS的储能电站，在储能电站能量管理系统中配置运行策略的投入与否以及策略所需参数，主策略包括：1)削峰填谷计划曲线策略，削峰填谷计划曲线根据当地的峰谷电价信息配置计划功率曲线，假设为峰谷平分时电价，其中峰电时间的放电功率为P_Dpeak，谷电时间的充电功率为P_Cvalley，平电时间的充电功率为P_Cflat；2)负荷跟踪策略，根据用户需求配置该策略投入的具体时间段[t_Lstart，t_Lend]，以及负荷功率限制值P_Ldlimit；辅助策略包括：1)需求响应辅助服务策略，响应电网调度指令；2)需量控制策略，控制变压器用电容量，变压器需量限制值为P_Dlimit；3)逆功率保护策略，防止储能电站上级主变压器功率倒送，逆功率保护限制值P_Rlimit；

步骤(2)：设置两个计时器，实时控制的计时器timer1，计划调度的计时器timer2；当timer1的时间t_timer1大于实时控制时间间隔t_r时，进入实时控制逻辑，当timer2的时间t_timer2大于计划调度时间间隔t_s，则进入计划调度控制逻辑；

步骤(3)：假设进入了实时控制逻辑，采样获得并网点处的联络线功率值P_t和储能电站当前时刻的总充放电功率P_rp以及储能电站中各PCS下电池组的荷电状态SOC值SOC(k)和PCS的充放电功率P_rbat(k)，其中k≥1,k≤N，N为储能电站下PCS的总数量，并进行如下判断：

1)如果电网侧发送了需求响应调度功率指令P_sch，假设P_sch≥0，即要求储能电站充电，则储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

P_batall＝min(P_Dlimit-P_t+P_rp,P_sch)，

假设P_sch<0，即要求储能电站放电，则储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

P_batall＝max(min(P_Rimit-P_t+P_rp,0),P_sch)，

如果P_batall大于0表示充电，小于0表示放电，等于0表示待机，计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

2)未接收到需求响应调度功率指令的情况：假设处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，则进行负荷跟踪逻辑判断，储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；假设不处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，直接进入3)；

3)进行需量控制逻辑判断：储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

4)进行逆功率保护逻辑判断：储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

5)进行储能电站每台PCS的功率分配：假设P_batall大于0，说明储能电站充电，计算得到PCS下所接电池组的SOC(k)小于电池组荷电状态允许的最大值SOC_max的数量为N_p，每台PCS的功率P_bat(k)如下：

假设P_batall小于0，说明储能电站放电，计算得到PCS下所接电池组的SOC(k)大于电池组荷电状态允许的最小值SOC_min的数量为N_g，每台PCS的功率P_bat(k)如下：

假设P_batall等于0，则让储能电站所有PCS待机；

步骤(4)：假设进入了计划调度控制逻辑，采样获得并网点处的联络线功率值P_t和储能电站当前时刻的总充放电功率P_rp以及储能电站中各PCS下电池组的荷电状态SOC值SOC(k)和PCS的充放电功率P_rbat(k)，并进行如下判断：

1)储能电站总的充放电功率P_batall的计算同步骤(3)中的1)，计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

2)储能电站总的充放电功率P_batall的计算同步骤(3)中的2)，如果P_t-P_rp<P_Ldlimit计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

3)进入削峰填谷计划曲线逻辑：储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

4)进行储能电站每台PCS的功率分配，具体分配方法同步骤(3)中的5)；

步骤(5)：进入PCS下发功率调节命令逻辑。

作为上述技术方案的补充，步骤(5)中，由于实时控制周期时间短，储能电站充放电功率变化频繁，为防止PCS功率的频繁调节，因此设置每台PCS的调节裕度P_mg，则PCS下发的调节功率P_cmd(k)为：

当计算得到的PCS的功率分配结果P_bat(k)与当前PCS的功率P_rbat(k)差别不大于调节裕度时，不下发功率调节命令。

本发明将储能电站的控制分为两个时间尺度，包括实时控制层和计划调度层，其中实时控制层面能够实时的跟随负荷功率并调节PCS的放电功率，及时响应电网侧的需求响应命令，同时解决了由于负荷波动可能造成的变压器需量越限或者功率倒送问题；计划调度控制层面能够在跟踪所设置削峰填谷计划曲线的同时避免需量越限或功率倒送，实现了负荷波动后的储能电站功率回调，保证储能电站在谷电时期的充电，保障了储能电站的用户盈利和连续稳定运行。本发明解决了多应用场景下的储能电站能量管理控制策略之间的协调配合，具有应用范围广，配置简单灵活，不受储能电站容量限制等优点。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，其包括：

在储能电站能量管理系统中配置运行策略的投入与否以及运行策略所需参数，所述的运行策略包括削峰填谷计划曲线策略、负荷跟踪策略、需求响应辅助服务策略、需量控制策略和逆功率保护策略，所述的削峰填谷计划曲线策略和负荷跟踪策略为主运行策略，需求响应辅助服务策略、需量控制策略和逆功率保护策略为辅助运行策略；

采样获得并网点处的联络线功率值P_t以及储能电站中各储能变流器PCS下电池组的荷电状态SOC值；读取储能电站能量管理系统配置的运行策略参数，包括各运行策略的投入状态，负荷跟踪策略的投入时间段[t_Lstart，t_Lend]，负荷功率限制值P_Ldlimit，变压器需量限制值P_Dlimit，逆功率保护限制值P_Rlimit，实时控制时间间隔t_r，计划调度时间间隔t_s，电池组荷电状态允许的最大值SOC_max和最小值SOC_min，根据当前系统所处时间段以及配置的运行策略调节PCS充放电功率。

策略运行需要遵循优先级和协调配合原则，在调节能力范围内优先响应电网调度指令，在[t_Lstart，t_Lend]时间段运行负荷跟踪策略调节PCS充放电跟踪负荷用电功率，其余时间段运行削峰填谷计划曲线策略，全天所有时间段判断需量限制和逆功率保护限制是否达到，如果达到限制条件则进入相应的策略控制逻辑，调整修正储能的充放电功率。

所述的削峰填谷计划曲线策略指：根据当地电网峰谷电价信息配置削峰填谷计划曲线，利用峰谷电价实现套利；所述的负荷跟踪策略指：根据负荷情况调整放电时间，减少用户向电网的购电量；所述的需量控制策略指：控制变压器用电容量，防止过载，降低用户最大需量，减少用户需量电费；所述的逆功率保护策略指：防止储能电站上级主变压器功率倒送；所述的需求响应辅助服务策略指：响应电网调度指令，满足电网安全性需求。

实施例2

本实施例提供一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，储能电站实际运行过程中执行以下步骤：

步骤(1)：以单一并网点的含多台储能变流器(PCS)的储能电站为例，首先在储能电站能量管理系统中配置运行策略的投入与否以及策略所需参数，以所有策略都投入的情况为例，主策略包括：1)削峰填谷计划曲线策略，削峰填谷计划曲线根据当地的峰谷电价信息配置计划功率曲线，假设为峰谷平分时电价，其中峰电时间的放电功率为P_Dpeak，谷电时间的充电功率为P_Cvalley，平电时间的充电功率为P_Cflat；2)负荷跟踪策略，根据用户需求配置该策略投入的具体时间段[t_Lstart，t_Lend]，以及负荷功率限制值P_Ldlimit。辅助策略包括：1)需求响应辅助服务，响应电网调度指令；2)需量控制策略，控制变压器用电容量，变压器需量限制值为P_Dlimit；3)逆功率保护策略，防止储能电站上级主变压器功率倒送，逆功率保护限制值P_Rlimit。

步骤(2)：设置两个计时器，实时控制的计时器timer1，计划调度的计时器timer2。当timer1的时间t_timer1大于实时控制时间间隔t_r时，进入实时控制逻辑，当timer2的时间t_timer2大于计划调度时间间隔t_s，则进入计划调度控制逻辑。

步骤(3)：假设进入了实时控制逻辑，采样获得并网点处的联络线功率值P_t和储能电站当前时刻的总充放电功率P_rp以及储能电站中各PCS下电池组的荷电状态(SOC)值SOC(k)和PCS的充放电功率P_rbat(k)，其中k≥1,k≤N，N为储能电站下PCS的总数量。并进行如下判断：

1)如果电网侧发送了需求响应调度功率指令P_sch，假设P_sch≥0，即要求储能电站充电，则储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

P_batall＝min(P_Dlimit-P_t+P_rp,P_sch) (1)

假设P_sch<0，即要求储能电站放电，则储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

P_batall＝max(min(P_Rimit-P_t+P_rp,0),P_sch) (2)

如果P_batall大于0表示充电，小于0表示放电，等于0表示待机。计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

2)未接收到需求响应调度功率指令的情况。假设处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，则进行负荷跟踪逻辑判断，储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配。假设不处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，直接进入3)。

3)进行需量控制逻辑判断。储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

4)进行逆功率保护逻辑判断。储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

5)进行储能电站每台PCS的功率分配。假设P_batall大于0，说明储能电站充电，计算得到PCS下所接电池组的SOC(k)小于SOC_max的数量为N_p，每台PCS的功率P_bat(k)如下：

假设P_batall小于0，说明储能电站放电，计算得到PCS下所接电池组的SOC(k)大于SOC_min的数量为N_g，每台PCS的功率P_bat(k)如下：

假设P_batall等于0，则让储能电站所有PCS待机。

步骤(4)：假设进入了计划调度控制逻辑，采样获得并网点处的联络线功率值P_t和储能电站当前时刻的总充放电功率P_rp以及储能电站中各PCS下电池组的荷电状态(SOC)值SOC(k)，并进行如下判断：

1)储能电站总的充放电功率P_batall的计算同步骤(3)中的1)，计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

2)储能电站总的充放电功率P_batall的计算同步骤(3)中的2)，如果P_t-P_rp<P_Ldlimit计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

3)进入削峰填谷计划曲线逻辑。储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配。

4)进行储能电站每台PCS的功率分配，具体分配方法同步骤(3)中的5)。

步骤(5)：进入PCS下发功率调节命令逻辑。由于实时控制周期时间短，储能电站充放电功率变化频繁，为了防止PCS功率的频繁调节，因此设置每台PCS的调节裕度P_mg。则PCS下发的调节功率P_cmd(k)为：

当计算得到的PCS的功率分配结果P_bat(k)与当前PCS的功率P_rbat(k)差别不大于调节裕度时，不下发功率调节命令。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用户侧电池储能电站的能量管理组合控制策略，其特征在于，储能电站实际运行过程中执行以下步骤：

步骤(1)：采用单一并网点的含多台储能变流器PCS的储能电站，在储能电站能量管理系统中配置运行策略的投入与否以及策略所需参数，主策略包括：1)削峰填谷计划曲线策略，削峰填谷计划曲线根据当地的峰谷电价信息配置计划功率曲线，假设为峰谷平分时电价，其中峰电时间的放电功率为P_Dpeak，谷电时间的充电功率为P_Cvalley，平电时间的充电功率为P_Cflat；2)负荷跟踪策略，根据用户需求配置该策略投入的具体时间段[t_Lstart，t_Lend]，以及负荷功率限制值P_Ldlimit；辅助策略包括：1)需求响应辅助服务策略，响应电网调度指令；2)需量控制策略，控制变压器用电容量，变压器需量限制值为P_Dlimit；3)逆功率保护策略，防止储能电站上级主变压器功率倒送，逆功率保护限制值P_Rlimit；

步骤(2)：设置两个计时器，实时控制的计时器timer1，计划调度的计时器timer2；当timer1的时间t_timer1大于实时控制时间间隔t_r时，进入实时控制逻辑，当timer2的时间t_timer2大于计划调度时间间隔t_s，则进入计划调度控制逻辑；

步骤(3)：假设进入了实时控制逻辑，采样获得并网点处的联络线功率值P_t和储能电站当前时刻的总充放电功率P_rp以及储能电站中各PCS下电池组的荷电状态SOC值SOC(k)和PCS的充放电功率P_rbat(k)，其中k≥1,k≤N，N为储能电站下PCS的总数量，并进行如下判断：

1)如果电网侧发送了需求响应调度功率指令P_sch，假设P_sch≥0，即要求储能电站充电，则储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

P_batall＝min(P_Dlimit-P_t+P_rp,P_sch)，

假设P_sch<0，即要求储能电站放电，则储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

P_batall＝max(min(P_Rlimit-P_t+P_rp,0),P_sch)，

如果P_batall大于0表示充电，小于0表示放电，等于0表示待机，计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

2)未接收到需求响应调度功率指令的情况：假设处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，则进行负荷跟踪逻辑判断，储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；假设不处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，直接进入3)；

3)进行需量控制逻辑判断：储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

4)进行逆功率保护逻辑判断：储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入5)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

5)进行储能电站每台PCS的功率分配：假设P_batall大于0，说明储能电站充电，计算得到PCS下所接电池组的SOC(k)小于电池组荷电状态允许的最大值SOC_max的数量为N_p，每台PCS的功率P_bat(k)如下：

假设P_batall小于0，说明储能电站放电，计算得到PCS下所接电池组的SOC(k)大于电池组荷电状态允许的最小值SOC_min的数量为N_g，每台PCS的功率P_bat(k)如下：

假设P_batall等于0，则让储能电站所有PCS待机；

步骤(4)：假设进入了计划调度控制逻辑，采样获得并网点处的联络线功率值P_t和储能电站当前时刻的总充放电功率P_rp以及储能电站中各PCS下电池组的荷电状态SOC值SOC(k)和PCS的充放电功率P_rbat(k)，并进行如下判断：

1)储能电站总的充放电功率P_batall的计算同步骤(3)中的1)，计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

2)储能电站总的充放电功率P_batall的计算同步骤(3)中的2)，如果P_t-P_rp<P_Ldlimit计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配；假设不处于时间段[t_Lstart，t_Lend]中，直接进入3)；

3)进入削峰填谷计划曲线逻辑：储能电站总的充放电功率P_batall如下式：

计算得到P_batall后进入4)中进行储能电站每台PCS的功率分配；

4)进行储能电站每台PCS的功率分配，具体分配方法同步骤(3)中的5)；

步骤(5)：进入PCS下发功率调节命令逻辑：为防止PCS功率的频繁调节，设置每台PCS的调节裕度P_mg，则PCS下发的调节功率P_cmd(k)为：

当计算得到的PCS的功率分配结果P_bat(k)与当前PCS的功率P_rbat(k)差别不大于调节裕度时，不下发功率调节命令。