CN111293712B - 网荷储需求响应控制系统及控制方法 - Google Patents

网荷储需求响应控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种网荷储需求响应控制系统及控制方法，网荷储需求响应控制系统包括控制器、与控制器通讯的PCS和BMS，以及与控制器连接的负载侧电表、电网侧电表、电网断路器、负载断路器和并网接触器；BMS用于获取储能电池的SOC，并发送给控制器；负载侧电表用于获取负载的实时功率，电网侧电表用于获取电网的电压，电网断路器用于将电网断路器的状态信号发送给控制器，负载断路器用于将负载断路器的状态信号发送给控制器，并网接触器用于将并网接触器的状态信号发送给控制器；控制器用于控制PCS的输出功率，以控制储能电池的充放电。本申请能够在满足负载的供电需求的情况下，充分地对电网、负荷和储能电池的需求响应进行控制。

Description

网荷储需求响应控制系统及控制方法
技术领域
本申请属于储能技术领域，具体涉及一种网荷储需求响应控制系统及控制方法。
背景技术
储能电站系统是使用电化学电池进行电能存储并能够与市政电网并网运行的系统。大容量电池储能在电力系统中的应用已经有20多年的历史，随着风电、光伏等新能源产业的迅速发展，大容量储能产业正在加速发展。电力系统中引入电力储能系统后，不仅可以提高电力系统的稳定性，还可以作为调整频率、补偿功率、提高电能质量、补偿负荷波动、移峰填谷的一种新的手段，提升电力需求侧的管理能力，扩展电力设备的利用方式，促进可再生能源应用等。
网荷储具体是指电网、负荷和储能电池。现有的需求响应控制系统在用电高峰时段，储能电池为负载供电，以减少负荷用电电价和提高电网电能质量；在用电低谷时段，利用电网为储能电池充电，以减少负荷用电电价。本申请发明人在研发过程中发现，在保证负载正常供电的情况下，现有的需求响应控制系统未考虑对储能电池进行充分地充放电。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种网荷储需求响应控制系统及控制方法。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种网荷储需求响应控制系统，其包括控制器、PCS、BMS、负载侧电表、电网侧电表、电网断路器、负载断路器和并网接触器；
所述PCS和BMS与所述控制器进行通讯，所述负载侧电表、电网侧电表、电网断路器、负载断路器和并网接触器均与所述控制器连接；
所述BMS用于获取储能电池的SOC，并发送给所述控制器；所述负载侧电表用于获取负载的实时功率，所述电网侧电表用于获取电网的电压，所述电网断路器用于将电网断路器的状态信号发送给所述控制器，所述负载断路器用于将负载断路器的状态信号发送给所述控制器，所述并网接触器用于将并网接触器的状态信号发送给所述控制器；
所述控制器用于控制所述PCS的输出功率，以控制储能电池的充放电。
上述网荷储需求响应控制系统中还包括交换机，所述PCS和BMS均通过所述交换机与所述控制器进行通讯。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种网荷储需求响应控制方法，其包括以下步骤：
预设谷时电网侧的限制功率PC、峰时电网侧的限制功率PD、峰时间段和谷时间段；其中，峰时间段包括峰时段的启动时间和停止时间，谷时间段包括谷时段的启动时间和停止时间；
判断并网接触器是否闭合、电网断路器是否闭合、电网是否有电压；
如果并网接触器闭合、电网断路器闭合且电网侧电表检测到电网有电压，则控制PCS开机、并网，进入削峰填谷运行模式。
上述网荷储需求响应控制方法中，所述判断并网接触器是否闭合的过程为：如果所述并网接触器的状态信号为1时，则判定并网接触器闭合；
所述判断电网断路器是否闭合的过程为：如果电网断路器的状态信号为1，则判定电网断路器闭合；
所述判断电网是否有电压时根据电网侧电表获取的电压进行判断。
上述网荷储需求响应控制方法中，所述进入削峰填谷运行模式的具体过程为：
判断系统时间是否在设定的峰时间段内；
如果系统时间在设定的峰时间段内，则进入峰时间段内的削峰填谷运行模式；否则，判断系统时间是否在设定的谷时间段内；
如果系统时间在设定的谷时间段内，则进入谷时间段内的削峰填谷运行模式；否则，将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态。
进一步地，所述进入峰时间段内的削峰填谷运行模式的具体过程为：
获取负载的实时功率P实时；
判断负载的实时功率P实时是否大于峰时电网侧的限制功率PD；
如果负载的实时功率P实时大于峰时电网侧的限制功率PD，则将PCS的输出功率Pout设置为：Pout＝P实时-PD，并以所述输出功率Pout控制储能电池放电；
判断PCS的输出功率是否大于PCS的最大输出功率Pmax；
如果PCS的输出功率大于PCS的最大输出功率Pmax，则控制PCS以最大输出功率Pmax放电；
判断储能电池的剩余电量SOC是否小于或等于剩余电量预设值；
如果电池的剩余电量SOC小于或等于剩余电量预设值，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态。
进一步地，如果负载的实时功率P实时小于或等于峰时电网侧的限制功率PD，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；
如果PCS的输出功率小于或等于PCS的最大输出功率Pmax，则判断储能电池的剩余电量SOC是否小于或等于剩余电量预设值；
如果储能电池的剩余电量SOC大于剩余电量预设值，则判断系统时间是否达到峰时段的停止时间；
如果系统时间达到峰时段的停止时间，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；否则，结束。
上述网荷储需求响应控制方法中，所述进入谷时间段内的削峰填谷运行模式的具体过程为：
获取负载的实时功率P实时；
判断负载的实时功率P实时是否小于谷时电网侧的限制功率PC；
如果负载的实时功率P实时小于谷时电网侧的限制功率PC，则将PCS的输出功率Pout设置为：Pout＝PC-P实时，并以所述输出功率Pout控制储能电池充电；
判断系统时间是否达到谷时段的停止时间；
如果系统时间达到谷时段的停止时间，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态。
进一步地，如果负载的实时功率P实时大于或等于谷时电网侧的限制功率PC，则将PCS的输出功率Pout设置为：Pout＝PC-P实时，并以所述输出功率Pout控制储能电池充放电；
判断系统时间是否达到谷时段的停止时间；
如果系统时间达到谷时段的停止时间，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；否则，结束。
根据本申请实施例的第三方面，本申请还提供了一种计算机存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序由处理器执行，以完成上述任一项所述网荷储需求响应控制方法中的步骤。
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请网荷储需求响应控制方法通过判断并网接触器闭合、电网断路器闭合且电网有电压，控制PCS开机、并网，进而进入削峰填谷运行模式；通过判断系统时间在设定的峰时间段内，进入峰时间段内的削峰填谷运行模式；通过判断系统时间在设定的谷时间段内，进入谷时间段内的削峰填谷运行模式；在峰时间段内的削峰填谷运行模式下，通过比较负载的实时功率P实时与峰时电网侧的限制功率PD，以及电池的剩余电量SOC与剩余电量预设值，控制储能电池放电；在谷时间段内的削峰填谷运行模式下，通过比较负载的实时功率P实时与谷时电网侧的限制功率PC，控制储能电池充电或放电；本申请能够在满足负载的供电需求的情况下，充分地对电网、负荷和储能电池的需求响应进行控制。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制系统的结构框图。
图2为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法的主流程图。
图3为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法中削峰填谷运行模式的流程图。
图4为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法中进入峰时间段内的削峰填谷运行模式的流程图。
图5为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法中进入谷时间段内的削峰填谷运行模式的流程图。
附图标记说明：
1、控制器；2、PCS；3、BMS；4、负载侧电表；5、电网侧电表；6、电网断路器；7、负载断路器；8、并网接触器；9、交换机。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制系统的结构框图。
如图1所示，本申请实施例提供的网荷储需求响应控制系统包括控制器1、PCS2(Power Conversion System，储能变流器)、BMS3(Battery Management System，电池管理系统)、负载侧电表4、电网侧电表5、电网断路器6、负载断路器7和并网接触器8。其中，PCS2和BMS3通过交换机9与控制器1进行通讯，通讯协议可以为MODBUS-TCP。负载侧电表4和电网侧电表5均通过RS485接线方式与控制器1进行通讯，通讯协议可以为MODBUS-RTU。电网断路器6、负载断路器7和并网接触器8均通过DI(Digital Input，数字量输入)接口与控制器1连接。
BMS3用于获取储能电池的SOC(State of Charge，荷电状态，用来反映储能电池的剩余容量)，并将获取的储能电池的SOC通过交换机9发送给控制器1。负载侧电表4用于获取负载的实时功率，电网侧电表5用于获取电网的电压。电网断路器6用于将电网断路器6的状态信号发送给控制器1，负载断路器7用于将负载断路器7的状态信号发送给控制器1，并网接触器8用于将并网接触器8的状态信号发送给控制器1。
控制器1用于控制PCS2的输出功率，以控制储能电池的充放电。
本申请实施例提供的网荷储需求响应控制系统通过设置控制器1、PCS2、BMS3、负载侧电表4、电网侧电表5、电网断路器6、负载断路器7和并网接触器8，能够在系统并网的情况下，根据负载的实时功率与预设谷时电网侧的限制功率和峰时电网侧的限制功率的关系，在峰时间段内的削峰填谷运行模式中，控制储能电池放电；在谷时间段内的削峰填谷运行模式中，控制储能电池充电或放电，以充分地对储能电池进行充放电控制，满足负载的供电需求。
图2为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法的主流程图。
基于本申请实施例提供的网荷储需求响应控制系统，如图2所示，本申请实施例提供的网荷储需求响应控制方法包括以下步骤：
S1、预设谷时电网侧的限制功率PC、峰时电网侧的限制功率PD、峰时间段和谷时间段。
其中，峰时间段包括峰时段的启动时间和停止时间，谷时间段包括谷时段的启动时间和停止时间。
S2、判断并网接触器8是否闭合、电网断路器6是否闭合、电网是否有电压。
可以理解的是，根据并网接触器8的状态信号能够判断并网接触器8是否闭合；当并网接触器8的状态信号为1时，则判定并网接触器8闭合；当并网接触器8的状态信号为0时，则判定并网接触器8未闭合。
同理，根据电网断路器6的状态信号能够判断电网断路器6是否闭合；当电网断路器6的状态信号为1时，则判定电网断路器6闭合；当电网断路器6的状态信号为0时，则判定电网断路器6未闭合。
根据电网侧电表5获取的电压能够判断电网是否有电压。
S3、如果并网接触器8闭合、电网断路器6闭合且电网侧电表5检测到电网有电压，则控制PCS2开机、并网，进入步骤S4；否则，结束。
S4、进入削峰填谷运行模式。
图3为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法中削峰填谷运行模式的流程图。
如图3所示，上述步骤S4中，进入削峰填谷运行模式的具体过程为：
S41、判断系统时间是否在设定的峰时间段内。
S42、如果系统时间在设定的峰时间段内，则进入峰时间段内的削峰填谷运行模式；否则，进入步骤S43。
S43、判断系统时间是否在设定的谷时间段内。
S44、如果系统时间在设定的谷时间段内，则进入谷时间段内的削峰填谷运行模式；否则，将PCS2的输出功率设置为0，即PCS2处于待机状态，储能电池不充电也不放电。
图4为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法中进入峰时间段内的削峰填谷运行模式的流程图。
上述步骤S42中，如图4所示，进入峰时间段内的削峰填谷运行模式的具体过程为：
S421、通过负载侧电表4获取负载的实时功率P实时。
S422、判断负载的实时功率P实时是否大于峰时电网侧的限制功率PD。
S423、如果负载的实时功率P实时大于峰时电网侧的限制功率PD，则将PCS2的输出功率Pout设置为：Pout＝P实时-PD，并以该输出功率Pout控制储能电池放电；否则，将PCS2的输出功率设置为0，即PCS2处于待机状态，储能电池不充电也不放电。
S424、判断PCS2的输出功率是否大于PCS2的最大输出功率Pmax。
S425、如果PCS2的输出功率大于PCS2的最大输出功率Pmax，则控制PCS2以最大输出功率Pmax放电，进入步骤S426；否则，直接进入步骤S426。
S426、判断储能电池的剩余电量SOC是否小于或等于剩余电量预设值。
S427、如果电池的剩余电量SOC小于或等于剩余电量预设值，则将PCS2的输出功率设置为0，即PCS2处于待机状态，储能电池不充电也不放电；否则，进入步骤S428。
S428、判断系统时间是否达到峰时段的停止时间，如果是，则将PCS2的输出功率设置为0，即PCS2处于待机状态，储能电池不充电也不放电；否则，直接结束。
其中，储能电池的剩余电量预设值设置为20％～25％，储能电池放电至剩余电量为20％～25％时，对储能电池的寿命和效率比较好，禁止将储能电池放空，否则会严重影响储能电池的寿命。
图5为本申请具体实施方式提供的一种网荷储需求响应控制方法中进入谷时间段内的削峰填谷运行模式的流程图。
上述步骤S44中，如图5所示，进入谷时间段内的削峰填谷运行模式的具体过程为：
S441、通过负载侧电表4获取负载的实时功率P实时。
S442、判断负载的实时功率P实时是否小于谷时电网侧的限制功率PC。
S443、如果负载的实时功率P实时小于谷时电网侧的限制功率PC，则将PCS2的输出功率Pout设置为：Pout＝PC-P实时，并以该输出功率Pout控制储能电池充电，进入步骤S444；否则，将PCS2的输出功率设置为Pout＝PC-P实时，并以该输出功率Pout控制储能电池放电，进入步骤S444。
S444、判断系统时间是否达到谷时段的停止时间。
S445、如果系统时间达到谷时段的停止时间，则将PCS2的输出功率设置为0，即PCS2处于待机状态，储能电池不充电也不放电；否则，直接结束。
本申请实施例提供的网荷储需求响应控制方法通过判断并网接触器8闭合、电网断路器6闭合且电网有电压，控制PCS2开机、并网，进而进入削峰填谷运行模式；通过判断系统时间在设定的峰时间段内，进入峰时间段内的削峰填谷运行模式；通过判断系统时间在设定的谷时间段内，进入谷时间段内的削峰填谷运行模式。在峰时间段内的削峰填谷运行模式下，通过比较负载的实时功率P实时与峰时电网侧的限制功率PD，以及电池的剩余电量SOC与剩余电量预设值，控制储能电池放电。在谷时间段内的削峰填谷运行模式下，通过比较负载的实时功率P实时与谷时电网侧的限制功率PC，控制储能电池充电或放电。本申请能够在满足负载的供电需求的情况下，充分地对电网、负荷和储能电池的需求响应进行控制。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，是计算机可读存储介质，例如，包括计算机程序的存储器，上述计算机程序可由处理器执行，以完成前述网荷储需求响应控制方法中的所述步骤。
上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可为在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种网荷储需求响应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
预设谷时电网侧的限制功率PC、峰时电网侧的限制功率PD、峰时间段和谷时间段；其中，峰时间段包括峰时段的启动时间和停止时间，谷时间段包括谷时段的启动时间和停止时间；
判断并网接触器是否闭合、电网断路器是否闭合、电网是否有电压；
如果并网接触器闭合、电网断路器闭合且电网侧电表检测到电网有电压，则控制PCS开机、并网，进入削峰填谷运行模式；
所述进入削峰填谷运行模式的具体过程为：
判断系统时间是否在设定的峰时间段内；
如果系统时间在设定的峰时间段内，则进入峰时间段内的削峰填谷运行模式；否则，判断系统时间是否在设定的谷时间段内；
如果系统时间在设定的谷时间段内，则进入谷时间段内的削峰填谷运行模式；否则，将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；
所述进入峰时间段内的削峰填谷运行模式的具体过程为：
获取负载的实时功率P实时；
判断负载的实时功率P实时是否大于峰时电网侧的限制功率PD；
如果负载的实时功率P实时大于峰时电网侧的限制功率PD，则将PCS的输出功率Pout设置为：Pout＝P实时-PD，并以所述输出功率Pout控制储能电池放电；
判断PCS的输出功率是否大于PCS的最大输出功率Pmax；
如果PCS的输出功率大于PCS的最大输出功率Pmax，则控制PCS以最大输出功率Pmax放电；
判断储能电池的剩余电量SOC是否小于或等于剩余电量预设值；
如果电池的剩余电量SOC小于或等于剩余电量预设值，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态。
2.根据权利要求1所述的网荷储需求响应控制方法，其特征在于，所述判断并网接触器是否闭合的过程为：如果所述并网接触器的状态信号为1时，则判定并网接触器闭合；
所述判断电网断路器是否闭合的过程为：如果电网断路器的状态信号为1，则判定电网断路器闭合；
所述判断电网是否有电压时根据电网侧电表获取的电压进行判断。
3.根据权利要求1所述的网荷储需求响应控制方法，其特征在于，如果负载的实时功率P实时小于或等于峰时电网侧的限制功率PD，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；
如果PCS的输出功率小于或等于PCS的最大输出功率Pmax，则判断储能电池的剩余电量SOC是否小于或等于剩余电量预设值；
如果储能电池的剩余电量SOC大于剩余电量预设值，则判断系统时间是否达到峰时段的停止时间；
如果系统时间达到峰时段的停止时间，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；否则，结束。
4.根据权利要求3所述的网荷储需求响应控制方法，其特征在于，所述进入谷时间段内的削峰填谷运行模式的具体过程为：
获取负载的实时功率P实时；
判断负载的实时功率P实时是否小于谷时电网侧的限制功率PC；
如果负载的实时功率P实时小于谷时电网侧的限制功率PC，则将PCS的输出功率Pout设置为：Pout＝PC-P实时，并以所述输出功率Pout控制储能电池充电；
判断系统时间是否达到谷时段的停止时间；
如果系统时间达到谷时段的停止时间，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态。
5.根据权利要求4所述的网荷储需求响应控制方法，其特征在于，如果负载的实时功率P实时大于或等于谷时电网侧的限制功率PC，则将PCS的输出功率Pout设置为：Pout＝PC-P实时，并以所述输出功率Pout控制储能电池充放电；
判断系统时间是否达到谷时段的停止时间；
如果系统时间达到谷时段的停止时间，则将PCS的输出功率设置为0，PCS处于待机状态；否则，结束。
6.一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序由处理器执行，以完成权利要求1～5任一项所述网荷储需求响应控制方法中的步骤。
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