CN111555321A - 储能联合火电调频中pcs的功率分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种储能联合火电调频中PCS的功率分配方法及装置。本申请一实施例中，储能联合火电调频中PCS的功率分配方法可以包括：根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机组当前时刻的实际功率，确定储能系统当前时刻的应发功率；根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储能分区中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的充放电功率；根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定所述储能分区中各个PCS的充放电功率；基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率。本申请实施例能够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。

Description

储能联合火电调频中PCS的功率分配方法及装置

技术领域

本发明涉及能源管理技术领域，尤其涉及一种储能联合火电调频中储能变 流器(PCS)的功率分配方法及装置。

背景技术

随着锂电池的不断发展，应用锂电池系统辅助火电厂参与系统调频、调峰、 削峰填谷成为了一种可行方案。其中关键问题之一，是对电池储能的控制和荷 电状态(SOC)的判断。从电池储能的角度来说，过度的充电和过度的放电都 会对电池的寿命造成影响。因此，监控好电池的SOC，并根据电池SOC在储 能电站内部合理分配好PCS的出力来将电池的SOC控制在一定范围内是十分 必要的。

PCS可用于控制电池的充电和放电，进行交直流的变换，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，使发电系统 的总体出力更好地满足AGC调度指令要求。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

为解决部分地或全部地解决上述技术问题以及其他相关的技术问题，本申 请实施例提供了一种储能联合火电调频中PCS的功率分配方法及装置。

根据本申请的一个方面，提供了一种储能联合火电调频中储能变流器PCS 的功率分配方法，包括：

根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机组当前时刻的实际功率， 确定储能系统当前时刻的应发功率；

根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储能分区中PCS前一 时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的充放电功率；

根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定所述储能分区中各个 PCS的充放电功率；

基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，优化 所述储能分区中各个PCS的功率。

根据本申请的另一个方面，提供了一种用于储能联合火电调频中PCS功率 分配的装置，包括：

第一确定单元，配置为根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机组 当前时刻的实际功率，确定储能系统当前时刻的应发功率；

计算单元，配置为根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储 能分区中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的 充放电功率；

第二确定单元，配置为根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定 所述储能分区中各个PCS的充放电功率；

优化单元，配置为基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一 时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率。

本申请实施例提供的储能联合火电调频中PCS的功率分配方法及装置，能 够根据不同类型、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。

附图说明

图1为本申请实施例适用的储能辅助火电调频的示例性系统架构示意图。

图2为本申请实施例储能联合火电调频中PCS的功率分配方法的示例性具 体实现流程图；

图3为本申请实施例储能联合火电调频中PCS的功率分配装置的结构示意 图。

具体实施方式

下文将结合附图对本申请实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突 的情况下，本申请中的各个实施例及其中的各特征可以相互任意组合。

本申请实施例适用的储能辅助火电调频的示例性系统可以包括电厂远端测 控单元(RTU，Remote Terminal Unit)(图中未示出)、能量管理系统(EMS) (图中未示出)、机组集散控制系统(DCS)(图中未示出)和多个储能系统。 每个储能系统包括多个储能变流器(PCS，Power Conversion System)和受该 PSC控制的锂电池组。RTU是电厂以及电网连接的终端，通常电网调度系统通 过电网规约下发AGC调频信号至RTU，然后通过EMS将基于该AGC调频信 号确定的出力信号发送给机组DCS和储能系统中的PCS来改变机组和储能系 统的出力以满足AGC调频指令。EMS可以采用快速光纤网络与PCS进行通讯， 协调控制PCS运行状态，保证整体输出功率的实时性与准确性，并根据各锂电 池组的荷电状态(SOC)以及电池检修情况将AGC调频指令分配给各台PCS， 使各锂电池组的性能状态达到均衡。

一些示例中，PCS可以包括DC/AC双向变流器、控制单元等。PCS的控 制单元可以通过通讯接收后台(例如，EMS)的控制指令，根据功率指令的符 号及大小控制PCS中的DC/AC双向变流器对锂电池组或飞轮储能单元进行充 电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。具体应用中，PCS可以通 过CAN接口与BMS通讯，获取电池组或飞轮储能单元的状态信息，实现对 锂电池组或飞轮储能单元的保护性充放电，确保电池运行安全。

实际应用中，大规模的储能电站中涉及的电池组、PCS、电池管理系统 (BMS，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)等需计算的元件数量大，结构 复杂。为了简化数据的传输和计算，需要将储能系统进行分区处理。根据储能 系统中升压变的数目来划分储能分区，即一个储能升压箱作为一个计算单元。 具体的分区如图1所示，每个升压变对应一个储能分区。

本申请实施例的基本思想是提供一种储能联合火电调频中PCS的功率分配 方法及装置，储能电站的EMS和各个储能分区进行通信，然后计算出每一分区 应该发出的功率的参考值，然后各个分区通过内部PCS的实际情况确定该分区 的实际应发功率。并且，建立PCS功率分配的模型，然后采用粒子群算法计算 每个储能分区的PCS的应发功率。如此，本申请实施例能够根据不同类型、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。

下面对本申请实施例的示例性实现过程进行详细说明。

图2示出了本申请实施例中储能联合火电调频中PCS的功率分配方法的示 例性流程。如图2所示，该方法可以包括：

步骤S201，根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机组当前时刻的 实际功率，确定储能系统当前时刻的应发功率；

本步骤中，EMS接收到RTU下发的AGC调频指令，储能电站根据机组的 实际出力和AGC指令来确定充放电的应发功率，即按照式P_ess(t)＝P_AGC(t)-P_g(t)确 定应发功率，该式中P_ess为储能系统的t时刻的功率，P_AGC为调度在t时刻下发的 功率，P_g为火电机组在t时刻的出力。

步骤S202，根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储能分区 中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的充放电 功率；

本步骤的示例性实现过程可以包括：步骤1，根据PCS的最大允许充放电 功率和各个储能分区在前一时刻的剩余电量平均值，计算各个储能分区的参考 功率；步骤2，基于各个储能分区的参考功率、当前储能分区中PCS的效率及 其管理的储能电池前一时刻的剩余电量、当前储能分区中PCS在前一时刻的最 大输出功率，计算当前储能分区的功率。

步骤S203，根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定所述储能分 区中各个PCS的充放电功率；

本步骤可以包括：按照下式计算所述储能分区中各个PCS的应分配功率：

其中，

为第i个储能分区中各个PCS的放电功率；当

大于PCS 在前一时刻允许的最大放电功率

则令α＝1、β＝0，否则α＝0、β＝1。

步骤S204，基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的 功率，优化储能分区中各个PCS的功率。

本步骤中，可以基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时 刻的功率，采用粒子群算法优化所述储能分区中各个PCS的功率。一些示例中， 本步骤的具体实现过程可以包括：以储能区间剩余电量的方差最小和分配的功 率差值最小为目标，利用当前储能分区在当前时刻的功率及其前一时刻的剩余 电量平均值、储能系统当前时刻的功率来计算储能分区中各个PCS当前时刻的 功率。

具体地，采用粒子群算法计算出各储能分区内PCS的功率，以储能区间SOC 的方差最小和分配的功率差值最小设定目标函数为：

约束条件为：

SOC_low≤SOC_i(t)≤SOC_high

上式中，

表示t-1时刻储能区间的功率和t时刻储能应发功 率的差值，

表示t-1时刻SOC的和预设SOC的方差值。 SOC_low和SOC_high表示t时刻预设的储能的SOC最小值和最大值。ω₁ω₂为粒子群算 法的权重系数。

为了保证各个PCS下储能系统的SOC保持一致，在步骤S203和步骤S204 之前，即确定所述储能分区中各个PCS的充放电功率之后、优化所述储能分区 中各个PCS的功率之前，还可以包括：对所述储能分区中各个PCS的充放电功 率进行调整。

具体地，对所述储能分区中各个PCS的充放电功率进行调整，可以包括： 步骤a1，利用储能系统前一时刻的功率确定当前储能分区在当前时刻的功率调 整区间；步骤a2，基于当前储能分区在当前时刻的功率调整区间，对当前储能 分区在当前时刻的功率进行调整，以保证各个PCS下储能电池的剩余电量保持 一致。

一些示例中，可以按照如下公式中之一对当前功率分区在当前时刻的功率 进行调整：

其中，

为功率调整区间，

为设定的调节功率，

为t-1时 刻的储能分区的功率，K、K^*为系数，当SOC_i(t-1)大于预先设定的剩余电量参 考值时，K＝1，否则K＝-1，K^*为K的负数。

具体地，功率调节公式为：

该式中，

为 功率调整区间，

为设定的调节功率，

为t-1时刻的储能分区的功率， K为系数，当SOC_i(t-1)大于设定的SOC参考值时，K＝1，否则K＝-1。当系数全 为正或负时，更改SOC的参考值为第i个储能分区内SOC的实际值的中间数 后重新计算K值。功率调节公式为：

由此，可以根据计算结果得到微调的上下限值如下式所示：

在步骤202～步骤203中，各储能分区需要根据(t-1)时刻各个储能电池的 SOC，PCS的最大允许充放电功率等情况计算出各储能分区的参考出力。

具体地，在步骤S202～步骤S203中，当储能电站需要放电时，各储能分区 需要的放电功率参考值为：

式中，

为第i个储能分 区的出力参考值，SOC_i(t-1)为第i个储能分区在t-1时刻储能的SOC平均值。

根据

和第i个储能分区中PCS的情况和储能电池SOC的情况，计算 第i个储能分区的出力：

式 中，

为第i个储能分区中第j个PCS的效率，

为i个储能分区中第j 个PCS下储能的SOC，

为第i个储能分区中第j个PCS在t-1时的最 大输出功率。

随后可以对该区中各个PCS进行功率分配：

式中，

为i区中各个PCS的放电功率。当

大于PCS在t-1时刻允许的 最大放电功率

则令α＝1、β＝0，否则α＝0、β＝1。

具体地，在步骤S202～步骤S203中，当储能电站需要充电时，各储能分区 需要充电的功率参考值为：

根据

和第i个储能分区中PCS的情况和储能电池SOC的情况，计算 第i个储能分区的出力：

式 中，

为第i个储能分区中第j个PCS的效率，

为i个储能分区中第j 个PCS下储能的SOC，

为第i个储能分区中第j个PCS在t-1时的最 大输出功率。

随后可以对该区中各个PCS进行功率分配：

式中，

为i区中各个PCS的放电功率。当

大于PCS在t-1时刻允许的 最大放电功率

则令α＝1、β＝0，否则α＝0、β＝1。

如图3所示，本申请实施例还提供了一种用于储能联合火电调频中PCS功 率分配的装置，包括：

第一确定单元31，配置为根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机 组当前时刻的实际功率，确定储能系统当前时刻的应发功率；

计算单元32，配置为根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前 储能分区中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻 的充放电功率；

第二确定单元33，配置为根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确 定所述储能分区中各个PCS的充放电功率；

优化单元34，配置为基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前 一时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率。

上述用于储能联合火电调频中PCS功率分配的装置可以通过软件、硬件或 两者的结合来实现。一些示例中，上述用于储能联合火电调频中PCS功率分配 的装置可以是安装于EMS等设备中的软件。

上述用于储能联合火电调频中PCS功率分配的装置中各个部分的其他技术 细节可参照上文方法部分，不再赘述。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围 应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种储能联合火电调频中储能变流器PCS的功率分配方法，包括：

根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机组当前时刻的实际功率，确定储能系统当前时刻的应发功率；

根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储能分区中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的充放电功率；

根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定所述储能分区中各个PCS的充放电功率；

基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率。

2.如权利要求1所述的方法，其中，基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率，包括：基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，采用粒子群算法优化所述储能分区中各个PCS的功率。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率，包括：以储能区间剩余电量的方差最小和分配的功率差值最小为目标，利用当前储能分区在当前时刻的功率及其前一时刻的剩余电量平均值、储能系统当前时刻的功率来计算储能分区中各个PCS当前时刻的功率。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，

所述粒子群算法中的目标函数为下式：

约束条件为：

SOC_low≤SOC_i(t)≤SOC_high

其中，

表示前一时刻储能区间的功率

和当前时刻储能系统应发功率

的差值，

表示前一时刻储能分区的剩余电量SOC_i(t-1)和其预设剩余电量SOC_ref之间的方差值，SOC_low表示当前时刻预设的储能系统的预设剩余电量的最小值，SOC_high表示当前时刻预设的储能系统的预设剩余电量的最大值，ω₁、ω₂为预先获得的粒子群算法的权重系数，

为当前储能分区i中第j个PCS的效率，

表示PCS的最大允许充放电功率。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述储能分区中各个PCS的充放电功率之后、优化所述储能分区中各个PCS的功率之前，对所述储能分区中各个PCS的充放电功率进行调整。

6.如权利要求5所述的方法，其中，对所述储能分区中各个PCS的充放电功率进行调整，包括：

利用储能系统前一时刻的功率确定当前储能分区在当前时刻的功率调整区间；

基于当前储能分区在当前时刻的功率调整区间，对当前储能分区在当前时刻的功率进行调整，以保证各个PCS下储能电池的剩余电量保持一致。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述基于当前储能分区在当前时刻的功率调整区间，对当前储能分区在当前时刻的功率进行调整，包括：

按照如下公式中之一对当前功率分区在当前时刻的功率进行调整：

其中，

为功率调整区间，

为设定的调节功率，

为t-1时刻的储能分区的功率，K、K^*为系数，当SOC_i(t-1)大于预先设定的剩余电量参考值时，K＝1，否则K＝-1，K^*为K的负数。

8.如权利要求1所述的方法，其中，根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储能分区中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的充放电功率，包括：

根据PCS的最大允许充放电功率和各个储能分区在前一时刻的剩余电量平均值，计算各个储能分区的参考功率；

基于各个储能分区的参考功率、当前储能分区中PCS的效率及其管理的储能电池前一时刻的剩余电量、当前储能分区中PCS在前一时刻的最大输出功率，计算当前储能分区的功率。

9.如权利要求1所述的方法，其中，根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定所述储能分区中各个PCS的充放电功率，包括：

按照下式计算所述储能分区中各个PCS的应分配功率：

其中，

为第i个储能分区中各个PCS的放电功率；当

大于PCS在前一时刻允许的最大放电功率

则令α＝1、β＝0，否则α＝0、β＝1。

10.一种用于储能联合火电调频中PCS功率分配的装置，包括：

第一确定单元，配置为根据当前时刻接收到的AGC调频指令和火电机组当前时刻的实际功率，确定储能系统当前时刻的应发功率；

计算单元，配置为根据储能分区前一时刻的剩余电量平均值、以及当前储能分区中PCS前一时刻的输出功率和剩余电量，计算所述储能分区当前时刻的充放电功率；

第二确定单元，配置为根据所述储能分区在当前时刻的充放电功率，确定所述储能分区中各个PCS的充放电功率；

优化单元，配置为基于储能系统当前时刻的应发功率和所述储能分区前一时刻的功率，优化所述储能分区中各个PCS的功率。

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