CN111564855A - 一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电化学储能应用技术领域，具体涉及一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统。利用了调频储能系统主要由锂离子蓄电池电池、电池管理系统BMS、储能变流器、变压器及相应的控制和连接配件构成，即，其中锂电池成本约为总成本的一半；根据充电和放电的额定电流倍率不一样，按照充电和放电独立配置设计，充电与放电分别在两个子系统中进行，避免在一个子系统中频繁循环进行充放电，减少充电、放电来回转换的次数，延长电池寿命，提高系统效率；为了解决在调频过程中充电和放电的电量不一致会造成不能均衡持续运行的缺陷；采用优化必要的配置和设计三分之一蓄电池作为共享配置资源，降低了投资成本同时保障调频储能系统持续、安全运行。

Description

一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统
技术领域
本发明属于电化学储能应用技术领域，具体涉及一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统。
背景技术
大量的分布式电源及新能源电力接入电网给电网频率稳定带来巨大的风险，直接影响电网的稳定、安全运行。电池储能系统参与电网调频具有明显优势，受到业界追捧并广泛应用。目前比较适合调频应用的电池储能系统重要采用锂电池为多；其特点是锂电池寿命期深度充放电循环次数有限，充放电2C以上大倍率动力型锂电池成本高且充放电循环次数小于2000次，充放电1C一下小倍率储能型锂电池充放电循环次数大于4500次，采用锂电池的优点是储能系统搭建快捷且技术成熟，故此仍是目前优选的选择之一。
需要关注的是，公开资料显示其应用于电网(电厂)调频的电池储能系统大多采用以满足功率需求为前提配置储能容量；一般采用2∶1的配置，即功率2储能1，也就是半小时率配置的储能系统(满功率运行半小时的充电或放电的储能容量)；然而，应用于电网(电厂)调频的电池储能系统的运行特点是需要频繁的进行充电和放电，每天平均充放电达到数百次，这对于充放电次数较少的动力型锂电池来说，是一个巨大的挑战，会严重影响锂电池储能系统的效率和寿命；有效的解决方法是充电与放电分别在两个子系统中进行，避免在一个子系统中频繁循环进行充放电，减少充电、放电来回转换的次数，延长电池寿命，提高系统效率。
锂电池的另一个特点是，锂电池一般充电和放电的电流倍率是不一样的，大多为额定充电最大功率是额定放电最大功率的二分之一；如果按照优先的充电与放电分别在两个子系统进行设计，若以放电的电流倍率为准进行配置，充电的电流倍率严重超标，不能满足充电要求；若以充电的电流倍率为准进行配置，就需要增加储能容量增加投资成本；在同等应用和投资的前提下，选择适合的锂电池产品和优化配置的调频电池储能系统设计是尤为重要的；如何减少锂电池的反复充放电次数，同时优化系统配置降低投资成本是提高调频储能系统效率和寿命及投资效益的关键问题。
发明内容
为了解决上述问题，首先分析调频储能系统的构成，即主要锂电池、电池管理系统BMS、储能变流器、变压器及相应的控制和连接配件，其中锂电池成本约为总成本的一半；由于充电和放电的额定电流倍率不一样，按照充电和放电独立配置设计最合理，但是这样配置在调频过程中充电和放电的电量不一致会造成不能均衡持续运行的后果；考虑优化必要的配置和共享配置资源，保障调频储能系统持续、安全运行，本发明提出一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，主要包括：电网调度终端、电网、电网电力线、电力通信链路、电网AGC终端、调频储能控制系统、储能系统通信线路、第1调频储能子系统变流器、第1储能系统变压器、第1调频储能子系统变流器正极端子、第1调频储能子系统变流器负极端子、第2调频储能子系统变流器、第2储能系统变压器、第2调频储能子系统变流器正极端子、第2调频储能子系统变流器负极端子、第1调频储能子系统变流器正极直流母线、第1调频储能子系统变流器负极直流母线、第2调频储能子系统变流器正极直流母线、第2调频储能子系统变流器负极直流母线、第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线、第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关、第1调频储能子系统第1蓄电池组串、第1调频储能子系统第n蓄电池组串、第2调频储能子系统第1蓄电池组串、第2调频储能子系统第n蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串，其中：
第1调频储能子系统第1蓄电池组串、第1调频储能子系统第n蓄电池组串的各正极、负极分别连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线、第1调频储能子系统变流器负极直流母线，由第1调频储能子系统变流器正极直流母线接入第1调频储能子系统变流器的第1调频储能子系统变流器正极端子以及第1调频储能子系统变流器负极直流母线接入第1调频储能子系统变流器的第1调频储能子系统变流器负极端子，再由第1调频储能子系统变流器通过第1储能系统变压器接入电网的电网电力线，构成第1调频储能子系统进行调频充放电的储能系统及调频充放电的电力路径；
第2调频储能子系统第1蓄电池组串、第2调频储能子系统第n蓄电池组串的各正极、负极分别连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线、第2调频储能子系统变流器负极直流母线，由第2调频储能子系统变流器正极直流母线接入第2调频储能子系统变流器的第2调频储能子系统变流器正极端子以及第2调频储能子系统变流器负极直流母线接入第2调频储能子系统变流器的第2调频储能子系统变流器负极端子，再由第2调频储能子系统变流器通过第2储能系统变压器接入电网的电网电力线，构成第2调频储能子系统进行调频充放电的储能系统及调频充放电的电力路径；
第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线并分别通过第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关以及同时断开第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关后连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线、第1调频储能子系统变流器负极直流母线，由第1调频储能子系统变流器正极直流母线接入第1调频储能子系统变流器的第1调频储能子系统变流器正极端子以及第1调频储能子系统变流器负极直流母线接入第1调频储能子系统变流器的第1调频储能子系统变流器负极端子，再由第1调频储能子系统变流器通过第1储能系统变压器接入电网的电网电力线，并且受控闭合第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关和第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关，构成第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串与第1调频储能子系统蓄电池组串共同进行调频充电的调频充电储能子系统及调频充电的电力路径；
第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线并分别通过第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关以及同时断开第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关后连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线、第2调频储能子系统变流器负极直流母线，由第2调频储能子系统变流器正极直流母线接入第2调频储能子系统变流器的第2调频储能子系统变流器正极端子以及第2调频储能子系统变流器负极直流母线接入第2调频储能子系统变流器的第2调频储能子系统变流器负极端子，再由第2调频储能子系统变流器通过第2储能系统变压器接入电网的电网电力线，并且受控闭合第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关，构成第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第2调频储能子系统蓄电池组串共同进行调频充电的调频充电储能子系统及调频充电的电力路径；
电网调度终端通过电力通信链路、电网AGC终端连接调频储能控制系统，构成电网调频调度控制指令下达的通信链路；
调频储能控制系统通过储能系统通信线路分别连接第1调频储能子系统第1蓄电池组串、第1调频储能子系统第n蓄电池组串、第2调频储能子系统第1蓄电池组串、第2调频储能子系统第n蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串，构成调频储能系统的调频控制通信链路；
其特征是：整体调频储能系统的储能蓄电池由第1调频储能子系统n个蓄电池组串、第2调频储能子系统n个蓄电池组串以及第1第2调频储能子系统共享的n个蓄电池组串3个部分组成，每一个部分的蓄电池额定储能容量相等，并且第1第2调频储能子系统共享的n个蓄电池组串这一部分储能蓄电池组串始终共享参与充电调频储能子系统的受控运行，构成整体调频储能系统同时满足充电和放电的电流倍率要求的储能配置；
一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统的运行控制方法为：
设定存储电量较少的调频储能子系统为第1调频储能子系统即充电调频储能子系统，另一个存储电量较多的调频储能子系统为第2调频储能子系统即放电调频储能子系统；调频储能系统开启运行正常时，调频储能控制系统将第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线并分别通过第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关以及同时断开第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关后连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线、第1调频储能子系统变流器负极直流母线，并且控制闭合第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关和第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关，使得第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第1调频储能子系统蓄电池组串共同构建调频充电的调频充电储能子系统及进行充电运行；
调频储能控制系统实时监测并在第1调频储能子系统和第2调频储能子系统中发现有电量充满的蓄电池组串或者发现有电量放完的蓄电池组串时，将第2调频储能子系统动态调整为放电调频储能子系统，同时将第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串的各正极、负极分别连接第1第2共享调频储能子系统变流器共享正极直流母线、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线并分别通过第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关以及同时断开第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关后连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线、第2调频储能子系统变流器负极直流母线，并且控制闭合第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关，使得第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第2调频储能子系统蓄电池组串共同构成调频充电的调频充电储能子系统进行充电运行，并且第1调频储能子系统作为放电调频储能子系统运行；
调频储能控制系统实时监测并通过电网AGC终端接受电网调度终端发出的调频功率指令，若判断为正功率调频需求指令时，控制放电调频储能子系统按照电网调度要求的放电功率进行放电；若判断为负功率调频需求指令时，控制充电调频储能子系统按照电网调度要求的充电功率进行充电；
调频储能控制系统实时监测并在每一次发现有电量充满的蓄电池组串或者发现有电量放完的蓄电池组串时，就进行动态调整，将第1调频储能子系统和第2调频储能子系统的充电和放电职能进行轮回转换，并将第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与充电调频储能子系统连通，使得充电的调频储能子系统储能容量始终保持两倍于和放电的调频储能子系统，在一个动态调整过程中充电的储能子系统储能容量始终保持两倍于和放电的调频储能子系统且只是充电，另一个放电的调频储能子系统只是放电。
所述一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，其特征是组成调频储能子系统的蓄电池组串是由蓄电池、电池管理系统BMS及配件连接构成。
所述一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，其特征是调频储能控制系统主要包括：计算机实时监测控制模块、预置系统程序模块、数据存储电路块模、时钟模块、通信管理模块、电源模块、系统控制总线，其中：
计算机实时监测控制模块通过系统控制总线分别连接预置系统程序模块、数据存储电路块模、时钟模块、通信管理模块、电源模块，构成调频储能管控系统及控制与通信链路；
计算机实时监测控制模块通过通信管理模块连接电力通信链路及电网AGC终端接受电网调度终端发出的调频功率指令，并通过通信管理模块连接储能系统通信线路及调频储能系统，构成调频功率分配及调频储能系统监控的控制链路。
本发明一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，利用了调频储能系统主要由锂离子蓄电池电池、电池管理系统BMS、储能变流器、变压器及相应的控制和连接配件构成，即，其中锂电池成本约为总成本的一半；根据充电和放电的额定电流倍率不一样，按照充电和放电独立配置设计，充电与放电分别在两个子系统中进行，避免在一个子系统中频繁循环进行充放电，减少充电、放电来回转换的次数，延长电池寿命，提高系统效率；为了解决在调频过程中充电和放电的电量不一致会造成不能均衡持续运行的缺陷；采用优化必要的配置和设计三分之一蓄电池作为共享配置资源，降低了投资成本同时保障调频储能系统持续、安全运行。
附图说明
图1为一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统的原理示意框图。
图2为调频储能控制系统的构成原理示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
如图1所示，一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，主要包括：电网调度终端(1)、电网(2)、电网电力线(3)、电力通信链路(4)、电网AGC终端(5)、调频储能控制系统(6)、储能系统通信线路(7)、第1调频储能子系统变流器(8)、第1储能系统变压器(8a)、第1调频储能子系统变流器正极端子(8b)、第1调频储能子系统变流器负极端子(8c)、第2调频储能子系统变流器(9)、第2储能系统变压器(9a)、第2调频储能子系统变流器正极端子(9b)、第2调频储能子系统变流器负极端子(9c)、第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)、第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)、第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)、第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)、第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)、第1调频储能子系统第1蓄电池组串(11)、第1调频储能子系统第n蓄电池组串(1n)、第2调频储能子系统第1蓄电池组串(31)、第2调频储能子系统第n蓄电池组串(3n)、第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)，其中：
第1调频储能子系统第1蓄电池组串(11)、第1调频储能子系统第n蓄电池组串(1n)的各正极、负极分别连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)，由第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器正极端子(8b)以及第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器负极端子(8c)，再由第1调频储能子系统变流器(8)通过第1储能系统变压器(8a)接入电网(2)的电网电力线(3)，构成第1调频储能子系统进行调频充放电的储能系统及调频充放电的电力路径；
第2调频储能子系统第1蓄电池组串(31)、第2调频储能子系统第n蓄电池组串(3n)的各正极、负极分别连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)，由第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器正极端子(9b)以及第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器负极端子(9c)，再由第2调频储能子系统变流器(9)通过第2储能系统变压器(9a)接入电网(2)的电网电力线(3)，构成第2调频储能子系统进行调频充放电的储能系统及调频充放电的电力路径；
第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)以及同时断开第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)后连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)，由第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器正极端子(8b)以及第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器负极端子(8c)，再由第1调频储能子系统变流器(8)通过第1储能系统变压器(8a)接入电网(2)的电网电力线(3)，并且受控闭合第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)和第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)，构成第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串与第1调频储能子系统蓄电池组串共同进行调频充电的调频充电储能子系统及调频充电的电力路径；
第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)以及同时断开第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)后连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)，由第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器正极端子(9b)以及第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器负极端子(9c)，再由第2调频储能子系统变流器(9)通过第2储能系统变压器(9a)接入电网(2)的电网电力线(3)，并且受控闭合第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)，构成第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第2调频储能子系统蓄电池组串共同进行调频充电的调频充电储能子系统及调频充电的电力路径；
电网调度终端(1)通过电力通信链路(4)、电网AGC终端(5)连接调频储能控制系统(6)，构成电网调频调度控制指令下达的通信链路；
调频储能控制系统(6)通过储能系统通信线路(7)分别连接第1调频储能子系统第1蓄电池组串(11)、第1调频储能子系统第n蓄电池组串(1n)、第2调频储能子系统第1蓄电池组串(31)、第2调频储能子系统第n蓄电池组串(3n)、第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)，构成调频储能系统的调频控制通信链路；
其特征是：整体调频储能系统的储能蓄电池由第1调频储能子系统n个蓄电池组串、第2调频储能子系统n个蓄电池组串以及第1第2调频储能子系统共享的n个蓄电池组串3个部分组成，每一个部分的蓄电池额定储能容量相等，并且第1第2调频储能子系统共享的n个蓄电池组串这一部分储能蓄电池组串始终共享参与充电调频储能子系统的受控运行，构成整体调频储能系统同时满足充电和放电的电流倍率要求的储能配置；
一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统的运行控制方法为：
设定存储电量较少的调频储能子系统为第1调频储能子系统即充电调频储能子系统，另一个存储电量较多的调频储能子系统为第2调频储能子系统即放电调频储能子系统；调频储能系统开启运行正常时，调频储能控制系统(6)将第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)以及同时断开第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)后连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)，并且控制闭合第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)和第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)，使得第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第1调频储能子系统蓄电池组串共同构建调频充电的调频充电储能子系统及进行充电运行；
调频储能控制系统(6)实时监测并在第1调频储能子系统和第2调频储能子系统中发现有电量充满的蓄电池组串或者发现有电量放完的蓄电池组串时，将第2调频储能子系统动态调整为放电调频储能子系统，同时将第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2共享调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)以及同时断开第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)后连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)，并且控制闭合第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)，使得第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第2调频储能子系统蓄电池组串共同构成调频充电的调频充电储能子系统进行充电运行，并且第1调频储能子系统作为放电调频储能子系统运行；
调频储能控制系统(6)实时监测并通过电网AGC终端(5)接受电网调度终端(1)发出的调频功率指令，若判断为正功率调频需求指令时，控制放电调频储能子系统按照电网调度要求的放电功率进行放电；若判断为负功率调频需求指令时，控制充电调频储能子系统按照电网调度要求的充电功率进行充电；
调频储能控制系统(6)实时监测并在每一次发现有电量充满的蓄电池组串或者发现有电量放完的蓄电池组串时，就进行动态调整，将第1调频储能子系统和第2调频储能子系统的充电和放电职能进行轮回转换，并将第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与充电调频储能子系统连通，使得充电的调频储能子系统储能容量始终保持两倍于和放电的调频储能子系统，在一个动态调整过程中充电的储能子系统储能容量始终保持两倍于和放电的调频储能子系统且只是充电，另一个放电的调频储能子系统只是放电。
所述一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，其特征是组成调频储能子系统的蓄电池组串是由蓄电池、电池管理系统BMS及配件连接构成。
如图2所示，所述一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，其特征是调频储能控制系统(6)主要包括：计算机实时监测控制模块(601)、预置系统程序模块(602)、数据存储电路块模(603)、时钟模块(604)、通信管理模块(605)、电源模块(606)、系统控制总线(607)，其中：
计算机实时监测控制模块(601)通过系统控制总线(607)分别连接预置系统程序模块(602)、数据存储电路块模(603)、时钟模块(604)、通信管理模块(605)、电源模块(606)，构成调频储能管控系统及控制与通信链路；
计算机实时监测控制模块(601)通过通信管理模块(605)连接电力通信链路(4)及电网AGC终端(5)接受电网调度终端(1)发出的调频功率指令，并通过通信管理模块(605)连接储能系统通信线路(7)及调频储能系统，构成调频功率分配及调频储能系统监控的控制链路。
本发明一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，利用了调频储能系统主要由锂离子蓄电池电池、电池管理系统BMS、储能变流器、变压器及相应的控制和连接配件构成，即，其中锂电池成本约为总成本的一半；根据充电和放电的额定电流倍率不一样，按照充电和放电独立配置设计，充电与放电分别在两个子系统中进行，避免在一个子系统中频繁循环进行充放电，减少充电、放电来回转换的次数，延长电池寿命，提高系统效率；为了解决在调频过程中充电和放电的电量不一致会造成不能均衡持续运行的缺陷；采用优化必要的配置和设计三分之一蓄电池作为共享配置资源，降低了投资成本同时保障调频储能系统持续、安全运行。

Claims (3)

1.一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，主要包括：电网调度终端(1)、电网(2)、电网电力线(3)、电力通信链路(4)、电网AGC终端(5)、调频储能控制系统(6)、储能系统通信线路(7)、第1调频储能子系统变流器(8)、第1储能系统变压器(8a)、第1调频储能子系统变流器正极端子(8b)、第1调频储能子系统变流器负极端子(8c)、第2调频储能子系统变流器(9)、第2储能系统变压器(9a)、第2调频储能子系统变流器正极端子(9b)、第2调频储能子系统变流器负极端子(9c)、第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)、第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)、第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)、第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)、第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)、第1调频储能子系统第1蓄电池组串(11)、第1调频储能子系统第n蓄电池组串(1n)、第2调频储能子系统第1蓄电池组串(31)、第2调频储能子系统第n蓄电池组串(3n)、第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)，其中：
第1调频储能子系统第1蓄电池组串(11)、第1调频储能子系统第n蓄电池组串(1n)的各正极、负极分别连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)，由第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器正极端子(8b)以及第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器负极端子(8c)，再由第1调频储能子系统变流器(8)通过第1储能系统变压器(8a)接入电网(2)的电网电力线(3)，构成第1调频储能子系统进行调频充放电的储能系统及调频充放电的电力路径；
第2调频储能子系统第1蓄电池组串(31)、第2调频储能子系统第n蓄电池组串(3n)的各正极、负极分别连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)，由第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器正极端子(9b)以及第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器负极端子(9c)，再由第2调频储能子系统变流器(9)通过第2储能系统变压器(9a)接入电网(2)的电网电力线(3)，构成第2调频储能子系统进行调频充放电的储能系统及调频充放电的电力路径；
第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)以及同时断开第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)后连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)，由第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器正极端子(8b)以及第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)接入第1调频储能子系统变流器(8)的第1调频储能子系统变流器负极端子(8c)，再由第1调频储能子系统变流器(8)通过第1储能系统变压器(8a)接入电网(2)的电网电力线(3)，并且受控闭合第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)和第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)，构成第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串与第1调频储能子系统蓄电池组串共同进行调频充电的调频充电储能子系统及调频充电的电力路径；
第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)以及同时断开第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)后连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)，由第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器正极端子(9b)以及第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)接入第2调频储能子系统变流器(9)的第2调频储能子系统变流器负极端子(9c)，再由第2调频储能子系统变流器(9)通过第2储能系统变压器(9a)接入电网(2)的电网电力线(3)，并且受控闭合第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)，构成第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第2调频储能子系统蓄电池组串共同进行调频充电的调频充电储能子系统及调频充电的电力路径；
电网调度终端(1)通过电力通信链路(4)、电网AGC终端(5)连接调频储能控制系统(6)，构成电网调频调度控制指令下达的通信链路；
调频储能控制系统(6)通过储能系统通信线路(7)分别连接第1调频储能子系统第1蓄电池组串(11)、第1调频储能子系统第n蓄电池组串(1n)、第2调频储能子系统第1蓄电池组串(31)、第2调频储能子系统第n蓄电池组串(3n)、第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)，构成调频储能系统的调频控制通信链路；
其特征是：整体调频储能系统的储能蓄电池由第1调频储能子系统n个蓄电池组串、第2调频储能子系统n个蓄电池组串以及第1第2调频储能子系统共享的n个蓄电池组串3个部分组成，每一个部分的蓄电池额定储能容量相等，并且第1第2调频储能子系统共享的n个蓄电池组串这一部分储能蓄电池组串始终共享参与充电调频储能子系统的受控运行，构成整体调频储能系统同时满足充电和放电的电流倍率要求的储能配置；
一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统的运行控制方法为：
设定存储电量较少的调频储能子系统为第1调频储能子系统即充电调频储能子系统，另一个存储电量较多的调频储能子系统为第2调频储能子系统即放电调频储能子系统；调频储能系统开启运行正常时，调频储能控制系统(6)将第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)以及同时断开第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)后连接第1调频储能子系统变流器正极直流母线(11a)、第1调频储能子系统变流器负极直流母线(11b)，并且控制闭合第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)和第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)，使得第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第1调频储能子系统蓄电池组串共同构建调频充电的调频充电储能子系统及进行充电运行；
调频储能控制系统(6)实时监测并在第1调频储能子系统和第2调频储能子系统中发现有电量充满的蓄电池组串或者发现有电量放完的蓄电池组串时，将第2调频储能子系统动态调整为放电调频储能子系统，同时将第1第2调频储能子系统共享第1蓄电池组串(21)、第1第2调频储能子系统共享第n蓄电池组串(2n)的各正极、负极分别连接第1第2共享调频储能子系统变流器共享正极直流母线(12a)、第1第2调频储能子系统变流器共享负极直流母线(12b)并分别通过第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)以及同时断开第1调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(12a)、第1调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(12b)后连接第2调频储能子系统变流器正极直流母线(31a)、第2调频储能子系统变流器负极直流母线(31b)，并且控制闭合第2调频储能子系统变流器与共享正极直流母线连接受控开关(23a)、第2调频储能子系统变流器与共享负极直流母线连接受控开关(23b)，使得第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与第2调频储能子系统蓄电池组串共同构成调频充电的调频充电储能子系统进行充电运行，并且第1调频储能子系统作为放电调频储能子系统运行；
调频储能控制系统(6)实时监测并通过电网AGC终端(5)接受电网调度终端(1)发出的调频功率指令，若判断为正功率调频需求指令时，控制放电调频储能子系统按照电网调度要求的放电功率进行放电；若判断为负功率调频需求指令时，控制充电调频储能子系统按照电网调度要求的充电功率进行充电；
调频储能控制系统(6)实时监测并在每一次发现有电量充满的蓄电池组串或者发现有电量放完的蓄电池组串时，就进行动态调整，将第1调频储能子系统和第2调频储能子系统的充电和放电职能进行轮回转换，并将第1第2调频储能子系统共享蓄电池组串与充电调频储能子系统连通，使得充电的调频储能子系统额定储能容量始终保持两倍于和放电的调频储能子系统额定储能容量，在一个动态调整过程中充电的储能子系统只是充电，另一个放电的调频储能子系统只是放电。
2.根据权利要求1所述一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，其特征是组成调频储能子系统的蓄电池组串是由蓄电池、电池管理系统BMS及配件连接构成。
3.根据权利要求1所述一种基于直流轮回调配的调频电池储能系统，其特征是调频储能控制系统(6)主要包括：计算机实时监测控制模块(601)、预置系统程序模块(602)、数据存储电路块模(603)、时钟模块(604)、通信管理模块(605)、电源模块(606)、系统控制总线(607)，其中：
计算机实时监测控制模块(601)通过系统控制总线(607)分别连接预置系统程序模块(602)、数据存储电路块模(603)、时钟模块(604)、通信管理模块(605)、电源模块(606)，构成调频储能管控系统及控制与通信链路；
计算机实时监测控制模块(601)通过通信管理模块(605)连接电力通信链路(4)及电网AGC终端(5)接受电网调度终端(1)发出的调频功率指令，并通过通信管理模块(605)连接储能系统通信线路(7)及调频储能系统，构成调频功率分配及调频储能系统监控的控制链路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114285095A (zh) * 2021-11-26 2022-04-05 华北电力大学（保定） 基于二次分组的集中式电池储能电站调频控制策略

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