CN111756074A

CN111756074A - 电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法、系统及设备

Info

Publication number: CN111756074A
Application number: CN202010605242.9A
Authority: CN
Inventors: 杨水丽; 李相俊; 陈继忠; 闫涛; 李蓓; 贾学翠; 全慧; 汪奂伶
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2040-06-29
Also published as: CN111756074B

Abstract

本发明公开一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法、系统及设备，包括确定模块根据机组的实际出力值，确定火电机组基础调峰能力；预测模块根据火电机组当前的基础调峰能力，结合调度实时下发火电机组的出力指令值，预测该火电机组的深度调峰需求判断是否启动调整模块；是则进行下一步，否则循环此步；在调整模块中判断储能深度调峰深度与持续时长；根据电池荷电状态SOC和最大输出功率P_{Battery_max}，结合上一步的调整需求，反馈控制模块控制电池管理单元对电池储能系统进行控制，输出相应功率；其满足性能且成本较优；减少机组参与深度调峰的启动次数减少磨损，提高系统运行稳定性。

Description

电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法、系统及设备

技术领域

本发明属于储能技术与电力系统辅助服务技术领域，尤其涉及一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法、系统及设备。

背景技术

随着西北新能源并网容量的快速增长，新能源消纳需求与反调峰特性的矛盾成为电网运行面临的严峻挑战，弃风弃光问题日益突出；另一方面，西北地区常规电源主要以煤电为主，水电、燃气等可灵活调节电源占比偏低，导致了调峰能力严重不足，同时受能源结构制约，常规能源的备用能力不足，进一步加剧了新能源消纳问题。

新能源大规模并网导致的反调峰特性也使得火电调峰能力不足的问题凸显，然而现有运行方式下，火电机组参与深度调峰时成本的大幅增加，运行商参与深度调峰的积极性不高。因此，亟需从新能源、火电机组本身及社会因素等多方面探索新的调峰辅助技术手段，以缓解火电机组的调峰压力，提升其调峰的运行经济性。

电池储能系统具有能量密度高、响应速度快的特点，成为辅助火电机组参与深度调峰的理想选择，以为应对新能源高渗透并网对调度运行带来的一系列风险，减少火电机组频繁启停的安全性问题。在现有储能电池价格水平前提下，电池储能系统的功率与容量优化配置尤为重要。因此，有必要基于火电机组调峰需求特性，结合国家能源局2020年印发的《两个细则》的深度调峰要求与补偿原则，对辅助火电机组的电池储能系统深度调峰控制进行优化，以实现性能/成本比较优的目标。

发明内容

本发明提供一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法、系统及设备，解决现有技术中无法有效地控制储能装置参与系统深度调峰中的技术问题，达到减少机组参与深度调峰的启动次数减少磨损，提高系统运行稳定性的技术效果。

本发明一方面提供一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法，包括

根据火电机组的实际出力值，确定火电机组基础调峰能力；

根据火电机组当前的基础调峰能力，结合调度实时下发火电机组的出力指令值，预测该火电机组的深度调峰需求；

根据得出的深度调峰需求值，判断是否满足调整需求，直至满足调整需求时，调整火电机组的实时出力值和储能系统的实时出力值，并统计储能系统动作的持续时长；

根据实测的火电机组的出力值、储能系统实时出力值与电池荷电状态SOC约束的实时反馈，再次调整储能系统的出力值。

优选的，采用如下公式，确定火电机组基础调峰能力：

P_{i_Ther}≥50％P_{Rate_Ther}时，dP_{Basic_Ther}＝P_{i_Ther}-50％P_{Rate_Ther}

其中，dP_{Basic_Ther}表示火电机组的基础调峰能力，P_{i_Ther}表示火电机组的实际出力值，P_{Rate_Ther}表示火电机组的额定装机值。

在上述任意一项实施例中优选的，采用如下公式，确定火电机组的深度调峰需求：

P_{i_Ther}<50％P_{Rate_Ther}时，dP_{i_Comm}＝P_{i_Comm}-50％P_{Rate_Ther}

其中，dP_{i_Comm}为深度调峰需求，P_{i_Comm}为调度下发机组的实时出力指令值，P_{Rate_Ther}表示火电机组的额定装机值。

在上述任意一项实施例中优选的，根据得出的深度调峰需求值，判断是否需要调整时，按照如下方法进行判断：当深度调峰需求值dP_{i_Comm}≥0时，则判断为不需要；若深度调峰需求值dP_{i_Comm}<0时，判断为需要调整。

在上述任意一项实施例中优选的，当满足调整需求时，对火电机组的时出力值调整为50％P_{Rate_Ther}；储能系统的实时出力值按照如下公式调整：

其中，P_{i_Battery}为储能系统的实时出力值，P_Battery.max为储能系统的最大允许输出功率值，ΔP_{i_Comm_Battery}为储能系统的功率调整量。

在上述任意一项实施例中优选的，还包括对储能系统的动作时间进行统计，储能系统动作的持续时长按照如下公式统计：

其中，T_Battery为储能系统动作的持续时长，t_i为P_{i_Ther}<50％P_{Rate_Ther}的时段，i,n＝1,2,3...n为P_{i_Ther}<50％P_{Rate_Ther}的某个时刻。

在上述任意一项实施例中优选的，所述电池荷电状态SOC是指电池储能系统中储能电池荷电状态，根据所述荷电状态SOC_i值不同，分为五个区域，包括：

I区为上限制区：SOC_i≥SOC_max；

II区为下调跟踪区：50％SOC_e≤SOC_i<SOC_max；

III区为回归区：SOC_i≈50％SOC_e；

IV区为上调跟踪区：SOC_min<SOC_i≤50％SOC_e；

V区为下限制区：SOC_i≤SOC_min；

其中，SOC_max为储能电池运行比较高效的最大SOC取值，SOC_min为储能电池运行比较高效的最小SOC取值，SOC_e为上调区与下调区的分界值。

在上述任意一项实施例中优选的，根据电池荷电状态SOC约束的实时反馈对电池储能系统的控制包括如下步骤：

若SOC_i≥SOC_max时，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝0，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝P_{i_Comm}；

SOC_min<SOC_i<SOC_max，且ΔP_{i_Comm_Battery}≤P_{Battery_max}，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝ΔP_{i_Comm_Battery}，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝50％P_{Rate_Ther}；

SOC_min<SOC_i<SOC_max，且ΔP_{i_Comm_Battery}>P_{Battery_max}，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝P_{Battery_max}，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝50％P_{Rate_Ther}；

若SOC_i<SOC_min，ΔP_{i_Comm_Battery}＝0，

(i＝0,1,2,3…n秒)且n>3600秒，P_{i_Control}>P_{i_Ther}，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝P_{i_Control}-P_{i_Ther}，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝P_{i_Comm}；其中，P_{i_Control}调度下发的控制值；

若SOC_i＝SOC_min，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝0，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝P_{i_Comm}。

若SOC_i＝SOC_max，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝0，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝P_{i_Comm}。

其中，ΔP_{i_Comm_Battery}为电池储能系统的功率调整量；根据P_{i_}Battery的正负号决定电池的充放电状态，P_{i_Battery}<0，flag(i)＝1电池放电，P_{i_Battery}>0，flag(i)＝-1电池充电。

本发明另一方面还提供一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化系统，包括确定模块、预测模块、调整模块和反馈模块；

所述确定模块，根据火电机组的实际出力值，确定火电机组基础调峰能力；

所述预测模块，根据火电机组当前的基础调峰能力，结合调度实时下发火电机组的出力指令值，预测该火电机组的深度调峰需求，根据得出的深度调峰需求，判断是否启动调整模块；

所述调整模块，根据收到的启动信号，调整火电机组的实时出力值和储能系统的实时出力值，并统计储能系统动作的持续时长；

所述反馈控制模块，根据实测的火电机组的出力值、储能系统实时出力值与电池荷电状态SOC约束实时调整储能系统的出力值。

本发明另一方面还提供一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化设备，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法的步骤。

本发明的有益效果：

本发明的电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法、系统及设备，其优化控制方法基于调度下发给机组的调峰曲线、火电机组的基础调峰能力，预测火电机组的深度调峰需求，计算所需储能参与深度调峰的功率与容量需求，结合储能的功率与容量约束边界，满足性能且成本较优；其调峰系统解决现有技术中无法有效地控制储能装置参与火电机组深度调峰中的技术问题，其结合上述优化控制方法，基于调度下发给火电机组的出力曲线，确定火电机组的基础调峰能力，预测深度调峰需求；在预测的深度调峰需求情况下，根据所述基础调峰界线和所述深度调峰需求确定储能调峰容量，并以所述调峰容量作为阶跃信号调整储能系统的功率输出；在通过阶跃信号调整储能系统的功率输出的过程中，结合储能的功率与容量约束条件控制储能功率输出量；有效解决现有技术中无法有效地控制储能装置参与系统深度调峰中的技术问题，达到减少机组参与深度调峰的启动次数减少磨损，提高系统运行稳定性的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法的流程图。

图2为本发明的电池储能辅助火电机组深度调峰的优化系统的控制框图。

图3为本发明的电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法的储能电池的SOC区域示意图。

图4为本发明的电池储能辅助火电机组深度调峰的优化系统的反馈控制模块输出控制命令的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

如图1所示，一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法，包括

S1、根据火电机组的实际出力值，确定火电机组基础调峰能力；

具体的，在S1中，采用如下公式，确定火电机组基础调峰能力：

S2、根据火电机组当前的基础调峰能力，结合调度实时下发火电机组的出力指令值，预测该火电机组的深度调峰需求；

在S2中，采用如下公式，确定火电机组的深度调峰需求：

P_{i_Ther}<50％P_{Rate_Ther}时，dP_{i_Comm}＝P_{i_Comm}-50％P_{Rate_Ther}

S3、根据得出的深度调峰需求值，判断是否满足调整需求，当满足调整需求时，调整火电机组的实时出力值和储能系统的实时出力值；

S4、根据实测的火电机组的实时出力值、储能系统实时出力值与电池荷电状态SOC约束的实时反馈，优化储能系统的出力值。

在本发明的另一个实施例中，在S3中，根据得出的深度调峰需求值，判断是否需要调整时，按照如下方法进行判断：当深度调峰需求值dP_{i_Comm}≥0时，则判断为不需要；若深度调峰需求值dP_{i_Comm}<0时，判断为需要调整。

当满足调整需求时，对火电机组的时出力值调整为50％P_{Rate_Ther}；储能系统的实时出力值按照如下公式调整：

还包括统计储能系统动作的持续时长，储能系统动作的持续时长按照如下公式统计：

如图3所示，所述电池荷电状态SOC是指电池储能系统中储能电池荷电状态，根据所述荷电状态SOC_i值不同，分为五个区域，包括：

I区为上限制区：SOC_i≥SOC_max；

II区为下调跟踪区：50％SOC_e≤SOC_i<SOC_max；

III区为回归区：SOC_i≈50％SOC_e；

IV区为上调跟踪区：SOC_min<SOC_i≤50％SOC_e；

V区为下限制区：SOC_i≤SOC_min；

其中，SOC_max为储能电池运行比较高效的最大SOC取值，SOCmin为储能电池运行比较高效的最小SOC取值。

如图4所示，根据电池荷电状态SOC约束的实时反馈对电池储能系统的控制包括如下步骤：

若SOC_i<SOC_min，ΔP_{i_Comm_Battery}＝0，

其中，ΔP_{i_Comm_Battery}为电池储能系统的功率调整量；根据P_{i_Battery}的正负号决定电池的充放电状态，P_{i_Battery}<0，flag(i)＝1电池放电，P_{i_Battery}>0，flag(i)＝-1电池充电。

上述实施例的电池储能辅助火电机组深度调峰的优化控制方法，提出了一种两阶段的控制方法，在第一阶段基于调度下发的实时出力曲线以及火电机组的基础调峰能力预测火电机组的深度调峰需求和所需储能容量，并由控制器直接将其作为阶跃信号下达，第二阶段利用实测的火电出力信息、储能系统功率与容量约束实时调整储能系统的输出功率，通过上述方法解决了现有技术中无法有效地控制储能装置参与到火电机组深度调频中的技术问题

如图2所示，本发明还提供一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化系统，包括确定模块、预测模块、调整模块和反馈模块；

所述调整模块，根据收到的启动信号，调整火电机组的实时出力值和储能系统的实时出力值，还包括统计储能系统动作的持续时长；

本系统在操作时，确定模块实时采集火电机组的实际输出功率、调度下发的功率指令值和储能电池荷电状态SOC并传给预测模块、调整模块和反馈模块；

所述确定模块采集到调度下发火电机组的指令值P_{i_Comm}与机组额定装机的50％倍P_{Rate_Ther}值做差，得dP_{i_Comm}。当dP_{i_Comm}≥0时，则不启动所述预测模块；若dP_{i_Comm}<0时，则启动预测模块。

当dP_{i_Comm}<0时，调度下发火电机组的指令值P_{i_Comm}与机组额定装机的50％倍P_{Rate_Ther}值做差，得实时的深度调峰需求指令值dP_{i_Comm}，将dP_{i_Comm}值下发至调整模块；此时，将火电机组的实时出力值指令值赋值为50％P_{Rate_Ther}。

调整模块将接收到来自预测模块的dP_{i_Comm}赋值给电池储能系统的出力指令值ΔP_{i_Comm_Battery}，即ΔP_{i_Comm_Battery}＝dP_{i_Comm}；同时统计时长T_{i_Comm}，当指令下达，则有

未接收到指令则t_i记为0。

电池荷电状态SOC是指电池储能系统中储能电池荷电状态，根据所述荷电状态SOC_i值不同，分为五个区域，包括：

I区为上限制区：SOC_i≥SOC_max；

II区为下调跟踪区：50％SOC_e≤SOC_i<SOC_max；

III区为回归区：SOC_i≈50％SOC_e；

IV区为上调跟踪区：SOC_min<SOC_i≤50％SOC_e；

V区为下限制区：SOC_i≤SOC_min；

其中，SOC_max为储能电池运行比较高效的最大SOC取值，SOC_min为储能电池运行比较高效的最小SOC取值。

其中，步骤(4)所述反馈控制模块控制电池管理单元对电池储能系统进行控制包括如下步骤：

SOC_min<SOC_i<SOC_max，且ΔP_{i_Comm_Battery}≤P_{Battery_max}，则电池储能系统以ΔP_{i_Comm_Battery}的功率大小从与火电机组输出功率RTU馈线处吸收功率；若SOC_i≥SOC_max时，电池储能系统不动作；

SOC_min<SOC_i<SOC_max，且ΔP_{i_Comm_Battery}>P_{Battery_max}，则电池储能系统以P_{Battery_max}的功率大小从与火电机组输出功率RTU馈线处吸收功率；若SOC_i≥SOC_max时，电池储能系统不动作；

若SOC_i>SOC_min，ΔP_{i_Comm_Battery}＝0，

(i＝0,1,2,3…n秒)且n>3600秒，同时调度下发的功率指令值P_{i_Control}>P_{i_Ther}时，则电池储能系统以P_{i_Control}-P_{i_Ther}的功率大小释放功率至与火电机组输出功率RTU馈线处，使电池SOC回归至最小荷电状态为下一次深度调峰需求来临做准备；

若SOC_i＝SOC_min，则电池储能系统停止释放功率；

若SOC_i＝SOC_max，则电池储能系统停止吸收功率。

其中，步骤(4)所述反馈控制模块输出的控制命令包括：

若SOC_i<SOC_min，ΔP_{i_Comm_Battery}＝0，

调整时将功率值|P_Batt(i)|和电池的充放电状态flag发送至反馈控制模块，通过反馈控制模块控制电池储能系统充放电有效辅助火电机组深度调峰。

一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化设备，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法的步骤。

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。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims

1.一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法，其特征在于：包括

根据火电机组的实际出力值，确定火电机组基础调峰能力；

根据得出的深度调峰需求值，判断是否满足调整需求，直至满足调整需求时，调整火电机组的实时出力值和储能系统的实时出力值；

根据实测的火电机组的实时出力值、储能系统实时出力值与电池荷电状态SOC约束的实时反馈，优化储能系统的出力值。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：采用如下公式，确定火电机组基础调峰能力：

3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：采用如下公式，确定火电机组的深度调峰需求：

P_{i_Ther}<50％P_{Rate_Ther}时，dP_{i_Comm}＝P_{i_Comm}-50％P_{Rate_Ther}

4.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于：根据得出的深度调峰需求值，判断是否需要调整时，按照如下方法进行判断：当深度调峰需求值dP_{i_Comm}≥0时，则判断为不需要；若深度调峰需求值dP_{i_Comm}<0时，判断为需要调整。

5.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于：当满足调整需求时，对火电机组的时出力值调整为50％P_{Rate_Ther}；储能系统的实时出力值按照如下公式调整：

其中，P_{i_Battery}为储能系统的实时出力值，P_Battery.max为储能系统的最大允许输出功率，ΔP_{i_Comm_Battery}为储能系统的功率调整量。

6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于：当满足调整需求时，还包括统计储能系统动作的持续时长，

储能系统动作的持续时长按照如下公式统计：

7.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所述电池荷电状态SOC是指电池储能系统中储能电池荷电状态，根据所述荷电状态SOC_i值不同，分为五个区域，包括：

I区为上限制区：SOC_i≥SOC_max；

II区为下调跟踪区：50％SOC_e≤SOC_i<SOC_max；

III区为回归区：SOC_i≈50％SOC_e；

IV区为上调跟踪区：SOC_min<SOC_i≤50％SOC_e；

V区为下限制区：SOC_i≤SOC_min；

8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，根据电池荷电状态SOC的实时反馈，对电池储能系统进行如下控制包括：

若SOC_i<SOC_min，ΔP_{i_Comm_Battery}＝0，

且n>3600秒，P_{i_Control}>P_{i_Ther}，电池储能系统出力为P_{i_Battery}＝P_{i_Control}-P_{i_Ther}，火电机组的出力为P_{i_Ther}＝P_{i_Comm}；其中，P_{i_Control}调度下发的控制值；

9.一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化系统，其特征在于：包括确定模块、预测模块、调整模块和反馈模块；

10.一种电池储能辅助火电机组深度调峰的优化设备，其特征在于：包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述电池储能辅助火电机组深度调峰的优化方法的步骤。