CN113361133B - 一种用于储能电站的能耗监测方法及系统 - Google Patents

一种用于储能电站的能耗监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于储能电站的能耗监测方法，包括如下步骤：对储能电站进行充放电循环试验，采用储能电站充放电主回路损耗分解模型计算储能电站充放电主回路的各环节损耗，采用储能电站辅助用电回路损耗分解模型计算储能电站辅助用电回路各环节损耗，采用预建立的储能电站总损耗分解模型计算储能电站总损耗，采用预建立的储能电站损耗率计算模型计算储能电站损耗率，将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应的标准值比较，在储能电站总损耗或储能电站损耗率超出对应标准值时发出警报；本发明还公开了一种用于储能电站的能耗监测系统，采用上述用于储能电站的能耗监测方法。

Description

一种用于储能电站的能耗监测方法及系统
技术领域
本发明涉及一种用于储能电站的能效精准监测方法和系统，属于电力系统储能规划设计技术领域。
背景技术
新能源大规模接入电网，在优化电源结构的同时，其波动性和间歇性缺陷给电网带来的影响也日趋放大，电网调峰、调频压力巨大，也成为制约高比例新能源消纳的主要因素。发展储能不仅是新能源发展和高效消纳的需要，也是保障未来大电网安全稳定运行的需要，具有必然性和可行性。
储能电站的效率直接影响到用户收益及项目的经济性，如何准确监测和分析储能电站各个环节的损耗，对于提升储能电站的整体效率至关重要。
发明人在实现本发明的过程中，发现目前的储能电站一般只能监测储能站的整站效率，其缺点是无法分析具体每个环节的损耗电量及损耗率，出现异常损耗的情况也无法准确定位问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于储能电站的能耗监测方法及系统，满足储能电站能耗的精准监测和分析，能够实现对各环节的损耗精确分解，并进行异常损耗预警，提高储能站运行水平。
本发明是通过下述技术方案实现的：
第一方面，提供了一种用于储能电站的能耗监测方法，所述方法包括如下步骤：
对储能电站进行充放电循环试验，采用预建立的储能电站总损耗分解模型计算储能电站总损耗，采用预建立的储能电站损耗率计算模型计算储能电站损耗率，将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应的标准值比较，在储能电站总损耗或储能电站损耗率超出对应标准值时发出警报；
其中，所述储能电站总损耗分解模型采用下述方法计算获取：
采集储能电站充放电主回路中各交流支路和各直流支路的损耗，建立储能电站充放电主回路损耗分解模型；
采集储能电站辅助用电回路中各交流支路的损耗，建立储能电站辅助用电回路损耗分解模型；
根据储能电站主回路损耗分解模型、储能电站辅助用电回路损耗分解模型建立储能电站总损耗分解模型；
所述储能电站损耗率计算模型采用下述方法计算获取：
根据储能电站总损耗分解模型计算的储能电站总损耗及储能电站总充电电量建立储能电站损耗率计算模型。
结合第一方面，进一步的，在储能电站充放电主回路中：
由配置在PCS舱内每个双向变流器直流入口处的分流器和直流电度表获取电池损耗；
由配置在PCS舱升压变高压侧及低压侧的两套电度表和电流互感器获取升压变损耗；
由配置在PCS舱升压变低压侧的电度表和电流互感器，以及配置在PCS舱内每个双向变流器直流入口处的分流器和直流电度表，获取PCS损耗。
结合第一方面，进一步的，在储能电站辅助用电回路中：
由配置在PCS舱配电箱总进线处的交流电度总表获取PCS舱辅助用电；
由配置在电池舱配电箱总进线处和电池舱空调处的交流电度表获取电池舱辅助用电。
结合第一方面，进一步的，建立储能电站充放电主回路损耗分解模型，具体包括：
升压变损耗W升压变损耗，计算模型如下：
W升压变损耗＝(W1充-W2充)+(W2放-W1放)
其中，W1充、W1放分别为PCS舱升压变的高压侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量，W2充、W2放分别为PCS舱升压变的低压侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量；
PCS损耗WPCS损耗，计算模型如下：
WPCS损耗＝(W2充-W3充-W4充-W5充-W6充)+(W3放+W4放+W5放+W6放-W2放)
其中，W3充、W3放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第一支路的充电有功电量和放电有功电量；W4充、W4放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第二支路的充电有功电量和放电有功电量；W5充、W5放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第三支路的充电有功电量和放电有功电量；W6充、W6放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第四支路的充电有功电量和放电有功电量；
电池损耗W电池损耗，计算模型如下：
W电池损耗＝(W3充+W4充+W5充+W6充)-(W3放+W4放+W5放+W6放)
储能电站充放电主回路损耗分解模型如下：
W主回路损耗＝W电池损耗+WPCS损耗+W升压变损耗
结合第一方面，进一步的，建立储能电站辅助用电回路损耗分解模型，具体包括：
PCS舱总辅助用电WPCS舱辅助用电，计算模型如下：
WPCS舱辅助用电＝W7-W9
其中，W7为PCS舱配电箱总进线处电度总表的正向有功电量，W9为电池舱配电箱总进线处电度表的正向有功电量；
电池舱空调用电W电池舱空调用电，计算模型如下：
W电池舱空调用电＝W8
其中，W8为电池舱空调支路电度表的正向有功电量；
电池舱其他辅助用电W电池舱其他用电，计算模型如下：
W电池舱其他用电＝W9-W8
辅助用电回路损耗分解模型如下：
W辅助用电损耗＝WPCS舱辅助用电+W电池舱辅助用电
电池舱总辅助用电回路损耗分解模型如下：
W电池舱辅助用电＝W电池舱空调用电+W电池舱其他用电
结合第一方面，进一步的，建立储能电站总损耗分解模型，具体包括：
W总损耗＝W主回路损耗+W辅助用电回路损耗
结合第一方面，进一步的，建立储能电站的损耗率计算模型，具体包括：
升压变压器损耗率η升压变损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000041
其中，W总充电电量为储能电站充电时的总电量；
储能变流器PCS损耗率ηPCS损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000051
电池损耗率η电池损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000052
PCS舱总辅助用电损耗率ηPCS舱辅助用电，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000053
电池舱空调用电损耗率η电池舱空调用电，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000054
电池舱其他辅助用电损耗率η电池舱其他用电，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000055
整站损耗率η总损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000056
第二方面，提供了一种用于储能电站的能耗监测系统，采用第一方面任一部分所述的一种用于储能电站的能耗监测方法。
综上，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种用于储能电站的能耗监测方法及系统，对储能电站进行充放电循环试验，在主要交流节点和直流节点布置电度表，建立储能电站充放电主回路损耗分解模型和储能电站辅助用电回路损耗分解模型，通过储能电站充放电主回路损耗分解模型和储能电站辅助用电回路损耗分解模型，准确监测各环节损耗；
根据储能电站充放电主回路损耗分解模型、储能电站辅助用电回路损耗分解模型建立储能电站总损耗分解模型，监测储能电站总损耗；
根据储能电站总损耗分解模型计算的储能电站总损耗及储能电站总充电电量建立储能电站损耗率计算模型，通过储能电站损耗率计算模型，准确监测整个储能电站及各环节的损耗率；
从而实现储能电站能耗的准确监测，将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应的标准值比较，在储能电站总损耗或储能电站损耗率超出对应标准值时发出警报，提高储能电站运行水平。
附图说明
为了更清楚地说明本方实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体流程图；
图2是储能单元充放电主回路示意图；
图3是储能单元辅助用电回路示意图。
图中：
1/2/7/8/9：交流电度表；3/4/5/6：直流电度表；11：升压变压器；12：PCS；13：电池；101：PCS舱；102：电池舱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例实施场景为一个涉及50MW风力发电容量的风电场项目，风电场升压站储能系统按装机容量的20％配置储能规模，储能时间为1小时，设计容量按10MW/10MWh配置；储能系统采用2.5MW储能单元手拉手并联接线方式，10MW/10MWh储能由4个2.5MW储能单元并联组成，4个储能单元并联接至已建升压站35kV母线储能出线间隔。风电场升压站通过220kV线路并网。
每个储能单元包含一个储能PCS升压舱101和电池舱102，如图2所示为充放电主回路，主要包括0.38kV/35kV升压变压器11,储能变流器PCS 12，如图3所示为辅助用电回路，主要包括储能电池13。
结合附图1、附图2和附图3，本发明提供的一种用于储能电站的能耗监测方法，包括如下步骤：
步骤S1、对储能电站进行充放电循环试验：
进行至少24小时的充放电循环试验。
步骤S2、采用预建立的储能电站总损耗分解模型计算储能电站总损耗：
所述储能电站总损耗分解模型采用下述方法计算获取：
针对储能电站充放电主回路，在各个主要交流节点布置安装对应的电流互感器和交流电度表，在各个直流节点布置安装对应的分流器和直流电度表，具体包括：
如图1所示，在PCS舱升压变的35kV侧安装一块交流电度表1及一套电流互感器，用于计算升压变损耗；
在PCS舱升压变的0.38kV侧安装一块交流电度表2及一套电流互感器，用于计算升压变损耗、PCS损耗；
在PCS舱中每个双向变流器PCS直流入口处加装分流器和直流电度表3、4、5、6，每个PCS舱中包含4块直流电度表，用于计算电池损耗、PCS损耗。
针对储能电站辅助用电回路，在各个交流节点布置安装对应的交流电度表，具体包括：
在PCS舱配电箱总进线处加装交流电度总表7，用于计算PCS舱辅助用电；
在电池舱配电箱总进线处加装交流电度表9，用于计算电池舱空调用电；
在电池舱空调安装交流电度表8，用于计算电池舱空调用电。
建立储能电站各环节的损耗计算模型，具体包括：
升压变损耗W升压变损耗，计算模型如下：
W升压变损耗＝(W1充-W2充)+(W2放-W1放)
其中，W1充、W1放分别为PCS舱升压变的35kV侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量，W2充、W2放分别为PCS舱升压变的0.38kV侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量。
储能变流器PCS损耗WPCS损耗，计算模型如下：
WPCS损耗＝(W2充-W3充-W4充-W5充-W6充)+(W3放+W4放+W5放+W6放-W2放)
其中，W3充、W3放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第一支路的充电有功电量和放电有功电量，第一支路为直流电度表3所在支路；W4充、W4放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第二支路的充电有功电量和放电有功电量，第二支路为直流电度表4所在支路；W5充、W5放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第三支路的充电有功电量和放电有功电量，第三支路为直流电度表5所在支路；W6充、W6放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第四支路的充电有功电量和放电有功电量，第四支路为直流电度表6所在支路。
电池损耗W电池损耗，计算模型如下：
W电池损耗＝(W3充+W4充+W5充+W6充)-(W3放+W4放+W5放+W6放)
PCS舱总辅助用电WPCS舱辅助用电，计算模型如下：
WPCS舱辅助用电＝W7-W9
其中，W7为PCS舱配电箱总进线处电度总表的正向有功电量由于电池舱用电支路也是来自于PCS舱，因此W7包含了PCS舱和电池舱的总损耗，W9为电池舱配电箱总进线处电度表的正向有功电量。
电池舱空调用电W电池舱空调用电，计算模型如下：
W电池舱空调用电＝W8
其中，W8为电池舱空调支路电度表的正向有功电量。
电池舱其他辅助用电不含空调W电池舱其他用电，计算模型如下：
W电池舱其他用电＝W9-W8
建立储能电站充放电主回路损耗分解模型，储能电站充放电主回路损耗W主回路损耗可细分为：电池损耗W电池损耗、PCS损耗WPCS损耗、升压变损耗W升压变损耗；储能电站充放电主回路损耗分解模型如下：
W主回路损耗＝W电池损耗+WPCS损耗+W升压变损耗
建立储能电站辅助用电回路损耗分解模型，辅助用电回路损耗W辅助用电损耗可细分为：PCS舱总辅助用电WPCS舱辅助用电、电池舱总辅助用电W电池舱辅助用电。辅助用电回路损耗分解模型如下：
W辅助用电损耗＝WPCS舱辅助用电+W电池舱辅助用电
其中，电池舱辅助用电可细分为：电池舱空调用电W电池舱空调用电、电池舱其他辅助用电不含空调W电池舱其他用电。辅助用电回路损耗分解模型如下：
W电池舱辅助用电＝W电池舱空调用电+W电池舱其他用电
根据储能电站充放电主回路损耗分解模型、储能电站辅助用电回路损耗分解模型建立储能电站总损耗分解模型，具体如下：
W总损耗＝W主回路损耗+W辅助用电回路损耗
步骤S3、采用预建立的储能电站损耗率计算模型计算储能电站损耗率：
根据储能电站总损耗分解模型计算的储能电站总损耗及储能电站总充电电量建立储能电站损耗率计算模型，具体如下：
整站损耗率η总损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000101
升压变压器损耗率η升压变损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000102
其中，W总充电电量为储能电站充电时的总电量；
储能变流器PCS损耗率ηPCS损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000103
电池损耗率η电池损耗，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000104
PCS舱总辅助用电损耗率ηPCS舱辅助用电，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000105
电池舱空调用电损耗率η电池舱空调用电，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000106
电池舱其他辅助用电损耗率η电池舱其他用电，计算模型如下：
Figure GDA0003765905030000111
步骤S4、将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应的标准值比较：
将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应的标准值比较，在储能电站总损耗或储能电站损耗率超出对应标准值时发出警报。
本发明还提供了一种用于储能电站的能耗监测系统，采用上述用于储能电站的能耗监测方法，具体包括：
在储能电站充放电主回路中，设于PCS舱升压变高压侧的交流电度表1和电流互感器，用于计算升压变损耗；设于PCS舱升压变低压侧的交流电度表2和电流互感器，用于计算升压变损耗和PCS损耗；设于PCS舱中每个双向变流器直流入口处的分流器和直流电度表3、4、5、6，用于计算电池损耗和PCS损耗。
在储能电站辅助用电回路中，设于PCS舱配电箱总进线处的交流电度总表7，用于计算PCS舱辅助用电；设于电池舱配电箱总进线处的交流电度表9，用于计算电池舱空调能耗；设于电池舱空调处的交流电度表8，用于计算电池舱空调能耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
对储能电站进行充放电循环试验，采用预建立的储能电站总损耗分解模型计算储能电站总损耗，采用预建立的储能电站损耗率计算模型计算储能电站损耗率，将储能电站总损耗和储能电站损耗率分别和对应的标准值比较，在储能电站总损耗或储能电站损耗率超出对应标准值时发出警报；
其中，所述储能电站总损耗分解模型采用下述方法计算获取：
采集储能电站充放电主回路中各交流支路和各直流支路的损耗，建立储能电站充放电主回路损耗分解模型；
采集储能电站辅助用电回路中各交流支路的损耗，建立储能电站辅助用电回路损耗分解模型；
根据储能电站主回路损耗分解模型、储能电站辅助用电回路损耗分解模型建立储能电站总损耗分解模型；
所述储能电站损耗率计算模型采用下述方法计算获取：
根据储能电站总损耗分解模型计算的储能电站总损耗及储能电站总充电电量建立储能电站损耗率计算模型。
2.根据权利要求1所述的一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，在储能电站充放电主回路中：
由配置在PCS舱内每个双向变流器直流入口处的分流器和直流电度表获取电池损耗；
由配置在PCS舱升压变高压侧及低压侧的两套电度表和电流互感器获取升压变损耗；
由配置在PCS舱升压变低压侧的电度表和电流互感器，以及配置在PCS舱内每个双向变流器直流入口处的分流器和直流电度表，获取PCS损耗。
3.根据权利要求1所述的一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，在储能电站辅助用电回路中：
由配置在PCS舱配电箱总进线处的交流电度总表获取PCS舱辅助用电；
由配置在电池舱配电箱总进线处和电池舱空调处的交流电度表获取电池舱辅助用电。
4.根据权利要求1所述的一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，建立储能电站充放电主回路损耗分解模型，具体包括：
升压变损耗W升压变损耗，计算模型如下：
W升压变损耗＝(W1充-W2充)+(W2放-W1放)
其中，W1充、W1放分别为PCS舱升压变的高压侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量，W2充、W2放分别为PCS舱升压变的低压侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量；
PCS损耗WPCS损耗，计算模型如下：
WPCS损耗＝(W2充-W3充-W4充-W5充-W6充)+(W3放+W4放+W5放+W6放-W2放)
其中，W3充、W3放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第一支路的充电有功电量和放电有功电量；W4充、W4放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第二支路的充电有功电量和放电有功电量；W5充、W5放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第三支路的充电有功电量和放电有功电量；W6充、W6放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第四支路的充电有功电量和放电有功电量；
电池损耗W电池损耗，计算模型如下：
W电池损耗＝(W3充+W4充+W5充+W6充)-(W3放+W4放+W5放+W6放)
储能电站充放电主回路损耗分解模型如下：
W主回路损耗＝W电池损耗+WPCS损耗+W升压变损耗；
其中：W主回路损耗为储能电站充放电主回路损耗。
5.根据权利要求1所述的一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，建立储能电站辅助用电回路损耗分解模型，具体包括：
PCS舱总辅助用电WPCS舱辅助用电，计算模型如下：
WPCS舱辅助用电＝W7-W9
其中，W7为PCS舱配电箱总进线处电度总表的正向有功电量，W9为电池舱配电箱总进线处电度表的正向有功电量；
电池舱空调用电W电池舱空调用电，计算模型如下：
W电池舱空调用电＝W8
其中，W8为电池舱空调支路电度表的正向有功电量；
电池舱其他辅助用电W电池舱其他用电，计算模型如下：
W电池舱其他用电＝W9-W8
辅助用电回路损耗分解模型如下：
W辅助用电损耗＝WPCS舱辅助用电+W电池舱辅助用电
电池舱总辅助用电回路损耗分解模型如下：
W电池舱辅助用电＝W电池舱空调用电+W电池舱其他用电；
其中，W辅助用电损耗为辅助用电回路损耗；W电池舱辅助用电为电池舱总辅助用电。
6.根据权利要求1所述的一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，建立储能电站总损耗分解模型，具体包括：
W总损耗＝W主回路损耗+W辅助用电回路损耗。
7.根据权利要求1所述的一种用于储能电站的能耗监测方法，其特征在于，建立储能电站的损耗率计算模型，具体包括：
升压变压器损耗率η升压变损耗，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000041
其中，W总充电电量为储能电站充电时的总电量；
储能变流器PCS损耗率ηPCS损耗，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000042
电池损耗率η电池损耗，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000043
PCS舱总辅助用电损耗率ηPCS舱辅助用电，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000044
电池舱空调用电损耗率η电池舱空调用电，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000045
电池舱其他辅助用电损耗率η电池舱其他用电，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000046
整站损耗率η总损耗，计算模型如下：
Figure FDA0003765905020000047
其中，W1充、W1放分别为PCS舱升压变的高压侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量，W2充、W2放分别为PCS舱升压变的低压侧交流电度表的充电有功电量和放电有功电量；W3充、W3放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第一支路的充电有功电量和放电有功电量；W4充、W4放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第二支路的充电有功电量和放电有功电量；W5充、W5放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第三支路的充电有功电量和放电有功电量；W6充、W6放分别为PCS舱中双向变流器直流入口处第四支路的充电有功电量和放电有功电量；W升压变损耗为升压变损耗；WPCS损耗为PCS损耗；W电池损耗为电池损耗；WPCS舱辅助用电为PCS舱总辅助用电；W电池舱空调用电为电池舱空调用电；W电池舱其他用电为电池舱其他辅助用电；W7为PCS舱配电箱总进线处电度总表的正向有功电量；W8为电池舱空调支路电度表的正向有功电量；W9为电池舱配电箱总进线处电度表的正向有功电量。
8.一种用于储能电站的能耗监测系统，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的一种用于储能电站的能耗监测方法。
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