CN113783216A - 一种储能装置的充放电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能装置的充放电控制方法，用于防止微电网中的电能反向上网以及变压器过载问题，微电网包括、储能装置以及控制模块，当储能变流器的工作模式为放电模式时，控制模块判断市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值，若否，则控制模块控制储能变流器降低放电功率；当储能变流器的工作模式为充电模式时，控制模块判断市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值，若否，则控制模块控制储能变流器降低充电功率。本发明提供的技术方案在不影响微电网中储能装置循环充放电运行的同时，可以有效避免储能装置的电能反向上网或用户变压器超负荷运行情况的发生，并且工作过程简单，流程清晰。

Description

一种储能装置的充放电控制方法

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及一种储能装置的充放电控制方法。

背景技术

微电网作为“互联网+”智慧能源的重要支撑以及与大电网友好互动的技术手段，可以提高电力系统的安全性和可靠性，促进清洁能源的接入和就地消纳，提升能源利用效率，在节能减排中发挥重要作用，有利于建设节约型社会。

但是，微电网内储能装置在运行充放电的过程中，可能会遇到以下问题：

(1)储能装置在放电时，若用户总的用电功率＜储能装置放电功率，储能装置的电能会逆流至用户接入的上级电网；

(2)储能装置在充电时，若储能装置的充电功率过高导致用户总的用电功率过高，可能会导致用户的变压器超负荷运行甚至跳闸，影响变压器效率、寿命和用户用电安全。

目前市场上主流的储能装置，一般是通过预先对储能装置每个时段的充放电功率进行设置，来实现循环充放电运行(如0:00～8:00设置储能装置进行充电，充电功率为100kW；8:00～12:00设置储能装置进行放电，放电功率为200kW； 12:00～17:00再设置储能装置进行充电，充电功率为160kW)，微电网中未设计防止逆流和变压器过载的储能充放电控制方法。在此种模式下，储能装置不会根据用户的用电功率，去实时调整充放电功率，因此容易发生储能装置的电能反向上网或用户变压器超负荷运行的情况。

另外，现有技术中还有一种做法是，根据用户的历史用电数据和未来的用电规划，预先确定储能装置在各个用电时段的最小可充电功率和最大可放电功率，然后对储能装置在各个用电时段的充放电功率进行设置。但是这种方案存在以下问题：

1、工作量大：需要统计大量用户历史用电数据；

2、时效性差：在用户用电情况发生未预测到的变化时，无法事先对储能装置的运行参数进行调整。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种储能装置的充放电控制方法，能够在储能装置运行的过程中，根据用户的用电功率，对储能装置的充电和放电功率进行调节，避免储能装置的电能反向上网或用户变压器超负荷运行的情况发生。本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种储能装置的充放电控制方法，用于防止微电网中的电能反向上网以及变压器过载问题，所述微电网包括：

市电电源；

储能装置，其包括储能电池及与所述储能电池配合的储能变流器，所述储能变流器具有充电模式和放电模式，在充电模式下，所述储能变流器能够控制所述储能电池充电，在放电模式下，所述储能变流器能够控制所述储能电池放电；

控制模块，其与所述市电电源、储能装置分别连接，所述控制模块用于实时获取所述储能电池的荷电状态、所述储能变流器的工作模式和工作功率、所述市电电源的市电功率值，并控制所述储能装置进行充电或放电；

所述充放电控制方法包括：当所述储能变流器的工作模式为放电模式时，所述控制模块判断所述市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值，若否，则所述控制模块控制所述储能变流器降低放电功率；当所述储能变流器的工作模式为充电模式时，所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值，若否，则所述控制模块控制所述储能变流器降低充电功率。

进一步地，当所述储能变流器的工作模式为放电模式时，若所述市电功率值大于所述市电功率防逆流阈值，则所述控制模块比较所述储能变流器的当前放电功率与所述储能电池的最大放电功率，若所述储能变流器的当前放电功率小于所述储能电池的最大放电功率，则所述控制模块控制所述储能变流器提高放电功率。

进一步地，当所述储能变流器的工作模式为充电模式时，若所述市电功率值小于所述变压器最高负荷值，则所述控制模块比较所述储能变流器的当前充电功率与所述储能变流器的最大充电功率，若所述储能变流器的当前充电功率小于所述储能电池的最大充电功率，则所述控制模块控制所述储能变流器提高充电功率。

进一步地，在所述控制模块判断所述市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值之前还包括：

所述控制模块比较所述储能电池的荷电状态与预设的储能电池放电深度，若所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池放电深度，则所述控制模块控制所述储能变流器关机；若所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池放电深度，则所述控制模块判断所述市电功率值是否大于所述市电功率防逆流阈值。

进一步地，在所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值之前还包括：

所述控制模块比较所述储能电池的荷电状态与预设的储能电池充电深度，若所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池充电深度，则所述控制模块控制所述储能变流器关机；若所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池充电深度，则所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值。

进一步地，所述充放电控制方法还包括：

当所述储能变流器处于关机状态时，所述控制模块判断所述储能电池的荷电状态是否大于所述储能电池放电深度，若是，则所述控制模块控制所述储能装置放电；若否，则所述控制模块控制所述储能装置充电。

进一步地，在所述控制模块控制所述储能装置放电之前还包括：

比较所述市电功率值是否大于所述市电功率防逆流阈值，若所述市电功率值大于所述市电功率防逆流阈值，则所述控制模块控制所述储能变流器开机并切换至放电模式。

进一步地，在所述控制模块控制所述储能装置充电之前还包括：

比较所述市电功率值是否小于所述变压器最高负荷值，若所述市电功率值小于所述变压器最高负荷值，则所述控制模块控制所述储能变流器开机并切换至充电模式。

进一步地，所述储能变流器的放电功率通过下式得到：

P_o＝P′_o×I_o

式中，P_o所述储能变流器的放电功率，P′_o为所述储能电池的最大放电功率， I_o为所述储能电池的放电功率增长系数。

进一步地，所述储能变流器的充电功率通过以下公式得到：

P_i＝P′_i×I_i

式中，P_i为所述储能变流器的充电功率，P′_i为所述储能电池的最大充电功率， I_i所述储能电池的充电功率增长系数。

本发明具有下列优点：

a)在不影响微电网中储能装置循环充放电运行的同时，可以有效避免储能装置的电能反向上网或用户变压器超负荷运行情况的发生；

b)无需采集大量用户历史数据，只需设置少量的额定参数，且不会因用电情况的变化而失效；

c)工作过程简单，流程清晰，操作便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例提供的微电网的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的储能装置的充放电控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种储能装置的充放电控制方法，用于防止微电网中的电能反向上网以及变压器过载问题，如图1所示，所述微电网包括市电电源、储能装置、控制模块。其中，所述储能装置为在储能系统种用于实现储能电池充放电的所有设备的总称。

所述储能装置包括储能电池及与所述储能电池配合的储能变流器(PCS)，所述储能变流器为在电化学储能系统中连接于电池系统与电网(和/或负荷)之间的实现电能双向转换的变流器。所述储能变流器具有充电模式和放电模式，在充电模式下，所述储能变流器控制所述储能电池充电，在放电模式下，所述储能变流器控制所述储能电池放电。

所述控制模块与所述市电电源和所述储能装置分别连接，所述控制模块用于实时获取所述储能电池的荷电状态、所述储能变流器的工作模式和工作功率、所述市电电源的市电功率值，并控制所述储能装置进行充电或放电。其中，所述荷电状态(SOC)是指电池剩余容量占电池容量的比值，SOC用来反映电池的剩余容量，其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全；当SOC＝1时表示电池完全充满。

如图2所示，所述储能装置的充放电控制方法包括：所述控制模块判断所述储能变流器的工作状态：

(一)当所述储能变流器处于开机状态时，所述控制模块判断所述储能变流器的工作模式：

(1)当所述储能变流器的工作模式为放电模式时，所述控制模块判断所述市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值：

若否即所述市电功率值小于所述市电功率防逆流阈值，这意味着所述储能装置的电能有反向上网的风险，则所述控制模块控制所述储能变流器降低放电功率；

若是即所述市电功率值大于所述市电功率防逆流阈值，则所述控制模块比较所述储能变流器的当前放电功率与所述储能电池的最大放电功率，若所述储能变流器的当前放电功率小于所述储能电池的最大放电功率，则所述控制模块控制所述储能变流器提高放电功率。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，在所述控制模块判断所述市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值之前还包括：所述控制模块比较所述储能电池的荷电状态与预设的储能电池放电深度：

若所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池放电深度，则所述控制模块控制所述储能变流器关机；

若所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池放电深度，则所述控制模块判断所述市电功率值是否大于所述市电功率防逆流阈值。

(2)当所述储能变流器的工作模式为充电模式时，所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值，

若否即所述市电功率值大于所述变压器最高负荷值，这意味着所述变压器存在超负载问题，则所述控制模块控制所述储能变流器降低充电功率；

若是即所述市电功率值小于所述变压器最高负荷值，则所述控制模块比较所述储能变流器的当前充电功率与所述储能变流器的最大充电功率，若所述储能变流器的当前充电功率小于所述储能电池的最大充电功率，则所述控制模块控制所述储能变流器提高充电功率。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，在所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值之前还包括：所述控制模块比较所述储能电池的荷电状态与预设的储能电池充电深度，若所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池充电深度，则所述控制模块控制所述储能变流器关机；若所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池充电深度，则所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值。

(二)当所述储能变流器处于关机状态时，所述控制模块判断所述储能电池的荷电状态是否大于所述储能电池放电深度：

若是即所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池放电深度，则所述控制模块控制所述储能装置放电；

若否即所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池放电深度，则所述控制模块控制所述储能装置充电。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，在所述控制模块控制所述储能装置放电之前还比较所述市电功率值是否大于所述市电功率防逆流阈值：

若所述市电功率值大于所述市电功率防逆流阈值，则所述控制模块控制所述储能变流器开机并切换至放电模式。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，在所述控制模块控制所述储能装置充电之前还比较所述市电功率值是否小于所述变压器最高负荷值：

若所述市电功率值小于所述变压器最高负荷值，则所述控制模块控制所述储能变流器开机并切换至充电模式。

需要说明的是，比较市电功率和市电功率防逆流阈值，尤其是市电功率≤市电功率防逆流阈值，这说明储能电池一但放电，就有可能反向上网，所以储能电池不能放电。

所述储能电池充电深度为电池充电过程中能达到的最大SOC，若所述储能电池的荷电状态小于预设的储能电池充电深度，则代表所述储能电池具有充电能力，可以控制所述储能电池进行充电，反之则意味着所述储能电池已无法继续充电。

所述储能电池放电深度为电池放电过程中能达到的最小SOC，若所述储能电池的荷电状态大于预设的储能电池放电深度，则代表所述储能电池具有放电能力，可以控制所述储能电池进行放电，反之则意味着所述储能电池已无法继续放电。

在本发明的一个实施例中，提供了一种关于所述储能变流器的充电功率的计算方法，通过以下公式得到：

P_i＝P′_i×I_i

式中，P_i为所述储能变流器的充电功率，P′_i为所述储能电池的最大充电功率， I_i所述储能电池的充电功率增长系数。

需要说明的是，在用户用电功率正常、用户用电功率过低但光伏装置仍在发电或储能装置仍在放电、用户用电功率过高但储能装置仍在充电的场景下，所述储能变流器的充电功率需要做出调整，其具体数值可以不等，也可能相等，不以此限定本发明的保护范围。

在本发明的一个实施例中，提供了一种关于所述储能变流器的放电功率的计算方法，通过以下公式得到：

P_o＝P′_o×I_o

式中，P_o所述储能变流器的放电功率，P′_o为所述储能电池的最大放电功率， I_o为所述储能电池的放电功率增长系数。

需要说明的是，在用户用电功率正常、用户用电功率过低但光伏装置仍在发电或储能装置仍在放电、用户用电功率过高但储能装置仍在充电的场景下，所述储能变流器的放电功率需要做出调整，其具体数值可以不等，也可能相等，不以此限定本发明的保护范围。

在本发明的一个实施例中，提供了一种储能装置的充放电控制系统，所述系统基于上述实施例中所述的储能装置的充放电控制方法运行。

在本发明的一个实施例中，提供了一种储能装置的充放电控制系统，其相关配置参数如表1所示：

表1.配置参数表

具体地，本实施例包括以下流程和步骤：

1、搜集用户用电时段信息、储能装置和变压器额定参数。

2、在配置表中，录入收集到的信息，作为系统运行时各个流程的判断条件。

3、在配置表中，输入电池充电功率增长系数和电池放电功率增长系数，这两项是本系统运行的关键参数，规定了在用户用电功率正常、用户用电功率过低但储能装置仍在放电、用户用电功率过高但储能装置仍在充电场景下，储能装置充放电功率需要做出调整的具体数值。通过这两项参数，本系统实现了在储能装置循环充放电运行过程中不需要人工操作的充放电功率调节。

4、在配置表中，输入变压器最高负荷率和市电功率防逆流阈值，这两项也是本系统运行的关键参数，规定了策略在何时需要对储能装置的充放电功率做出调整以及调整的方向(提高或降低)。

5、微电网根据输出的指令调整储能装置的充放电功率。

本充放电控制系统实施例的思想与上述实施例中充放电控制方法的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述充放电控制方法实施例的全部内容并入本充放电控制系统实施例，不再赘述。

本发明重点改进了现有方案在微电网中未设计防止逆流和变压器过载的储能循环充放电策略，导致储能装置不会根据用户的用电功率，去实时调整充放电功率，因此容易发生储能装置的电能反向上网或用户变压器超负荷运行这一问题。本发明提供了一种可以防止逆流和变压器过载的储能装置的充放电控制方法，且不需要人工频繁操作，只需预先设定好运行条件即可自动运行，运行后，不会影响微电网中储能装置循环充放电运行，同时可以有效避免储能装置的电能反向上网或用户变压器超负荷运行情况的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能装置的充放电控制方法，其特征在于，用于防止微电网中的电能反向上网以及变压器过载问题，所述微电网包括：

市电电源；

储能装置，其包括储能电池及与所述储能电池配合的储能变流器，所述储能变流器具有充电模式和放电模式，在充电模式下，所述储能变流器能够控制所述储能电池充电，在放电模式下，所述储能变流器能够控制所述储能电池放电；

控制模块，其与所述市电电源、储能装置分别连接，所述控制模块用于实时获取所述储能电池的荷电状态、所述储能变流器的工作模式和工作功率、所述市电电源的市电功率值，并控制所述储能装置进行充电或放电；

所述充放电控制方法包括：当所述储能变流器的工作模式为放电模式时，所述控制模块判断所述市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值，若否，则所述控制模块控制所述储能变流器降低放电功率；当所述储能变流器的工作模式为充电模式时，所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值，若否，则所述控制模块控制所述储能变流器降低充电功率。

2.如权利要求1所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，当所述储能变流器的工作模式为放电模式时，若所述市电功率值大于所述市电功率防逆流阈值，则所述控制模块比较所述储能变流器的当前放电功率与所述储能电池的最大放电功率，若所述储能变流器的当前放电功率小于所述储能电池的最大放电功率，则所述控制模块控制所述储能变流器提高放电功率。

3.如权利要求1所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，当所述储能变流器的工作模式为充电模式时，若所述市电功率值小于所述变压器最高负荷值，则所述控制模块比较所述储能变流器的当前充电功率与所述储能变流器的最大充电功率，若所述储能变流器的当前充电功率小于所述储能电池的最大充电功率，则所述控制模块控制所述储能变流器提高充电功率。

4.如权利要求1所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，在所述控制模块判断所述市电功率值是否大于预设的市电功率防逆流阈值之前还包括：

所述控制模块比较所述储能电池的荷电状态与预设的储能电池放电深度，若所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池放电深度，则所述控制模块控制所述储能变流器关机；若所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池放电深度，则所述控制模块判断所述市电功率值是否大于所述市电功率防逆流阈值。

5.如权利要求1所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，在所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值之前还包括：

所述控制模块比较所述储能电池的荷电状态与预设的储能电池充电深度，若所述储能电池的荷电状态大于所述储能电池充电深度，则所述控制模块控制所述储能变流器关机；若所述储能电池的荷电状态小于所述储能电池充电深度，则所述控制模块判断所述市电功率值是否小于预设的变压器最高负荷值。

6.如权利要求1所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，所述充放电控制方法还包括：

当所述储能变流器处于关机状态时，所述控制模块判断所述储能电池的荷电状态是否大于所述储能电池放电深度，若是，则所述控制模块控制所述储能装置放电；若否，则所述控制模块控制所述储能装置充电。

7.如权利要求6所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，在所述控制模块控制所述储能装置放电之前还包括：

比较所述市电功率值是否大于所述市电功率防逆流阈值，若所述市电功率值大于所述市电功率防逆流阈值，则所述控制模块控制所述储能变流器开机并切换至放电模式。

8.如权利要求1所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，在所述控制模块控制所述储能装置充电之前还包括：

比较所述市电功率值是否小于所述变压器最高负荷值，若所述市电功率值小于所述变压器最高负荷值，则所述控制模块控制所述储能变流器开机并切换至充电模式。

9.如权利要求2所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，所述储能变流器的放电功率通过下式得到：

P_o＝P′_o×I_o

式中，P_o所述储能变流器的放电功率，P′_o为所述储能电池的最大放电功率，I_o为所述储能电池的放电功率增长系数。

10.如权利要求3所述的储能装置的充放电控制方法，其特征在于，所述储能变流器的充电功率通过以下公式得到：

P_i＝P′_i×I_i

式中，P_i为所述储能变流器的充电功率，P′_i为所述储能电池的最大充电功率，I_i所述储能电池的充电功率增长系数。

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