CN114281129B - 一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法及系统，其包括获取/设定储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，采集/获取储能电站的初始温度，若初始温度大于T2或者小于T1，启动控温设备进行预降/升温直至处于最佳工作温度范围；然后在每个控制步长内，利用热仿真计算当前控温设备停止时储能电站的温度升温至T2的热量Qstop，以及基于储能电站的实时功率计算出储能电站从当前控温设备停止时开始产生的实时热量Q，若Q≥Qstop，启动控温设备且制冷量设定为Q‑Qstop+δQ。本发明利用了储能电站的动态功率计算实时热量，最终以热量设定依据控制空调启闭，有效改善了温度监测的延时缺陷，并与动态功率特性相匹配。
Description
技术领域
本发明属于储能电站温控系统技术领域，具体涉及一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法及系统。
背景技术
随着我国碳达峰与碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断提高，加速替代化石能源。随着新能源成为主力能源，逐步增量替代火电，将给电网的稳定运行带来挑战。储能由于具有选址容易、配置灵活等特点，是实现可再生能源消纳，保证电网安全、稳定运行的有效手段。锂电池储能系统兼具了较高的功率密度和能量密度，同时具有寿命长、可靠性高、环境适应性强等优点，在电源侧、电网侧、用户侧都具有广泛的应用前景。近年来，江苏、河南、湖南、青海、福建等电网侧百兆瓦级锂电池储能电站相继建设、投运，在平抑新能源电力波动、提升清洁能源外送能力、电网调峰、调频、电力辅助服务等领域发挥重要作用。
锂电池储能电站通常由电池舱、储能变流器(PCS)升压舱、汇流舱及总控舱等部分组成，电池舱为标准预制舱，由锂电池组、电池管理系统(BMS)、汇流柜、消防系统及温控系统等组成。锂电池工作在过冷的环境温度下会造成效率和容量降低及寿命缩短，而在过热的环境温度下，电池内部的化学平衡会被破坏，导致副反应加剧，可能造成电池热失控甚至起火爆炸，因此需要温控系统对电池舱进行温度控制，保证锂电池工作在合适的温度区间。
目前电池舱常用的温控系统由工业空调及其控制系统、温度传感器、风道等组成，通过温度传感器采集锂电池表面温度。锂电池的安全温度阈值为50～55℃，当温度高于阈值时，锂电池可能会热失控甚至起火爆炸。在实际工况下，基于储能电站安全性考虑，电池舱的工作温度通常设置为25℃左右，考虑到热量传导过程，锂电池的电芯温度会高于温度传感器采集到的电池表面温度，温度采集过程存在滞后性，因此，空调的启动温度通常设置为18～22℃，当温度传感器采集到的温度高于启动温度时，即启动空调进行制冷。可以看出，基于安全性设计，锂电池储能电站的空调功率会留有较大冗余，造成储能电站的站用能耗较高，调用型储能电站的站用空调能耗约占储能电站用电功率的5％。
另一方面，现有温控系统中的空调一般是满功率运行，能耗较高，其空调的额定功率通常是根据电池舱内锂电池容量及电池在额定功率工作状态下的热仿真计算得到，然而仅适用于以固定功率工作的调用型储能电站，而对于主动支撑型储能电站，由于电站的功率会根据支撑对象，如电源侧的风力发电或光伏发电功率波动情况实时调节，无法通过热仿真确定空调的功率，因此，现有温控系统无法直接适用于主动支撑型储能电站。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的至少部分技术问题，提供一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法及系统。本发明所述方法为了解决主动支撑型储能电站的动态功率带来的控温问题以及现有温控系统中，利用温度传感器进行监测存在的延时性问题以及基于延时性问题导致的空调能耗占比大的问题，巧妙利用了储能电站的动态功率，直接以功率反应热量，进而以热量为依据评估是否需要启闭控温设备/空调，一方面，改善了现有温控系统中温度监测的延时缺陷，本发明选用的功率相较于温度，能够更直接、更早的反映出储能电站内温度实际情况，从而能够更加及时地进行降温，尤其是在锂电池储能电站内，更能保证其安全性；二方面，由于主动支撑型储能电站存在动态动率的情况，本发明直接利用其实现动态热量的计算，并以热量为依据确定制冷量，不再约束空调的功率问题。
一方面，本发明提供的一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法，包括以下步骤：
获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2；
采集/获取所述储能电站的初始温度，其中，若初始温度大于T2，启动控温设备进行预降温直至处于所述最佳工作温度范围；若初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；
利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭；
其中，每个控制步长内，利用热仿真计算当前控温设备停止时所述储能电站的温度Tstop升温至T2的热量Qstop，以及基于所述储能电站的实时功率计算出所述储能电站从当前控温设备停止时开始产生的实时热量Q，若出现热量Q大于或等于升温至T2的热量Qstop，启动控温设备对储能电站进行降温，控温设备的制冷量设定为Q-Qstop+δQ，否则，控温设备保持停止工作状态，δQ为一类预设的制冷余量。
进一步可选地，实时热量Q为下述公式或其等价变形式：
Q＝λ∫I2Rtd(t)＝λ∫(P/U)2Rtd(t)
其中，P—储能电站在0～t时间段内的功率；
U—储能电站在0～t时间段内的等效电压；
R—储能电站的等效内阻；
Q—储能电站在0～t时间段内产生的热量；
λ—温度修正系数，无量纲常数。
进一步可选地，预设余量δQ的取值范围为(0.1～0.3)*Qstop。
进一步可选地，所述储能电站为锂电池储能电站。
进一步可选地，若初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围的过程，控温设备的制热量为：Q0-1，其中，Q0-1为所述储能电站从初始温度升温至T1所产生的热量。
进一步可选地，若初始温度大于T2，启动控温设备进行降温直至处于所述最佳工作温度范围的过程，控温设备的制冷量为：Q0-2+ΔQ，其中，Q0-2为所述储能电站从初始温度降温至T2所产生的热量，ΔQ为另一类预设的制冷余量。
进一步可选地，另一类预设的制冷余量ΔQ为(0.05～0.5)*Q0-2。
第二方面，本发明提供一种基于上述方法的储能电站温控系统，其至少包括：
最佳工作温度范围获取/设定模块，用于获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2；
初始温度采集/获取模块，用于采集/获取所述储能电站的初始温度；
控制模块，用于当初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；也用于当初始温度大于T2，启动控温设备进行预降温直至处于所述最佳工作温度范围；还用于利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭。
第三方面，本发明提供一种基于上述方法的储能电站温控系统，其至少包括：处理器和存储器，所述存储器内存储了计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序以实现：
上述一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种可读存储介质，其存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以实现：
上述一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的步骤。
有益效果
1.本发明提供的一种主动支撑型的锂电池储能电站温控系统控制方法，其利用了储能电站的动态功率，直接以功率反应热量，进而以热量为依据评估是否需要启闭控温设备，一方面，改善了现有温控系统中温度监测的延时缺陷，本发明选用的功率相较于温度，能够更直接、更早的反映出储能电站内温度实际情况，从而能够更加及时地进行降温，尤其是在锂电池储能电站内，更能保证其安全性，从而有效改善了温度测量存在滞后效应，可能会造成电池的容量和寿命衰减和效率降低、空调功率会留有较大冗余，造成能耗较高的问题。
2.由于主动支撑型储能电站存在动态动率的情况，本发明直接利用其实现动态热量的计算，以功率为基础的实时热量跟踪，实现了对控温设备启停温度、制冷量的精确控制，不再约束空调功率(定功率或变功率)，既解决了动态功率带来的控温问题，完美适用于主动支撑型储能电站，又精确控制储能电站保持在最佳工作温度范围，提升储能电站内电池的寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法，是用于解决储能电站的控温问题，现有控温方法，空调功能存在较大冗余，造成储能电站的站用能耗较高，下述实施例将以主动支撑型的锂电池储能电站为例，并将控温设备设置为空调，下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。应当理解，其他可行的实施例中，控温设备也可以选择其他能够制冷、制热的分体式设备或者一体式设备，本发明对此不进行具体的限定。
实施例1：
本实施例提供的一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法，包括以下步骤：
S1：获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2。
其中，在实际应用中，最佳工作温度范围由储能电站的性能决定，譬如锂电池储能电站的最佳工作范围由锂电池的不同类型决定。最佳工作温度范围视为是满足应用需求以及安全要求的可选/优选温度范围，本发明对其具体的数值不进行约定。
S2：采集/获取所述储能电站的初始温度，其中，若初始温度小于T1，启动空调进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围，若初始温度大于T2，启动空调进行预降温直至处于所述最佳工作温度范围。应当理解，本发明所指的储能电站的温度为电站温度，一般是储能电站的能量管理系统测出的温度。
S3：利用空调每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制空调启闭。其中，每个控制步长内，利用热仿真计算当前空调停止时所述储能电站的温度Tstop升温至T2的热量Qstop，以及基于所述储能电站的实时功率计算出所述储能电站从当前空调停止时开始产生的实时热量Q，若出现热量Q大于或等于升温至T2的热量Qstop，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Qstop+δQ，否则，空调保持停止工作状态，δQ为一类预设的制冷余量。
其中，关于储能电站开始在设定工况下工作，采集储能电站在0～t时间段的功率、电压，通过公式(1)计算在0～t时间段内储能电站产生的热量，即指代储能电站综合热量，包含了电池、管理系统等：
Q＝λ∫I2Rtd(t)＝λ∫(P/U)2Rtd(t) (1)
其中：P—储能电站在0～t时间段内的功率，单位为kW；
U—储能电站在0～t时间段内的等效电压，单位为V；
R—储能电站的等效内阻，单位为Ω；
Q—储能电站在0～t时间段内产生的热量，单位为J；
λ—温度修正系数，无量纲常数。
应当理解，在不脱离基于储能电站的实时功率计算实时热量的技术思路上，对上述公式进行等价变形也属于本发明的保护范围。
为了更加清楚说明上述方法的原理，下述对控温过程进行详细陈述：
首先，采集储能电站的初始温度T0，比较T0、T1、T2的大小，
a.当T0<T1时，控制步骤为：
a1.采用热仿真计算储能电站从初始温度T0升温至T1所产生的热量Q0-1，启动空调对储能电站进行预升温，空调的制热量设定为Q0-1，随后空调停止工作，记录此时储能电站的温度T0-1；
a2.采用热仿真计算储能电站从温度T0-1升温至T2所产生的热量Q1；
a3.当利用公式(1)计算出的实时热量Q>Q1时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Q1+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度T1’，采用热仿真计算储能电站从T1’升温至T2所产生的热量Q1’，当监测到Q>Q1’时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Q1’+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度T1”，采用热仿真计算储能电站从T1”升温至T2所产生的热量Q1”，以此类推，记录下每次停止空调时储能电站温度Tstop，采用热仿真计算储能电站从Tstop升温至T2所产生的热量Qstop，当Q>Qstop时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Qstop+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度Tstop。其中，应当理解，针对实时热量Q，是以当前空调停止工作时刻为0时刻进行计算的，从而能将Q、Qstop进行比较。
b.当T0>T2时，控制步骤为：
b1.采用热仿真计算储能电站从初始温度T0降温至T2所产生的热量Q0-2，启动空调对储能电站进行预降温，空调的制冷量设定为Q0-2+ΔQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站的温度T0-2；
b2.采用热仿真计算储能电站从温度T0-2升温至T2所产生的热量Q2；
b3.当Q>Q2时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Q2+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度T2’，采用热仿真计算储能电站从T2’升温至T2所产生的热量Q2’，当监测到Q>Q2’时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Q2’+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度T2”，采用热仿真计算储能电站从T2”升温至T2所产生的热量Q2”，以此类推，记录下每次停止空调时储能电站温度Tstop，采用热仿真计算储能电站从Tstop升温至T2所产生的热量Qstop，当Q>Qstop时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Qstop+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度Tstop；
c.当T1≤T0≤T2时，控制步骤为：
c1.采用热仿真计算储能电站从温度T0升温至T2所产生的热量Q3；
c2.当Q>Q3时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Q3+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度T3’，采用热仿真计算储能电站从T3’升温至T2所产生的热量Q3’，当监测到Q>Q3’时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Q3’+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度T3”，采用热仿真计算储能电站从T3”升温至T2所产生的热量Q3”，以此类推，记录下每次停止空调时储能电站温度Tstop，采用热仿真计算储能电站从Tstop升温至T2所产生的热量Qstop，当Q>Qstop时，启动空调对储能电站进行降温，空调的制冷量设定为Q-Qstop+δQ，随后空调停止工作，记录此时储能电站温度Tstop。
实施例2：
本实施例提供一种基于上述方法的储能电站温控系统，其至少包括：
最佳工作温度范围获取/设定模块，用于获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2；
初始温度采集/获取模块，用于采集/获取所述储能电站的初始温度；
控制模块，用于当初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；也用于当初始温度大于T2，启动控温设备进行降温直至处于所述最佳工作温度范围；还用于利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭。
其中，控制模块还包括：控制单元、实时热量计算单元、记录单元。其中，记录单元记录控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度，实时热量计算单元基于所述储能电站的实时功率计算出所述储能电站从当前控温设备停止时开始产生的实时热量Q，控制单元，用于出现热量Q大于或等于升温至T2的热量Qstop，启动控温设备对储能电站进行降温，其制冷量设定为Q-Qstop+δQ。
上述功能模块单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。同时，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
实施例3：
本实施例提供一种基于上述方法的储能电站温控系统，其至少包括：处理器和存储器，所述存储器内存储了计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序以实现：上述一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的步骤。
具体实现：
S1：获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2。
S2：采集/获取所述储能电站的初始温度，其中，若初始温度大于T2，启动空调进行降温直至处于所述最佳工作温度范围；若初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；。
S3：利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭。
各个步骤的具体实现过程请参照前述方法的阐述。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
实施例4：
本实施例提供一种可读存储介质，其存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以实现：上述一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的步骤。
具体实现：
S1：获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2。
S2：采集/获取所述储能电站的初始温度，其中，若初始温度大于T2，启动空调进行降温直至处于所述最佳工作温度范围；若初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；。
S3：利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭。
所述可读存储介质为计算机可读存储介质，其可以是前述任一实施例所述的控制器的内部存储单元，例如控制器的硬盘或内存。所述可读存储介质也可以是所述控制器的外部存储设备，例如所述控制器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述可读存储介质还可以既包括所述控制器的内部存储单元也包括外部存储设备。所述可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述控制器所需的其他程序和数据。所述可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2；
采集/获取所述储能电站的初始温度，其中，若初始温度大于T2，启动控温设备进行预降温直至处于所述最佳工作温度范围；若初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；
利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭；
其中，每个控制步长内，利用热仿真计算当前控温设备停止时所述储能电站的温度Tstop升温至T2的热量Qstop，以及基于所述储能电站的实时功率计算出所述储能电站从当前控温设备停止时开始产生的实时热量Q，若出现热量Q大于或等于升温至T2的热量Qstop，启动控温设备对储能电站进行降温，控温设备的制冷量设定为Q-Qstop+δQ，否则，控温设备保持停止工作状态，δQ为一类预设的制冷余量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：实时热量Q为下述公式或其等价变形式：
Q＝λ∫I2Rtd(t)＝λ∫(P/U)2Rtd(t)
其中，P—储能电站在0～t时间段内的功率；
U—储能电站在0～t时间段内的等效电压；
R—储能电站的等效内阻；
Q—储能电站在0～t时间段内产生的热量；
λ—温度修正系数，无量纲常数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预设余量δQ的取值范围为(0.1～0.3)*Qstop。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述储能电站为锂电池储能电站。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围的过程，控温设备的制热量为：Q0-1，其中，Q0-1为所述储能电站从初始温度升温至T1所产生的热量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若初始温度大于T2，启动控温设备进行预降温直至处于所述最佳工作温度范围的过程，控温设备的制冷量为：Q0-2+ΔQ，其中，Q0-2为所述储能电站从初始温度降温至T2所产生的热量，ΔQ为另一类预设的制冷余量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：另一类预设的制冷余量ΔQ为(0.05～0.5)*Q0-2。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述方法的储能电站温控系统，其特征在于：至少包括：
最佳工作温度范围获取/设定模块，用于获取/设定所述储能电站的最佳工作温度范围[T1，T2]，其中T1<T2；
初始温度采集/获取模块，用于采集/获取所述储能电站的初始温度；
控制模块，用于当初始温度小于T1，启动控温设备进行预升温直至处于所述最佳工作温度范围；也用于当初始温度大于T2，启动控温设备进行预降温直至处于所述最佳工作温度范围；还用于利用控温设备每次停止时所述储能电站的当前温度、所述最佳工作温度范围[T1，T2]、所述储能电站在设定工况下产生的热量，循环式控制控温设备启闭。
9.一种基于权利要求1-7任一项所述方法的储能电站温控系统，其特征在于：至少包括：处理器和存储器，所述存储器内存储了计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序以实现：
权利要求1-7任一项所述的一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于：存储了计算机程序，所述计算机程序被处理器调用以实现：
权利要求1-7任一项所述的一种主动支撑型的储能电站温控系统控制方法的步骤。
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2021
- 2021-12-28 CN CN202111622224.2A patent/CN114281129B/zh active Active
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