CN114678883A - 一种电力储能系统的控制方法 - Google Patents

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CN114678883A CN202210455512.1A CN202210455512A CN114678883A CN 114678883 A CN114678883 A CN 114678883A CN 202210455512 A CN202210455512 A CN 202210455512A CN 114678883 A CN114678883 A CN 114678883A
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叶炜
严通煜
何开教
唐雨晨
张永树
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Abstract

本发明公开了一种电力储能系统的控制方法，该方法包括获取采样信号，按照预存的供电模式的优先级别由高到低的顺序依次获取各个供电模式对应的供电模块的参数信息；确定该电力系统的运行模式，实时获取电力储能系统的状态数据；监测储能系统中运行的电池模块的参数信息，将电池模块按预设逻辑进行排序；所述采样信号发送充电信号则将放电状态的短板电池模块切出；本发明实时获取电力储能系统的状态数据，通过调压控制模型能有效地将电压拉回正常运行时的电压附近，解决了储能系统控制困难的问题，适用性强，解决了现有技术中园区级储能系统缺少有效的故障预警的问题，能够对安全隐患进行有效预警，增加了系统的安全性。

Description

一种电力储能系统的控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统控制技术领域，具体涉及一种电力储能系统的控制方法。
背景技术
电力是以电能作为动力的能源。发现于19世纪70年代，电力的发现和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一，是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统。它将自然界的一次能源通过机械能装置转化成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各用户。
目前电力储能系统对能量的调度使用中存在能量的不稳定性问题，难以对即将发生的故障提前预警以及时检修，导致了许多安全事故，对电力系统进行调压和调频的功能性较低，使得电网不能达到稳定运行的功能。
有鉴于此，亟需提供一种可解决上述问题的电力储能系统的控制方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种电力储能系统的控制方法，包括以下步骤：
获取采样信号，按照预存的供电模式的优先级顺序获取各供电模式下对应的供电模块的参数信息；
确定当前电力系统的运行模式，实时获取电力储能系统的状态数据，根据当前时刻的母线的有功功率和频率，利用系统频率控制模型获取整个电力系统的有功控制指令，确定短板电池模块，向储能系统统一发送充电信号或放电信号，以对电力系统有功进行控制；
实时监测储能子系统中运行的电池模块的参数信息，将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能子系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，若储能子系统供电模块的参数信息不符合预设条件时，则若当储能子系统处于充电状态，将充电状态的短板电池模块切出，若当储能子系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出；
再监听是否收到所述储能子系统的子系统上报的预警规则树，若收到，则利用调压控制模型获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行无功控制。
在上述方法中，系统根据接收为充电信号或放电信号，对应的将交流转换为直流后降压或将直流升压后转换为交流，均衡控制直流的分配，系统控制所述储能子系统进入普通模式，按照预设的充放电策略运行，并赋予多方控制终端控制权限。
在上述方法中，所述系统控制所述储能子系统进入普通模式时，系统根据当前时刻的电力储能系统所接入各支路的无功功率和储能子系统所接入母线的电压，利用调压控制模型获取储能子系统的无功控制指令，控制储能子系统进入安全模式，即停止运行预设的充放电策略，并切断多方控制终端的控制权限，仅通过本地人机接口进行控制。
在上述方法中，所述预设条件为储能子系统的充放电效率不符合阈值。
在上述方法中，根据所述充电信号将交流转换为直流后降压，或根据所述放电信号将直流升压后转换为交流，均衡控制直流的分配，控制所述储能系统进入普通模式，按照预设的充放电策略运行，并赋予多方控制终端控制权限。
在上述方法中，包括步骤若所述储能系统处于调试情况下，所述储能系统的子系统根据调试数据生成预警规则树，接收所述储能系统下发的所述核心规则树，根据所述核心规则树进行安全预警。
在上述方法中，所述利用调压控制模型获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行控制具体包括步骤：
利用调压控制模型将所述当前时刻的电力储能子系统所接入母线的电压和预设的正常状态下的母线电压阈值进行比较，再依次经过电压死区控制处理和PI控制器后，进行惯性处理，获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行控制，实时监控自身的系统数据，将所述自身的系统数据与所述核心规则树中的函数关系进行匹配，计算匹配值，根据核心规则和数据匹配结果进行后续数据处理。
在上述方法中，所述系统收到所述预警规则树后，将所述预警规则树进行整合，形成核心规则树，利用系统频率控制模型对所述当前时刻的母线的有功功率进行有功惯性处理后和预设的正常状态下的母线有功功率阈值进行比较，比较后确定当前系统是否处于正常运行状态。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述电力储能系统的控制方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述电力储能系统的控制方法。
与现有技术相比，本发明实时获取电力储能系统的状态数据；根据当前时刻的母线的有功功率和频率，利用系统频率控制模型获取储能有功控制指令，以对电力储能系统进行控制，通过调压控制模型能有效地将电压拉回正常运行时的电压附近，解决了储能系统控制困难的问题，计算精简，适用性强，应用灵活，能够很好地实现储能系统频率和调压的目的，解决了现有技术中园区级储能系统缺少有效的故障预警的问题，能够对安全隐患进行有效预警，增加了系统的安全性，避免了储能系统进行充放电过程中因为电池短板效造成的电池组可用容量受限，实际可充可放电量减少的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明提供的方法流程图；
图2为本发明提供的计算机设备框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。
方法实施例
根据本发明实施例，提供了一种电力储能系统的控制方法，如图1所示，为本实施例提供的电力储能系统的控制方法流程图，根据本发明实施例的电力储能系统的控制方法，该方法包括：
S1、获取采样信号，按照预存的供电模式的优先级顺序获取各供电模式下对应的供电模块的参数信息；
S2、确定当前电力系统的运行模式，实时获取电力储能系统的状态数据，根据当前时刻的母线的有功功率和频率，利用系统频率控制模型获取整个电力系统的有功控制指令，确定短板电池模块，向储能系统统一发送充电信号或放电信号，以对电力系统有功进行控制；
S3、实时监测储能子系统中运行的电池模块的参数信息，将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能子系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块；当储能子系统不符合预设条件时，当储能子系统处于充电状态，则将充电状态的短板电池模块切出；当储能子系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出；
S4、实时监听是否收到所述储能子系统的子系统上报的预警规则树，若收到，则利用调压控制模型获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行控制。
下面具体说明上述步骤实现过程。
本实施例步骤S1中，获取的采样信号具体为通过监测设备获取系统节点处电压、电流、有功及无功的采样信号，按照预存的供电模式的优先级别由高到低的顺序依次获取各个供电模式对应的供电模块的参数信息；
步骤S2基于步骤S1获取的参数信息，及确定当前电力系统的运行模式，实时获取电力储能系统的状态数据，根据当前时刻的母线的有功功率和频率，利用系统频率控制模型获取储能有功控制指令P(t)，以对整个系统有功进行控制，具体计算公式如下：
Figure BDA0003618575150000061
式中，P0为系统母线初始有功控制指令，N、M和L分别为新能源发电节点、传统发电站节点以及储能子系统的分支数量，ΔPr(t)为新能源发电节点的有功偏移量，Gr,N为各新能源发电节点的有功灵敏度，ΔPs(t)传统发电站节点的有功偏移量，ΔPB(t)为各储能子系统的有功偏移量，GB,L为各储能子系统的有功灵敏度，FB为各储能子系统的储能子系统的储能效率值。
其中，上述所述电力系统的运行模式包括：普通模式、并网模式和平衡模式；普通模式即发电节点均为传统电网中由火电厂、水电厂等传统发电站进行发电的模式；并网模式为供电节点除了火电厂、水电厂等传统发电站之外，还包括各种新能源发电节点，比如光伏电池阵列、风电场等；平衡模式则为电网系统利用单独的储能子系统(比如电池阵列)进行“削峰填谷”，调节电网中的有功和无功，使得整个系统负载趋于相对平衡状态；需要特别注意的是，本实施例指出当新能源发电节点发电效率较低时，也可以利用新能源发内部的储能设备作为上述储能子系统的一部分进行电网峰谷调节。
根据步骤S3，中央监控系统监测储能子系统中运行的电池模块的参数信息，将电池模块按缩小增量排序算法进行排序或者根据电池模块的数量合理设置，其中，排序步长可以由操作人员自行设定，具体可设置步长n≤3，通过缩小增量排序法获得储能系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块；
再中央监控系统通过监控采样信号获得储能有功控制指令，确定短板电池模块，中央监控系统向储能系统统一发送充电信号或放电信号；储能系统根据充电信号将系统输出交流电转换为直流电并降压后充电或根据放电信号将直流电升压后转换为交流电后输出，从而均衡控制直流的分配，控制储能系统进入普通模式，按照预设的充放电策略运行，并赋予多方控制终端控制权限，利用变流模块对锌铁液流电池的直流电压信号进行放大，再将放大后的直流电压信号逆变成交流电压信号后并入电网；通过控制模块根据不同的使用场景合理地选取控制策略，可以在很大程度上平滑新能源发电的输出，改善电网的供电质量，保障系统安全可靠运行。
当中央监控系统监测到储能子系统供电模块的参数信息不符合预设条件，则在储能子系统进入充电状态之前，将充电状态的短板电池模块切出；或者在储能子系统进入放电状态之前，将放电状态的短板电池模块切出；切除短板电池模块之后，监听是否收到储能子系统上报的预警规则树，利用调压控制模型获取储能无功控制指令，以对电力储能系统进行控制。
本实施例优选的，中央监控系统实时监测并判断获取的供电模式对应的供电模块的参数信息是否符合预设条件，若所述参数信息不符合预设条件时，则获取当前对应的系统数据和故障内容，并按照预存的供电模式的优先级顺序获取下一优先级别的供电模式对应的供电模块的参数信息,并切换到下一个供电模式；若当前获取的供电模块的参数信息符合预设条件时，系统控制多路智能开关选通所述当前供电模块与储能逆变器之间的连接。
本实施例优选的，所述预设条件可以具体为储能子系统的充放电效率不符合阈值，充放电效率可以先根据下述公式计算：
储能子系统的电量SOC为：
Figure BDA0003618575150000081
其中，Id为放电电流，Q为额定电量；
充放电效率为：
Figure BDA0003618575150000082
其中，N为预设的充放电循环次数，Td为单个充放电周期内的放电时间，Ic为充电电流，Tc为单个充放电周期内的充电时间。
所述下一优先级别的供电模式具体可以为切除短板电池后进行供电模式，其中短板电池为电池的电压值高于充电阀值的电池模块、放电状态的短板电池模块为电池的电压值低于放电阀值的电池模块，对应的供电模块参数信息为切除短板电池后电压、电流、温度、当前电量水平等参数。
当前获取的供电模块的参数信息符合预设条件(比如储能子系统的充放电效率符合阈值)时，所述储能系统及方法在充电及放电时并不需要因为出现一个短板电池而停止整个系统运行，故无需将此情形下的短板电池切出，系统继续完成充放电操作，从而使整个储能子系统能够充入的电量更多，能够放出的电量也更多，从而提高了系统的可用容量；进一步的当切除短板电池或者确定供电模块的参数信息符合预设条件之后，控制多路智能开关选通当前供电节点与储能子系统的逆变器之间的连接，使得储能子系统能够接入到整个系统中。
本实施例，当中央控制系统切换电力系统的运行模式时，比如从平衡模式切换到普通模式时，中央控制系统根据当前时刻的电力储能系统所接入各支路的无功功率和储能子系统所接入母线的电压，利用调压控制模型获取储能子系统的无功控制指令，控制储能子系统进入安全模式，即停止运行预设的充放电策略，并切断多方控制终端的控制权限，仅通过本地人机接口进行控制。
本实施例，步骤S4具体包括步骤：
当储能子系统处于调试情况时，储能子系统根据调试数据生成预警规则树，具体为，接收中央控制系统下发的核心规则树，根据核心规则树进行安全预警，同时调用调试数据修正核心规则树，生成储能子系统的预警规则树，并将所述预警规则树发送给储能子系统的控制模块和中央控制系统，以便储能子系统的控制模块和中央控制系统根据预警规则进行安全预警。上述方案有效地解决了现有技术中园区级储能系统缺少有效的故障预警的问题，能够对安全隐患进行有效预警，增加了系统的安全性。
利用无功控制模型将当前时刻的储能子系统输出电压和额定状态下的母线电压阈值进行比较，再依次经过电压死区控制限制后，进行PI调节和惯性处理，获取储能无功控制指令Q，具体为：
Figure BDA0003618575150000091
Q＝Q(s)*(PI(K(S))+ΔK0) (5)
其中，K(S)为无功传递函数，K为储能子系统的电压惯性值，Q0(s)为额定运行状态下的系统无功功率，Ts为储能子系统的无功惯性环节，VT为当前时刻的储能子系统输出电压，V为预设的正常状态下的母线电压阈值，ΔK0为系统无功调节惯性因子，在无功传递函数中计算的过程中考虑当前时刻的储能子系统输出的电压和额定状态下的母线电压阈值的比值作为调节因子，能够使得无功调节控制更灵敏，调节效率更高。
本实施例对电力储能系统的系统频率进行控制具体实现过程为：
实时监控自身的系统数据，将自身的系统数据与核心规则树中的函数关系进行匹配，计算匹配值，根据核心规则和数据匹配结果进行后续数据处理，比如数据存储、数据统计和数据分析；特别是中央控制系统在收到预警规则树后，将预警规则树和先前的核心规则树进行整合，形成新的核心规则树，在储能系统处于正常运行情况下，循环重复监听是否收到储能子系统上报的预警规则树；在收到预警规则树后，将预警规则树进行整合，形成新的核心规则树；将新的核心规则树再次下发给储能子系统，以便储能子系统根据核心规则树进行安全预警，以此往复循环。上述方案有效地解决了现有技术中园区级储能系统缺少有效的故障预警的问题，能够对安全隐患进行有效预警，增加了系统的安全性，利用系统频率控制模型对当前时刻的母线的有功功率进行有功惯性处理后和预设的正常状态下的有功功率阈值进行比较，比较后确定当前系统是否处于正常运行状态。
如图2所示，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中电力储能系统的控制方法，或者计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中电力储能系统的控制方法，该方法包括以下执行步骤：
获取采样信号，按照预存的供电模式的优先级顺序获取各供电模式下对应的供电模块的参数信息；
确定当前电力系统的运行模式，实时获取电力储能系统的状态数据，根据当前时刻的母线的有功功率和频率，利用系统频率控制模型获取整个电力系统的有功控制指令，确定短板电池模块，向储能系统统一发送充电信号或放电信号，以对电力系统有功进行控制；
实时监测储能子系统中运行的电池模块的参数信息，将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能子系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，若储能子系统供电模块的参数信息不符合预设条件时，则若当储能子系统处于充电状态，将充电状态的短板电池模块切出，若当储能子系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出；
再监听是否收到所述储能子系统的子系统上报的预警规则树，若收到，则利用调压控制模型获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行无功控制。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电力储能系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取采样信号，按照预存的供电模式的优先级顺序获取各供电模式下对应的供电模块的参数信息；
确定当前电力系统的运行模式，实时获取电力储能系统的状态数据，根据当前时刻的母线的有功功率和频率，利用系统频率控制模型获取整个电力系统的有功控制指令，确定短板电池模块，向储能系统统一发送充电信号或放电信号，以对电力系统有功进行控制；
实时监测储能子系统中运行的电池模块的参数信息，将电池模块按预设逻辑进行排序，获得储能子系统中充电状态的短板电池模块和放电状态的短板电池模块，若储能子系统供电模块的参数信息不符合预设条件时，则若当储能子系统处于充电状态，将充电状态的短板电池模块切出，若当储能子系统处于放电状态，则将放电状态的短板电池模块切出；
再监听是否收到所述储能子系统的子系统上报的预警规则树，若收到，则利用调压控制模型获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行无功控制。
2.如权利要求1所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，系统根据接收为充电信号或放电信号，对应的将交流转换为直流后降压或将直流升压后转换为交流，均衡控制直流的分配，系统控制所述储能子系统进入普通模式，按照预设的充放电策略运行，并赋予多方控制终端控制权限。
3.如权利要求2所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，所述系统控制所述储能子系统进入普通模式时，系统根据当前时刻的电力储能系统所接入各支路的无功功率和储能子系统所接入母线的电压，利用调压控制模型获取储能子系统的无功控制指令，控制储能子系统进入安全模式，即停止运行预设的充放电策略，并切断多方控制终端的控制权限，仅通过本地人机接口进行控制。
4.如权利要求1-3所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，所述预设条件为储能子系统的充放电效率不符合阈值。
5.如权利要求1所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，根据所述充电信号将交流转换为直流后降压，或根据所述放电信号将直流升压后转换为交流，均衡控制直流的分配，控制所述储能系统进入普通模式，按照预设的充放电策略运行，并赋予多方控制终端控制权限。
6.如权利要求1所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，包括步骤
判断获取的供电模式对应的供电模块的参数信息，若所述参数信息不符合预设条件时，获取所述系统数据和对应的故障内容，并按照预存的供电模式的优先级顺序获取下一优先级别的供电模式对应的供电模块的参数信息,并切换到下一个供电模式；
若当前获取的供电模块的参数信息符合预设条件时，系统控制多路智能开关选通所述当前供电模块与储能逆变器之间的连接。
7.如权利要求1所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，所述利用调压控制模型获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行控制具体包括步骤：
利用调压控制模型将所述当前时刻的电力储能子系统所接入母线的电压和预设的正常状态下的母线电压阈值进行比较，再依次经过电压死区控制处理和PI控制器后，进行惯性处理，获取储能子系统无功控制指令，以对电力储能子系统进行控制，实时监控自身的系统数据，将所述自身的系统数据与所述核心规则树中的函数关系进行匹配，计算匹配值，根据核心规则和数据匹配结果进行后续数据处理。
8.如权利要求7所述的电力储能系统的控制方法，其特征在于，所述系统收到所述预警规则树后，将所述预警规则树进行整合，形成核心规则树，利用系统频率控制模型对所述当前时刻的母线的有功功率进行有功惯性处理后和预设的正常状态下的母线有功功率阈值进行比较，比较后确定当前系统是否处于正常运行状态。
9.计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述电力储能系统的控制方法。
10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述电力储能系统的控制方法。
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