CN115276060A - 一种基于锂电池的电力储能系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于锂电池的电力储能系统及其控制方法 Download PDF

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张�荣
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童广胜
向益锋
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李国柱
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Abstract

本发明公开了一种基于锂电池的电力储能系统及其控制方法，该系统包括：传感单元，用于检测电力参数；充电单元，用于根据所述电力参数对电池单元进行充电；并网单元，用于将所述电池单元释放的电流并入到电网中；控制单元，用于根据所述电力参数调整所述电池单元的放电功率，其中，电力参数具体包括电网参数和电池单元状态参数，基于电力参数来调节控制电池单元，提高了储能系统的稳定性，降低了储能系统易燃易爆的风险。

Description

一种基于锂电池的电力储能系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于锂电池的电力储能系统及其控制方法。
背景技术
在整个供电系统中，发电端在每时每刻的发电量是稳定和持续的，而用电端的用电量却是变化的，每天会有多次的明显的波峰波谷，发电端一般是以用电端的波峰值为其发电值，从而保证用电充足，但是会造成在用电波谷时供电量大于用电量，并且因为发电成本远大于储电成本，所以大量的电能会被放弃。
目前储能系统正逐渐成为电网接入以及智能电网建设中的关键装置，以达到在电力系统中起到削峰填谷的作用，锂离子电池由于其功率高、转换效率高、循环次数多、能量密度高和响应及时等特点，通常作为电力系统中储能系统的首选，但是锂离子电池存在寿命较短和易燃易爆等安全性问题。
因此，如何提高储能系统的稳定性，降低储能系统易燃易爆的风险，是本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术目的是为了提高电力系统中储能系统的稳定性，为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种基于锂电池的电力储能系统，该系统包括：
传感单元，用于检测电力参数；
充电单元，用于根据所述电力参数对电池单元进行充电；
并网单元，用于将所述电池单元释放的电流并入到电网中；
控制单元，用于根据所述电力参数调整所述电池单元的放电功率。
进一步地，所述电力参数具体包括电网参数和电池单元状态参数。
进一步地，所述电池单元具体包括锂电池组、储能变流器和电池管理系统，其中所述锂电池组具体为多个单体锂电池串并联组成，所述储能变流器用于将所述锂电池组的放电电压升至第一指定电压，所述电池管理系统用于根据电池单元状态参数建立出电池单元的电池模型。
进一步地，所述充电单元，具体用于：
获取所述电池管理系统中的电池模型；
根据所述电池模型确定出所述锂电池组的荷电状态；
根据所述荷电状态控制所述储能变流器和换流变压器以供电网电流为锂电池组进行充电。
进一步地，所述电池模型具体如下式所示：
Figure BDA0003712589460000021
式中，Ksoc为锂电池组荷电状态，Uoc为锂电池组开路电压函数，aoc、λoc、boc、Coc、doc和foc为Uoc表达式中的拟合参数，R0为电池内阻函数，a0、λ0和为fo为R0表达式中的拟合参数，Ri为第i个电池极化电阻函数，aRi、λRi和fRi为Ri表达式中的拟合参数，Ci为第i个电池极化电容函数，aCi、λCi和fCi为Ci表达式中的拟合参数。
进一步地，所述控制单元具体用于：
根据所述电网参数确定待补偿电压；
根据所述待补偿电压调节所述电池单元的放电功率。
进一步地，所述电池单元还包括换流变压器，所述换流变压器用于降低所述储能变流器电压电流谐波分量和隔离交直流零序分量。
另一方面，本发明还提供了一种电力储能控制方法，应用于如上述的电力储能系统中，所述方法包括：
通过传感单元获取电力参数；
基于所述电力参数对电池单元进行充放电控制。
进一步地，所述基于所述电力参数对电池单元进行充电控制，具体包括：
基于所述电力参数确定出所述电池单元的电池模型；
根据所述电池模型确定出所述电池单元中锂电池组的荷电状态；
根据所述荷电状态为所述锂电池组进行充电。
进一步地，所述基于所述电力参数对电池单元进行放电控制，具体包括：
根据所述电力参数确定待补偿电压；
根据所述待补偿电压调节所述电池单元的放电功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的一种基于锂电池的电力储能系统及其控制方法，该系统包括：传感单元，用于检测电力参数；充电单元，用于根据所述电力参数对电池单元进行充电；并网单元，用于将所述电池单元释放的电流并入到电网中；控制单元，用于根据所述电力参数调整所述电池单元的放电功率，其中，电力参数具体包括电网参数和电池单元状态参数，基于电力参数来调节控制电池单元，提高了储能系统的稳定性，降低了储能系统易燃易爆的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种基于锂电池的电力储能系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电力储能系统控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
为了提高储能系统的稳定性，降低储能系统易燃易爆的风险，本申请提供了一种基于锂电池的电力储能系统，如图1所示，该系统包括：
传感单元，用于检测电力参数；
充电单元，用于根据所述电力参数对电池单元进行充电；
并网单元，用于将所述电池单元释放的电流并入到电网中；
控制单元，用于根据所述电力参数调整所述电池单元的放电功率。
在本申请实施例中，所述电力参数具体包括电网参数和电池单元状态参数。
在本申请实施例中，所述电池单元具体包括锂电池组、储能变流器、换流变压器和电池管理系统，其中所述锂电池组具体为多个单体锂电池串并联组成，所述储能变流器和换流变压器用于将所述锂电池组的放电电压升至第一指定电压，所述电池管理系统用于根据电池单元状态参数建立出电池单元的电池模型。
具体的，本申请提出的电力储能系统，包括传感单元、充电单元、并网单元、控制单元和电池单元，通过根据电力参数来调整电池单元的充电功率，避免了电池单元中锂电池充电功率过高，进而避免了导致锂电池内部温度过高的技术问题，还根据电力参数来调整电池单元的放电功率，避免了电池单元放电功率不匹配电网待补偿的电压电流，进而避免电网和储能系统的不稳定性，充电单元可以是控制单元的子单元，并网单元具体为将电池单元释放的电压电流连接至电网的装置。
储能变流器(PCS，Power Conversion System)是一个可控制蓄电池充电和放电过程的装置，可进行交直流的变换，其在无电网情况下可以直接为交流负荷供电，储能变流器将所述锂电池组的放电电压升至第一指定电压，实际上是控制单元先根据电力参数中的电网参数确定出待补偿电压和或待补偿电流，然后控制单元根据待补偿电压和或待补偿电流确定出功率指令的符号及大小，并将功率指令的符号及大小发送至储能变流器的控制器，以使储能变流器控制锂电池组的放电，另外，储能变流器还可通过电池管理系统获取锂电池组的状态信息，并根据该状态信息实现对锂电池组的保护性放电。
在本申请实施例中，所述充电单元，具体用于：
获取所述电池管理系统中的电池模型；
根据所述电池模型确定出所述锂电池组的荷电状态；
根据所述荷电状态控制所述储能变流器和换流变压器以供电网电流为锂电池组进行充电。
在本申请实施例中，所述电池模型具体如下式所示：
Figure BDA0003712589460000051
式中，Ksoc为锂电池组荷电状态，Uoc为锂电池组开路电压函数，aoc、λoc、boc、Coc、doc和foc为Uoc表达式中的拟合参数，R0为电池内阻函数，a0、λ0和为fo为R0表达式中的拟合参数，Ri为第i个电池极化电阻函数，aRi、λRi和fRi为Ri表达式中的拟合参数，Ci为第i个电池极化电容函数，aCi、λCi和fCi为Ci表达式中的拟合参数。
具体的，本申请中锂电池组由多个单体锂电池串并联组成，电池管理系统会为锂电池组建立电池模型并实时或基于预设周期进行更新，电池模型具体如上式所示，开路电压函数、电池内阻函数、电池极化电阻函数和电池极化电容函数，均为现有技术中的函数。
需要说明的是，本申请并不局限于上述电池模型，任何能够反映出锂电池组荷电状态的电池模型均属于本申请的保护范围。
在本申请实施例中，所述控制单元具体用于：
根据所述电网参数确定待补偿电压；
根据所述待补偿电压调节所述电池单元的放电功率。
充电单元会先获取电池管理系统中的电池模型，然后根据该电池模型确定出锂电池组的荷电状态，通常对锂电池充电的方式包括以下几种：
1、恒流恒压充电：这种方式将充电过程分为两个阶段，第一阶段先采取恒流方式充电，然后第二阶段采用恒压方式充电，恒流恒压充电的优势在于其控制简便，但该方式不能消除电池的极化现象，因此充电效率较低。
2、变电流间歇充电：当电池最大充电电压一定时，采用该方式不断改变充电电流来对电池进行充电，以此来缩短充电时间，但该方式在充电后期充电速度较慢。
3、脉冲充电：该方式突破了电池最佳充电曲线的限制，同时部分消除了电池的极化现象，但由于受到电池温度等因素的限制，前期的充电速度较慢。
而本申请充电单元会根据锂电池组的荷电状态实时判断最佳充电电压和充电电流，并控制储能变流器调整供电网进入锂电池组的电压和电流。进而提高锂电池组的充电安全性。
在本申请实施例中，其特征在于，所述电池单元还包括换流变压器，所述换流变压器用于降低所述储能变流器电压电流谐波分量和隔离交直流零序分量。
相对应的，本申请另一实施例还提供了一种电力储能系统控制方法，如图2所示，应用于如上述实施例中的电力储能系统中，该方法包括：
步骤S201、通过传感单元获取电力参数；
步骤S202、基于所述电力参数对电池单元进行充放电控制。
在本实施例中，所述基于所述电力参数对电池单元进行充电控制，具体包括：
基于所述电力参数确定出所述电池单元的电池模型；
根据所述电池模型确定出所述电池单元中锂电池组的荷电状态；
根据所述荷电状态为所述锂电池组进行充电。
在本实施例中，所述基于所述电力参数对电池单元进行放电控制，具体包括：
根据所述电力参数确定待补偿电压；
根据所述待补偿电压调节所述电池单元的放电功率。
具体的，本申请提出的电力储能系统控制方法先通过传感单元获取电力参数，然后根据该电力参数对电池单元进行充放电控制，具体为通过根据电力参数来调整电池单元的充电功率，避免了电池单元中锂电池充电功率过高，进而避免了导致锂电池内部温度过高的技术问题，还根据电力参数来调整电池单元的放电功率，避免了电池单元放电功率不匹配电网待补偿的电压电流，进而避免电网和储能系统的不稳定性，充电单元可以是控制单元的子单元，并网单元具体为将电池单元释放的电压电流连接至电网的装置。
需要说明的是，在电网供电过程中，电力用户的需电量在一天中或不同季度是存在明显的波峰波谷的状态，本申请中对于储能系统的放电也即锂电池组的放电是根据待补偿电压和或待补偿电流进行实时调整的，当控制单元根据电力参数监测到待补偿电压或待补偿电流与电池单元当前释放电压或电流的差值超过预设阈值时，会实时调整电池单元的放电功率，以使电网中电力用户的用电正常，当控制单元根据电力参数监测到当前电网不再需要补偿电压或补偿电流时，会停止电池单元的放电，控制并网单元将电池单元从电网中脱离，并在监测到电网中用电量小于供电量超过对应的预设阈值后，控制并网单元将电池单元与电网进行并网，并控制充电单元对锂电池组进行充电。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，该系统包括
传感单元，用于检测电力参数；
充电单元，用于根据所述电力参数对电池单元进行充电；
并网单元，用于将所述电池单元释放的电流并入到电网中；
控制单元，用于根据所述电力参数调整所述电池单元的放电功率。
2.如权利要求1所述的基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，所述电力参数具体包括电网参数和电池单元状态参数。
3.如权利要求2所述的基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，所述电池单元具体包括锂电池组、储能变流器和电池管理系统，其中所述锂电池组具体为多个单体锂电池串并联组成，所述储能变流器用于将所述锂电池组的放电电压升至第一指定电压，所述电池管理系统用于根据电池单元状态参数建立出电池单元的电池模型。
4.如权利要求3所述的基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，所述充电单元，具体用于：
获取所述电池管理系统中的电池模型；
根据所述电池模型确定出所述锂电池组的荷电状态；
根据所述荷电状态控制所述储能变流器以供电网电流为锂电池组进行充电。
5.如权利要求4所述的基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，所述电池模型具体如下式所示：
Figure FDA0003712589450000011
式中，Ksoc为锂电池组荷电状态，Uoc为锂电池组开路电压函数，aoc、λoc、boc、Coc、doc和foc为Uoc表达式中的拟合参数，R0为电池内阻函数，a0、λ0和为fo为R0表达式中的拟合参数，Ri为第i个电池极化电阻函数，aRi、λRi和fRi为Ri表达式中的拟合参数，Ci为第i个电池极化电容函数，aCi、λCi和fCi为Ci表达式中的拟合参数。
6.如权利要求3所述的基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，所述控制单元具体用于：
根据所述电网参数确定待补偿电压；
根据所述待补偿电压调节所述电池单元的放电功率。
7.如权利要求4或6任一项所述的基于锂电池的电力储能系统，其特征在于，所述电池单元还包括换流变压器，所述换流变压器用于降低所述储能变流器电压电流谐波分量和隔离交直流零序分量。
8.一种电力储能系统控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的电力储能系统中，所述方法包括：
通过传感单元获取电力参数；
基于所述电力参数对电池单元进行充放电控制。
9.如权利要求8所述的电力储能控制方法，其特征在于，所述基于所述电力参数对电池单元进行充电控制，具体包括：
基于所述电力参数确定出所述电池单元的电池模型；
根据所述电池模型确定出所述电池单元中锂电池组的荷电状态；
根据所述荷电状态为所述锂电池组进行充电。
10.如权利要求8所述的电力储能控制方法，其特征在于，所述基于所述电力参数对电池单元进行放电控制，具体包括：
根据所述电力参数确定待补偿电压；
根据所述待补偿电压调节所述电池单元的放电功率。
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