WO2021212732A1

WO2021212732A1 - 一种解决变压器超容问题的储能系统ems放电控制方法

Info

Publication number: WO2021212732A1
Application number: PCT/CN2020/115908
Authority: WO
Inventors: 施海涛; 杨帆; 司静; 瞿懿斐; 曹杰; 孙洋楼
Original assignee: 江苏慧智能源工程技术创新研究院有限公司
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-10-28
Also published as: CN111509745A; CN111509745B

Abstract

一种解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，通过剩余电量的估算，再结合不同时段下优先执行等级，在规定时间内满足变压器降容需求前提下，降低出现提前放空电量或者有电量结余的概率，减少人工修改数值设置的次数，所述放电控制方法引入剩余电量判定概念，设定值为动态值，且每间隔一段时间（间隔频率可以根据需求设定）循环复核，在满足降容前提下调节PCS放电功率，解决了变压器超容问题，同时实现效益最大化。

Description

一种解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法

技术领域

本发明涉及一种储能电站系统EMS放电控制，属于储能电站控制技术领域。

背景技术

现有解决电力变压器各工作时段超容问题EMS策略设计，是根据以往每个时段变压器负荷状况，单独对每个时段的工况进行独立设置，如果设置后的变压器负载数据与统计前数据完全一致，则能在规定的时段内按照既有固定步骤实现变压器降需，解决变压器超容问题，又能将储能电站内剩余电量放空，实现经济效益最大化。但实际由于工厂负荷曲线数值每天有可能相似也有可能出现一定差别，如储能系统按照各阶段独立设置的控制策略，在满足给变压器降容的前提下，在规定的工作时间内可能会出现提前放空储能电站残存电量，导致不能满足在所有工作时间内均实现降容的需求，或者储能电站在工作时间段内满足降容的前提下不能放空剩余电量，无法实现电站经济效益最大化。如出现此工况还需人工根据现有负荷，重新设置各阶段匹配数值，操作较繁琐。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，通过剩余电量的估算，再结合不同时段下优先执行等级，在规定时间内满足变压器降容需求前提下，降低出现提前放空电量或者有电量结余的概率，减少人工修改数值设置的次数。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据当地电网峰平谷信息并结合工厂实际工作时间段划分时段，每个时段分别定义归属峰平谷其中一种时段，并计算实际需要连续降容时长，即各时段总和t _t＝(t _1e+t _2e+t _3e+......t _ie)-(t _1s+t _2s+t _3s+......t _is)，其中，t _t表示各时段总和，t _is表示峰期时段或平期时段或谷期时段的起始时刻，t _ie表示相应的终止时刻。

步骤2，变压器降容信息：变压器允许需量为P，实际工况下最大短时间超负荷为120％×P，降容最大功率P _M＝(120％-1)×P＝0.2P，当前实际测量超容功率P _c，变压器实测总负载P _z，储能当前状态下放电量Q＝Q _new×S _OH×D _OD×S _OC×η _f，Q _new表示电池未使用时最大电量，S _OH表示电池健康状态，D _OD表示电池放电深度，SOC表示荷电状态，η _f 表示放电综合效率。储能当前剩余电量下平均提供的降容功率P _p，P _p＝Q/t _p，储能当前实际需要设置放电功率P _s，再次循环复核剩余电量的间隔时间t _Δ，当前所处时刻下仍需放电时长t _p。

步骤3，根据当地电网峰平谷信息将步骤1得到划分时段分为峰期时段、平期时段以及工作期时段，其中，工作期时段为整个划分时段的最后一段。

步骤3.1，在峰期时段内：主逻辑为峰期放电，电价为峰电价格，在评估后期能有裕度前提下，该段充分放电：设定下一个间隔时间t _Δ内，放电功率P _s值：当0≤P _c≤P _M，且P _M≤P _p，P _s＝P _p，此时P _s为P _p在t _Δ内固定值。当0≤P _c≤P _M，且P _M＞P _p，P _s＝P _c此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值。

步骤3.2，在平期时段内：主逻辑为平期放电，该段电价低于峰期时段电价，设定下一个间隔时间t _Δ内，放电功率P _s值：P _s＝P _c，此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值。

步骤3.3，在工作期时段内：主逻辑为峰期放电，电价为峰电价格，该段充分放电：当0≤P _c≤P _M，且P _M≤P _p≤P _z，P _s＝P _p，此时P _s为P _p在t _Δ内固定值。当0≤P _c≤P _M，P _z≤P _p，P _s＝P _z，此时P _s为P _z在t _Δ内实时采样值。当0≤P _c≤P _M，且P _M＞P _p，P _s＝P _c，此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值。

步骤4，从变压器低压侧出线处采集到负载值Pt以及储能电站中各储能变流器PCS下，电池组荷电状态SOC值并计算出当前可放电量，读取步骤2中的各个参数，根据当前系统所处时间段通过步骤3的方法调节PCS放电功率。

优选的：在所有时段内，根据不同时段要求设置参数值，在满足降容前提下实施削峰填谷策略，判定PCS放电功率。

优选的：在调节能力范围内优先响应降容需量控制策略，在[t _1s，t _1e]，[t _2s，t _2e]，[t _3s，t _3e]......[t _is，t _ie]时间段运行负荷跟踪策略、降容需量控制策略、剩余电量计算策略、削峰填谷策略。

优选的：负荷跟踪指：根据当地电网峰平谷和工厂运行时段监控变压器实时负载数据并上传。

优选的：所述的降容需量控制策略指：在峰平谷时段内实施不同的控制策略降低变压器用电容量，防止用电超过变压器容量。

优选的：所述的剩余电量计算策略指：统计当前所处时段信息与后续需要工作时段，收集当前电池SOC剩余值计算出可放电剩余电量，用于当前放电功率的参考评估。

优选的：所述的削峰填谷策略：根据当地电网峰期电价信息，结合当前所处时段，在满足降容策略放电功率前提下，根据剩余可用电量调整不同时段下的放电功率。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

本发明引入剩余电量判定概念，设定值为动态值，且每间隔一段时间(间隔频率可以根据需求设定)循环复核，在满足降容前提下调节PCS放电功率，解决了变压器超容问题，同时实现效益最大化。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，在储能电站能量管理系统中配置削峰填谷策略、负荷跟踪策略、降容需量控制策略、剩余电量计算策略，在调节能力范围内优先响应降容需量控制策略，在[t _1s，t _1e]，[t _2s，t _2e]，[t _3s，t _3e]......[t _is，t _ie]时间段运行负荷跟踪策略、降容需量控制策略、剩余电量计算策略、削峰填谷策略。负荷跟踪指：根据当地电网峰平谷和工厂运行时段监控变压器实时负载数据并上传。所述的降容需量控制策略指：在峰平谷时段内实施不同的控制策略降低变压器用电容量，防止用电超过变压器容量。所述的剩余电量计算策略指：统计当前所处时段信息与后续需要工作时段，收集当前电池SOC剩余值计算出可放电剩余电量，用于当前放电功率的参考评估。所述的削峰填谷策略：根据当地电网峰期电价信息，结合当前所处时段(峰或平)，在满足降容策略放电功率前提下，根据剩余可用电量调整不同时段下的放电功率，从变压器低压侧出线处采集到负载值Pt以及储能电站中各储能变流器PCS下电池组荷电状态SOC值并计算出当前可放电量；策略运行需要遵循优先级和协调配合原则，在调节能力范围内优先响应降容需量控制策略，在[t _1s，t _1e]，[t _2s，t _2e]，[t _3s，t _3e]......[t _is，t _ie]时间段运行负荷跟踪策略、降容需量控制策略、剩余电量计算策略、削峰填谷策略。在所有时段内，根据不同时段要求设置参数值，在满足降容前提下实施削峰填谷策略，判定PCS放电功率，读取储能电站能量管理系统配置的运行策略参数，包括各运行策略投入时段[t _1s，t _1e]，[t _2s，t _2e]，[t _3s，t _3e]......[t _is，t _ie]以及各时段内放电功率限制值P ₁，P ₂，P ₃......P _i，投入时段内执行命令间隔时间t _Δ，根据当前系统所处时间段以及配置的运行策略调节PCS放电功率，具体包括以下步骤：

步骤1，根据当地电网峰平谷信息并结合工厂实际工作时间段划分时段，每个时段分别定义归属峰平谷其中一种时段，并计算实际需要连续降容时长，即各时段总和t _t＝(t _1e+t _2e+t _3e+......t _ie)-(t _1s+t _2s+t _3s+......t _is)，其中，t _t表示各时段总和，t _is表示峰期时段或平期时段或谷期时段的起始时刻，t _ie表示相应的终止时刻。某省电网峰期为：8：00-12：00、17：00-21：00；平期：12：00-17：00、21：00-24：00；谷期：0：00-8：00。工厂实际工作时间：8：00-20：30(含就餐休息时间11：30-12：30，16：30-17：30)将工厂工作时间参照峰平谷时刻分成以下三段：[8：00，11：30]峰，[12：30，16：30]平，[17：30，20：30]峰，t _t10.5小时，其中峰段 ₁＝3.5小时，平段 ₁＝4小时峰段 ₂＝3小时。

步骤2，变压器降容信息：变压器允许需量为P，实际工况下最大短时间超负荷为120％×P，降容最大功率P _M＝(120％-1)×P＝0.2P，当前实际测量超容功率P _c，变压器实测总负载P _z，储能当前状态下放电量Q＝Q _new×S _OH×D _OD×S _OC×η _f，Q _new表示电池未使用时最大电量，S _OH表示电池健康状态，D _OD表示电池放电深度，SOC表示荷电状态，η _f表示放电综合效率。储能当前剩余电量下平均提供的降容功率P _p，P _p＝Q/t _p，储能当前实际需要设置放电功率P _s，再次循环复核剩余电量的间隔时间t _Δ，当前所处时刻下仍需放电时长t _p。现变压器允许需量最大值为500kW，实际降容最大功率P _M＝(120％-1)×P＝0.2P＝100kW，Q _new＝1500kWh，在储能电站充满电量还未使用情形下，S _OH设为100％(随循环次数衰减)，D _OD设为90％，S _OC设为100％，η _f设为85％，则储能电站充满电量还未使用情形下可放电量Q＝1500×100％×90％×100％×85％＝1147.5kWh。P _p＝Q/t _s＝Q/t _t＝1147.5/10.5＝109.3kW。

步骤3，根据当地电网峰平谷信息将步骤1得到划分时段分为峰期时段、平期时段以及工作期时段，其中，工作期时段为整个划分时段的最后一段，本实施例中将[t _1s，t _1e]设为峰期时段，[t _2s，t _2e]设为平期时段，[t _3s，t _3e]设为工作期时段。按照上述案例设定在[t _1s，t _1e]＝[8：00，11：30]为峰期时段，[t _2s，t _2e]＝[12：30，16：30]为平期时段，[t _3s，t _3e]＝[17：30，20：30]为工作期时段。

步骤3.1，在峰期时段内：主逻辑为峰期放电，电价为峰电价格，在评估后期能有裕度前提下，该段充分放电：设定下一个间隔时间t _Δ内，放电功率P _s值：当0≤P _c≤P _M，且 P _M≤P _p，P _s＝P _p，此时P _s为P _p在t _Δ内固定值。当0≤P _c≤P _M，且P _M＞P _p，P _s＝P _c此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值。上述案例中，在峰期时段[8：00，11：30]内，重新设定当起始时刻为8：00，t _Δ＝15分钟此时如果电池满电状态下：Q＝1147.5kWh，P _p＝109.3kW，那么在8：00-8：15内当P _c≤100kW执行命令P _s＝109.3kW，第15分钟结束后重新按上述逻辑循环判定。假设谷期储能因某种原因或者电芯有衰减，导致Q变为945kWh，P _p＝90kW，那么在8：00-8：15内优先保证降容，P _s＝P _c(在此15分钟内P _s根据P _c实测值变化)，延长放电时间，确保降容。

步骤3.3，在工作期时段内：主逻辑为峰期放电，电价为峰电价格，该段充分放电：当0≤P _c≤P _M，且P _M≤P _p≤P _z，P _s＝P _p，此时P _s为P _p在t _Δ内固定值。当0≤P _c≤P _M，P _z≤P _p，P _s＝P _z，此时P _s为P _z在t _Δ内实时采样值。当0≤P _c≤P _M，且P _M＞P _p，P _s＝P _c，此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值。上述案例中，在工作期时段[17：30，20：30]内，工厂休息从下午班开始上班，储截至晚班时19：00，此时Q＝825kW，t _p＝1.5小时，P _p＝550kW，实际P _c＝0，P _z在(0，500kW)实时变化，此时考虑不到送电，需要P _s＝P _z(此时P _s为P _z在t _Δ内实时采样值)。

现有策略是在之前三段内各自设置限制值，例如在第一峰段设置一个固定值，固定值会大于实际超容功率，但是由于工厂负荷的随机性可能导致该阶段放电较少(限制值设低)导致后期第二峰设置固定值时有多余，或者提前放空电量(设置值较大)导致第二峰无法满足基础降容功能，本发明利用采集实时运行数据信息，根据当前所处时段特性，决策该时段中一定间隔时间内的放电功率。具体地说该控制策略用于控制储能电站放电功率，在满足电力变压器各工作时段不会出现超容前提下，工作时间内按照储能电站预设放电深度放空储能电站电量，实现储能电站效益最大化。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

一种解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据当地电网峰平谷信息并结合工厂实际工作时间段划分时段，每个时段分别定义归属峰平谷其中一种时段，并计算实际需要连续降容时长，即各时段总和t _t＝(t _1e+t _2e+t _3e+......t _ie)-(t _1s+t _2s+t _3s+......t _is)，其中，t _t表示各时段总和，t _is表示峰期时段或平期时段或谷期时段的起始时刻，t _ie表示相应的终止时刻；

步骤2，变压器降容信息：变压器允许需量为P，实际工况下最大短时间超负荷为120％×P，降容最大功率P _M＝(120％-1)×P＝0.2P，当前实际测量超容功率P _c，变压器实测总负载Pz，储能当前状态下放电量Q＝Q _new×S _OH×D _OD×S _OC×η _f，Q _new表示电池未使用时最大电量，S _OH表示电池健康状态，D _OD表示电池放电深度，SOC表示荷电状态，η _f表示放电综合效率；储能当前剩余电量下平均提供的降容功率P _p，P _p＝Q/t _p，储能当前实际需要设置放电功率P _s，再次循环复核剩余电量的间隔时间t _Δ，当前所处时刻下仍需放电时长t _p；

步骤3，根据当地电网峰平谷信息将步骤1得到划分时段分为峰期时段、平期时段以及工作期时段，其中，工作期时段为整个划分时段的最后一段；

步骤3.1，在峰期时段内：主逻辑为峰期放电，电价为峰电价格，在评估后期能有裕度前提下，该段充分放电：设定下一个间隔时间t _Δ内，放电功率P _s值：当0≤P _c≤P _M，且P _M≤P _p，P _s＝P _p，此时P _s为P _p在tΔ内固定值；当0≤P _c≤P _M，且P _M＞P _p，P _s＝P _c此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值；

步骤3.2，在平期时段内：主逻辑为平期放电，该段电价低于峰期时段电价，设定下一个间隔时间t _Δ内，放电功率P _s值：P _s＝P _c，此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值；

步骤3.3，在工作期时段内：主逻辑为峰期放电，电价为峰电价格，该段充分放电：当0≤P _c≤P _M，且P _M≤P _p≤P _z，P _s＝P _p，此时P _s为P _p在t _Δ内固定值；当0≤P _c≤P _M，P _z≤P _p，P _s＝P _z，此时P _s为P _z在t _Δ内实时采样值；当0≤P _c≤P _M，且P _M＞P _p，P _s＝P _c，此时P _s为P _c在t _Δ内实时采样值；

步骤4，从变压器低压侧出线处采集到负载值Pt以及储能电站中各储能变流器PCS 下，电池组荷电状态SOC值并计算出当前可放电量，读取步骤2中的各个参数，根据当前系统所处时间段通过步骤3的方法调节PCS放电功率。
根据权利要求1所述解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于：在所有时段内，根据不同时段要求设置参数值，在满足降容前提下实施削峰填谷策略，判定PCS放电功率。
根据权利要求2所述解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于：在调节能力范围内优先响应降容需量控制策略，在[t _1s，t _1e]，[t _2s，t _2e]，[t _3s，t _3e]......[t _is，t _ie]时间段运行负荷跟踪策略、降容需量控制策略、剩余电量计算策略、削峰填谷策略。
根据权利要求3所述解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于：负荷跟踪指：根据当地电网峰平谷和工厂运行时段监控变压器实时负载数据并上传。
根据权利要求4所述解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于：所述的降容需量控制策略指：在峰平谷时段内实施不同的控制策略降低变压器用电容量，防止用电超过变压器容量。
根据权利要求5所述解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于：所述的剩余电量计算策略指：统计当前所处时段信息与后续需要工作时段，收集当前电池SOC剩余值计算出可放电剩余电量，用于当前放电功率的参考评估。
根据权利要求6所述解决变压器超容问题的储能系统EMS放电控制方法，其特征在于：所述的削峰填谷策略：根据当地电网峰期电价信息，结合当前所处时段，在满足降容策略放电功率前提下，根据剩余可用电量调整不同时段下的放电功率。