一种新型的电池储能自动发电控制方法与流程

1.本发明涉及电池发电控制技术领域，更具体涉及一种新型的电池储能自动发电控制方法。


背景技术：

2.由于新能源发电输出具有较强的波动性和随机性，随着其渗透率的不断提高，电网调频压力与日俱增。储能因其具有功率吞吐快、调节灵活、控制精确等特点，能够快速响应系统频率变化，对系统频率恢复起到快速支撑作用，得到了广泛的应用。
[0003][0004]
目前，国内外学者对储能参与电网调频控制策略整体研究相对较少，提出的控制策略只能满足微电网的初级频率调节要求，调频效果较差、经济性较低、储能装置启停较频繁，降低了储能装置的使用寿命。


技术实现要素：

[0005]
本发明需要解决的技术问题是提供一种新型的电池储能自动发电控制方法，以解决储能装置对于电网调频调压的支撑量不足的问题，提高储能装置的利用率和使用寿命，使其经济性达到最大化。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0007]
一种新型的电池储能自动发电控制方法，包括以下步骤：
[0008]
s1、判断储能装置是否达到充放电水平；若是，对实际规定里程与期望规定里程的偏差程度进行计算；
[0009]
若偏差程度达到一定的临界接近度或偏远度，储能装置将被激活；
[0010]
s2、确定所需的bess功率变化δp；
[0011]
s3、计算初步的bess功率设定点，判断初步的bess功率设定点是否在储能装置的功率限制范围内；
[0012]
若初步的bess功率设定点在储能装置的功率限制范围内，计算最终bess 功率设定点的值；
[0013]
若初步的bess功率设定点不在储能装置的功率限制范围内，启用soc控制或关闭储能装置，从而实现bess的调节响应精度余量功能。
[0014]
进一步优化技术方案，所述步骤s1中，实际调节里程超过额定的100％或低于额定的70％时，认为储能装置达到了充放电水平。
[0015]
进一步优化技术方案，所述步骤s2中，bess功率变化δp的计算公式为：
[0016][0017]
其中，arm表示实际规定里程；drm表示期望规定里程；abs表示求绝对值。
[0018]
进一步优化技术方案，所述计算初步的bess功率设定点的公式为：
[0019]
pbatsetprek+1＝pbatsetk
±
δp
[0020]
其中，pbatsetprek当前时刻功率设定点；pbatsetprek+1为下一时刻功率设定点。
[0021]
进一步优化技术方案，所述步骤s3中的soc控制：
[0022]
s41、定义向上激活的soc限制和向下激活的soc限制；若储能装置的soc 超过soc限制，该充电控制方法会被激活；
[0023]
s42、该充电控制方法会被激活后，控制装置发送重新校准的功率指令p
eq
，以平衡bess的soc；
[0024]
s43、定义向上优先的soc限制和向下优先的soc限制；若储能装置的soc 达到向上优先的soc限制或向下优先的soc限制，soc控制将获得绝对优先权，发送p
eq
；
[0025]
s44、定义上行停用soc的限制和下行停用soc的限制；若储能装置的soc 返回到上行停用soc的限制和下行停用soc的限制之内，该充电控制方法会被禁用，稳定地降低p
eq
。
[0026]
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
[0027]
本发明在电力系统的agc中加入一个具有调节响应精度余量的储能装置，利用调节响应精度余量，定义对调节信号的最慢和最快的允许功率响应，可最大限度地提高调节区对输电系统运营商规定的调节精度要求的符合率，提高了自动发电控制(agc)的动态性能，提高储能装置的利用率，改善了电力系统的电能质量。
[0028]
此外，本发明还开发了一个全面的充电状态控制(soc)策略，通过在特定的调节期间利用储能装置(bess)，可避免由于极端的充电或放电而导致的储能装置运行寿命的退化，防止极端的充电水平，提高了自动发电控制的动态性能。该储能自动发电控制策略能够显著改善动态调节性能，对于储能装置bess 的磨损相当低。
附图说明
[0029]
图1为本发明的流程示意图；
[0030]
图2为本发明提供的有bess参与的平衡区模型的简化框图；
[0031]
图3为本发明提供的传统的发电厂模型图；
[0032]
图4为本发明提供的bess模型图；
[0033]
图5为本发明bess输出功率的间歇性突发模式的示意图；
[0034]
图6为本发明bess的soc的发展和相应的示意图；
[0035]
图7为本发明运行期间达到的dod水平的示意图；
[0036]
图8为本发明提供的bess对调节误差的影响示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0038]
一种新型的电池储能自动发电控制方法，结合图1所示，包括以下步骤：
[0039]
s1、判断储能装置是否达到充放电水平。图1中的框图说明了一个agc周期k的详细控制流程图，bess的充电水平被验证在可接受的范围内，这意味着它既没有接近耗尽，也没有完全充满。根据国内外的评价标准，当实际调节里程(arm)超过额定的100％或低于额定的70％时，可以认为储能装置达到了充放电水平，可以证明关键的偏远性。
[0040]
若储能装置达到充放电水平，对实际规定里程与期望规定里程的偏差程度进行计
算。若储能装置没有达到充放电水平，判断是否处于临界充电状态控制，若是则进行soc控制，若不是，则结束。
[0041]
对偏差程度进行判断，若偏差程度达到了一定的临界接近度或偏远度(根据每个调节区域/单元的调节特性，凭经验确定)，此时arm≤0.7drm，储能装置将被激活。
[0042]
s2、确定所需的bess功率变化δp，其目的是将调节里程保持在70％和100％之间。
[0043]
bess功率变化δp的计算公式为：
[0044][0045]
其中，arm表示实际规定里程；drm表示期望规定里程；abs表示求绝对值。
[0046]
s3、确定了所需的bess功率变化δp后，计算一个初步的bess功率设定点(pbatsetpre)，包括以前的功率设定点(预期的当前运行状态)和确定的所需功率变化。
[0047]
计算初步的bess功率设定点的公式为：
[0048]
pbatsetprek+1＝pbatsetk
±
δp
[0049]
其中，pbatsetprek当前时刻功率设定点；pbatsetprek+1为下一时刻功率设定点。
[0050]
判断初步的bess功率设定点是否在储能装置的功率限制范围内。
[0051]
若初步的bess功率设定点在储能装置的功率限制范围内，计算最终bess 功率设定点的值。最终bess功率设定点(pbatset)就变成了pbatsetpre。
[0052]
若初步的bess功率设定点不在储能装置的功率限制范围内，由于可用空间不足或充电控制状态(soc)的限制，bess无法提供所需的功率变化，主控制将启用soc控制或稳定地关闭bess，以避免无益的操作，从而实现bess的调节响应精度余量功能。
[0053]
本发明除了开发主要的bess控制策略，还设计了一个辅助控制策略，以平衡bess的soc，其主要思想是尽量减少由于极端的充电或耗尽而导致的退化，建立各种soc阈值以激活相应的阶段。该用于平衡电池储能的充电控制方法具体包括以下步骤：
[0054]
s41、激活：定义一个向上激活的soc限制和一个向下激活的soc限制。若储能装置的soc超过这些soc限制，该充电控制方法会被激活。
[0055]
s42、启用：该充电控制方法会被激活后，控制装置发送重新校准的功率指令p
eq
，以平衡bess的soc。p
eq
的值对应于
±
1/2soc
max
的等效功率。在此阶段，只要需要bess的协助，soc控制就会中断，以达到调节的目的。
[0056]
s43、优先级：定义一个灵活的向上优先的soc限制(soc
limup
)和一个向下优先的soc限制(soc
limdw
)。若储能装置的soc达到向上优先的soc限制或向下优先的soc限制，soc控制将获得5分钟的绝对优先权，发送p
eq
，以避免bess的进一步消耗或功率过大。
[0057]
s44、停用：定义一个上行停用soc的限制(soc control
updes
)和下行停用soc的限制(soc control
dwdes
)。若储能装置的soc返回到上行停用soc的限制和下行停用soc的限制之内，该充电控制方法会被禁用，稳定地降低p
eq
。
[0058]
为了验证其功能，将本发明提出的bess控制将在agc模拟中进行测试，利用某地区电力系统平衡区的二次频率调节的真实agc数据对开发的电池控制在agc模拟中进行测试。
[0059]
图2显示了调节区模型的简化图，其中传递函数的表达式如下所示。
[0060][0061]
图2说明了如何通过agc控制系统在调节电厂和bess之间分配功率设定点。所使用的agc调节器是基于优先级激活的。为了简化模型，本发明忽略了 bess的功率输出对系统频率和其他平衡领域的影响。图3显示了本发明中使用的电厂模型的框图。
[0062]
根据每个常规电厂的技术和具体特征，模型参数已经做了相应调整。
[0063]
应用的线性传递函数是二阶的，阻尼等于0.7，大约20％的脉冲。此外，时间响应参数tsc允许对每个电厂的响应速度进行单独调整，bess的模型如图4 所示。bess的反应时间低于20毫秒，因此在agc的背景下可以被看作是瞬间的，为了使bess的反应与发电厂的反应相协调，本发明施加了斜坡限制。
[0064]
bess的模型反映了影响负载-频率-控制(lfc)研究结果的最重要的bess 特征，如bess的功率、功率斜坡和soc限制。功率限制块的作用是将bess 的功率输出限制在其最大可能的功率性能。然而，在达到soc限制的情况下，额外地限制了功率。soc计算本身考虑的是充电和放电效率，它取决于许多不同的变量和参数，如当前的功率输出、soc、温度和特定的设备特性。
[0065]
本发明假设恒定的充电和放电效率分别为effc＝90％和effdisc＝95％。bess 的反应时间不到20毫秒，非常短暂，因此在agc的反应下可以认为是瞬间的。为了使bess的反应与发电厂的反应相协调，施加了斜坡限制。此模型中忽略bess老化对效率和容量的影响。在本发明所提出的控制策略中，对能量吞吐量、放电深度(dod)和soc的变化进行了量化处理。比如bess的吞吐量是一个参数，它反映了bess的使用情况，并通过整合soc的时间来确定。
[0066]
dod是导致bess加速退化的最重要的压力因素之一，也就是说，在相同的吞吐量下，较高的dod会导致更严重的bess损坏。soc水平的变化是另一个加速退化过程的主要因素。一般来说，高和低的soc水平会导致更高的退化率。高的soc水平直接增加了容量衰减的速度，低的soc水平将增加bess的阻抗和功率衰减。
[0067]
本示例以某地区的真实agc数据为例。输电系统运营商(tso)确定该地区的总调节功率要求，以使系统频率达到额定值，并使所有平衡区相对于市场计划的总功率偏差为零。由此产生的总调节信号每4秒计算一次，并根据二级调节市场中清除的二级调节储备带按比例分配给不同的平衡区域。本示例是基于对一个拥有20个电厂的地区400小时的真实agc数据的模拟。由于该地区 agc每4秒运行一次，该案例研究包括每次模拟执行360000个agc数据周期。
[0068]
图5-7详细说明了所开发的bess参与策略的应用，在8小时的说明期内， bess规模为30mw和10mwh。
[0069]
图5显示了bess输出功率的间歇性突发模式。相应的直方图表明，bess 的使用相对均匀，但在正向功率输出方向上略多。在其最大充电和最小放电功率(30兆瓦和-30兆瓦)以及0兆瓦和5兆瓦时，可以发现功率峰值，这是soc 控制的结果(t＝3，5小时，直到t＝4，5小时)。
[0070]
图6显示了bess的soc的发展和相应的柱状图，由此可见，充电和耗尽的极端水平被避免了(bess在t＝3,5h时重新平衡)，soc相当集中于最初的中等soc水平，意味着bess的退化相当缓慢。
[0071]
图7显示了运行期间达到的dod水平，并以直方图的形式进行了总结。可以看出，在绝大多数情况下，所获得的dod水平是相当低的，在0到0.5mwh 之间。只有在重新平衡过程中才可能出现较高的dod水平。然而，由于在再平衡过程中，大部分时间仍优先考虑主要的调节控制，因此，即使在这种情况下，也很可能获得较低的dod水平。
[0072]
为了举例说明所提出的控制策略的优点，图8显示了bess对该地区动态响应标准的影响，在不同的时间段内，上面的子图显示了bess在一个典型的调节辅助事件中的功率输出，而下面的子图显示了相应的调节误差的发展。图8中，实线代表没有bess时的调节误差，虚线代表有bess辅助的调节误差。可以看出，bess能够支持调节，以应对tso的动态响应规范。例如，在t＝29分钟和t＝30分钟之间，由于bess的协助，平衡区能够完全满足调节标准。然而，在t＝31.5分钟和t＝32.5分钟之间，尽管有bess的参与，平衡区仍未能满足调节要求。在这种情况下，bess的规模不足以中和调节误差，即使它以最大的功率进行调节。如前所述，在这种情况下，最好是终止运行，以尽量减少bess 的使用和退化，一旦调节误差可控，bess就会恢复运行(t＝32.5分钟)。