一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备与流程

本发明属于储能，具体涉及一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备。

背景技术：

1、储能可以改善电力不匹配的情况，电网侧通过储能可以实现削峰填谷。储能分为物理储能和化学储能。其中，物理储能适合电网调峰，通常的物理储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能及飞轮储能等。

2、例如，专利cn117057498a给出一种重力储能设备运行计划优化方法，具体包括：获取次日电网的峰谷电数据；确定重力储能系统的总充放电量，根据总充放电量确定充放电时间段；根据充放电时间段对质量块执行调度，建立价格模型，实现对重力储能设备的约束。该方案提供的重力储能设备运行计划优化方法根据次日峰谷电价制定更为合理的充放电计划，通过计算机对质量块进行调度，使系统效率和经济效益达到最优效果，同时减少挂载质量块造成的功率波动对电网的冲击次数。

3、但是，任何的单一储能技术都很难同时兼备安全可靠、高能量密度、长寿命、低成本等。如重力储能，通过发电机、质量块之间的运行，实现重力势能与电能之间的转换。然而，质量块的数量一般为离散的，对应的功率也存在离散型，重力储能系统的功率响应也会呈现阶梯特性，难以实现精准的线性功率响应。

4、如专利cn115013266a给出了一种矩阵式重力储能系统控制方法，设定重力储能模块，重力储能模块包含上侧区域和下侧区域，上侧区域和下侧区域分别包含n层的质量块层，每一层质量块层能够放置m块质量块；上侧区域和下侧区域的n层质量块层由上之下一一对应进行质量块的转移；储能过程中，下侧区域的质量块层按照奇偶数层分别从两侧垂直升降车交替提升至上侧区域内；释放电能过程中，上侧区域的质量块层按照奇偶数层分别从两侧垂直升降车交替下降至下侧区域内，并且两侧垂直升降车有载下降时间无间隔衔接。该方案采用两组垂直升降车两侧交替升降的方式控制整个重力储能系统的储能和放电过程，使储能以及放电过程更加的平稳。

5、以上现有重力储能装置主要依靠自身的结构设计来改变升降的时间，以此调节储放能的功率，但该种方案控制精度仍然较低，且存在结构不稳定的风险。

6、因此，如何结合各个储能技术，通过复合储能方式与电网侧进行匹配，实现对能量转换的精准控制是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备，包括：电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件；电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；控制组件与电机组件、储能组件信号连接，用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。通过复合储能方式，充分发挥不同储能技术的优势，通过协调控制系统，满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。

2、第一方面，本发明提供一种用于复合储能的协调控制系统，包括：电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件；

3、电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；

4、控制组件与电机组件、储能组件信号连接，用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。

5、进一步的，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。

6、进一步的，电机组件包括电动机及发电机。

7、进一步的，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：

8、

9、其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。

10、进一步的，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：

11、

12、其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。

13、进一步的，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：

14、

15、其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。

16、进一步的，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。

17、进一步的，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：

18、压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。

19、进一步的，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：

20、

21、

22、其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩能储能件的透平输出的机械功率。

23、进一步的，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压缸机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。

24、进一步的，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。

25、进一步的，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：

26、

27、其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。

28、进一步的，节流阀的开度，具体表示为：

29、

30、其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。

31、第二方面，本发明还提供一种用于复合储能的协调控制方法，复合储能的协调控制系统包括电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件，电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环，控制组件与电机组件、储能组件信号连接；

32、方法包括如下步骤：

33、控制组件分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。

34、进一步的，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。

35、进一步的，电机组件包括电动机及发电机。

36、进一步的，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：

37、

38、其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。

39、进一步的，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：

40、

41、其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。

42、进一步的，重力储能件储存的能量，具体表示为：

43、

44、其中，为第k重力储能件的储存能量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的额定高度差。

45、重力储能件的功率容量，具体表示为：

46、

47、其中，为第k重力储能件的功率容量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。

48、进一步的，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：

49、

50、其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。

51、进一步的，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。

52、进一步的，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：

53、压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。

54、进一步的，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：

55、

56、

57、其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩能储能件的透平输出的机械功率

58、进一步的，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压缸机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。

59、进一步的，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。

60、进一步的，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：

61、

62、其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。

63、进一步的，节流阀的开度，具体表示为：

64、

65、其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。

66、第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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上述用于复合储能的协调控制方法。

67、本发明提供的一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备，至少包括如下有益效果：

68、（1）通过复合储能方式，充分发挥不同储能技术的优势，通过协调控制系统，满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。

69、（2）通过压缩能储能件能平衡重力储能件的功率离散性问题，进而改变电机组件中电动机和发电机的机械转矩，控制电机组件的输入/输出功率，从而达到精准的能量转换控制。

70、（3）液压油蓄能及压缩空气储能，通过减压阀/节流阀控制压力输出/输入，调节功率的输出/输入。