一种多容量模块化LAES系统的控制系统及方法与流程

本发明属于新型电力系统储能，具体地而言为一种多容量模块化laes系统的控制系统及方法。

背景技术：

1、随着可再生能源发电比例日益增加，电能存储技术对电力行业发展变得越来越重要。电能存储技术在低电能需求期间捕获多余的能量，并在需要时提供这种能量，通过对电网电能的平衡可以提高电网对可再生能源的整合能力。能够满足大规模电能存储的储能技术主要有抽水蓄能(pumped hydro storage，phs)技术和压缩空气储能(compressedairenergy storage，caes)技术，压缩空气储能技术是继phs之后的第二大储能开发技术，将会对电网的电能管理起到关键作用。

2、其中，深冷液化空气储能(liquefied air energy storage，laes)系统，引起了研究学者和商业储能企业的广泛关注，该储能系统是压缩空气储能中的一种，其通过引入蓄冷技术，以液态空气的形式将电能进行存储，不但大幅地提升了caes系统的能量密度，而且极大程度上减弱了caes系统对于地理因素的要求。除了具有压缩空气储能技术所拥有的众多应用优势外，该技术不需要依靠大型的压力存储容器，laes系统能够被建立在任何地方，具备了高储能密度、环境压力存储、使用寿命长、可移动存储等储能优点。

3、目前，深冷液化空气储能系统可分为两类，一类为大容量mw级laes示范工程，另一类是小容量kw级用户侧储能系统。

4、其中，第一类系统，现阶段发展路线仍处于试验平台阶段，用于进行技术验证，并未进行大规模工业化投产，也未形成标准统一的可借鉴工程应用模式。mw级深冷液化空气储能示范工程在我国尚属首次应用，该系统涵盖低温、高温、高压、高转速等多类型设备，存在复杂的能量利用与转换过程，尤其相比于百千瓦级系统，mw级系统运行参数提升，传热介质改变，外界运行条件也更为复杂多变，各单体设备及分系统为满足新运行条件下性能及稳定性的要求，在设备选型、系统结构及运行方式上均要有所变化。

5、第二类系统，用户侧储能主要用于电力自发自用、峰谷价差套利、容量电费管理和提升供电可靠性等。相较于大容量laes系统使用一种或几种的组合热力学循环，如linde-hampson、claude、混合再生剂和solvay循环等。用户侧laes系统出于应用规模和设备成本考虑，在膨胀子系统、压缩子系统和冷热循环子统环节考虑了其他替代方案。小容量kw级laes的工作主要集中在可行性、建模或组件性能分析上。

6、存在的问题包括：储能商业模式并不明晰，且液态空气储能技术尚处于示范到商业化应用的过渡阶段。上述这两大类laes系统皆处于试点阶段，研发的系统主要集中在突破共性关键技术研究，重点部署大功率液态空气储能关键工艺研究、冷/热能多级储存利用技术研究、高效宽工况压缩/膨胀技术研究、系统集成及运行控制技术研究上。但开发的laes系统，容量配置固定，运行方式不灵活，缺乏模块化即插即用应用方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种多容量模块化laes系统的控制系统，解决现有laes系统容量配置单一，集散控制方式所产生的缺陷和问题，实现laes系统的多容量阶梯可控和模块化智能切换。

2、本发明另一方面提供一种多容量模块化laes系统的控制方法。

3、本发明是这样实现的，一种多容量模块化laes系统的控制系统，该控制系统包括：

4、在多个基础单元组内配置独立的控制单元、检测单元和断路器，每个基础单元组设置两个laes单元；

5、多个基础单元组的控制单元均通过设置在电网母线上的检测单元检测电网母线的数据；

6、每个基础单元组的laes单元均通过断路器连接在每个基础单元组的单元组母线上，所述单元组母线通过断路器与laes组母线连接；

7、laes组母线与电网母线之间通过断路器连接；

8、多个基础单元组的控制单元均通过设置在laes组母线上的检测单元检测laes组母线的数据；

9、每个基础单元组的控制单元通过设置在单元组母线上的检测单元用于检测单元组母线的数据；

10、每个基础单元组的控制单元控制每个基础单元组内的断路器；

11、每个基础单元组的单元组母线均连接有一个分段断路器。

12、进一步地，每个基础单元组的控制单元均连接在上位机通讯总线上，通过一个上位机控制。

13、进一步地，每个基础单元组的控制单元均连接在现场通讯总线上。

14、进一步地，laes组母线通过断路器qfl连接负荷，所述断路器qfl的控制端连接上位机通讯总线。

15、进一步地，所述控制单元根据采集的基础单元组的单元组母线、laes组母线、电网母线的电压和电流，获取频率和相位信息，并根据基础单元组的运行状态，估算基础单元组容量；

16、所述控制单元中的一个作为主单元，其他控制单元作为从单元，所述主单元用于判断电网母线电压是否大于等于额定电压的70%；如果是，则认为系统处于初始状态，向现场通讯总线发送初始信号，接收其他各组控制单元握手信号；如果否，判定电网异常，向上位机发送停电信号，断开电网投切断路器qft，通过所述上位机确定基础单元组可提供的有效容量的总值，判断是否满足现场的负荷需求，如果是，进入基础单元组投入运行程序，按照顺序依次投入。

17、进一步地，进入基础单元组投入运行程序，包括：识别主单元的设定信息，分别进入主单元程序和从单元程序；

18、所述主单元程序，包括设置基础单元组内单元发电运行模式，闭合组内断路器，监测laes组母线状态，同时向现场通讯总线发出启动状态信号，并接收现场通讯总线上各组控制单元发出的握手信号；

19、从单元程序，设置基础单元组内单元运行模式，将一个laes单元设置为储能模式，另一个laes单元设置为发电模式，采集基础单元组内的电压、频率、相位信息，采集基础单元组的laes组母线电压、频率、相位信息，判别是否达到并入条件，如果是，闭合组内断路器，并向现场通讯总线发出启动成功信号，同时接收现场通讯总线上其他控制单元发出的启动成功信号。

20、一种多容量模块化laes系统的控制方法，该方法包括：

21、1）启动控制系统；

22、2）控制单元程序进行初始化设置；

23、3）控制单元采集基础单元组内运行状态，估算单元容量，采集基础单元组内单元组母线、laes组母线、电网母线的电压、电流，获取频率和相位信息；

24、4）主单元判断电网母线电压是否大于等于额定电压的70%；如果是，则认为系统处于初始状态，向现场通讯总线发送初始信号，接收其他组控制单元握手信号；如果否，判定电网异常，向上位机发送停电信号，并断开电网投切断路器qft，确定基础单元组可提供的有效容量的总值，判断是否满足现场负荷需求，如果是，进入基础单元组投入运行程序，按照顺序依次投入，如果否，则发送容量缺失信号，等待上位机信息；

25、5）进入基础单元组投入运行程序，识别主单元和从单元，分别进入主单元和从单元程序；

26、6）主单元程序，设定主单元模式，设置基础单元组内单元发电运行模式，通过执行闭合断路器，投入运行，监测laes组母线状态，同时控制单元向现场通讯总线发出启动状态信号，并接收现场通讯总线上其他控制单元发出的握手信号；

27、7）判断laes组母线电压是否大于等于额定电压的70%，如果是，向现场通讯总线发出状态信号，并接收现场通讯总线上其他控制单元发出的握手信号，并返回步骤4），如果否，返回步骤5）；

28、8）从单元程序，设定从单元模式，设置基础单元组内单元运行模式，一个laes单元设置为储能模式，另一个laes单元设置为发电模式，同时采集基础单元组内电压、频率、相位信息，采集laes组母线电压、频率、相位信息，判别是否达到并入条件，如果是，通过闭合断路器, 多个基础单元组投入运行，并向现场通讯总线发出启动成功信号同时接收现场通讯总线上其他控制单元发出的启动成功信号，如果否，返回步骤8）。

29、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

30、本发明提供的系统采用模块化结构，每个基础单元组拥有一套独立的系统配置，即可实现基础单元组的独立应用，也可以实现多组laes系统组合应用。

31、每个基础单元组采用冗余配置，组内laes单元互为备用，实现组内源荷平衡。极大地提高了laes系统的可靠性。

32、每个基础单元组可实现多种运行方式，包含独立运行（孤岛）、独立并网、成组运行（孤岛）、成组并网。

33、本发明系统解决了现有laes系统容量配置单一，集散控制方式所产生的缺陷和问题，从而实现laes系统的多容量阶梯可控和模块化智能切换。