一种基于光伏场站的分散储能系统

技术领域

本发明涉及一种分散储能系统，尤其是涉及一种基于光伏场站的分散储能系统。

背景技术

在化石能源日益枯竭以及温室气体导致全球气候变化等背景下，光伏发电系统由于满足清洁、效可再生等条件，近年来发展迅速。随着光伏等清洁能源的快速发展，与之发展规模相适应的电网消纳能力以及电力系统调节资源逐渐面临挑战，这种网-源不平衡、不协调的现状很大程度上制约了光伏清洁能源的高质量发展。为如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，国家将构建以新能源为主体的新型电力系统，光伏加适量储能可以解决光伏发电弃光利用、平滑输出、跟踪出力、参与电网调频等业务，目前储能被认为是新型电力系统发展、促进能源绿色低碳转型、实现“碳达峰、碳中和”目标、保障国家能源安全的重要装备基础和关键支撑技术。

目前绝大多数光伏电站配置储能系统都采用集中布置，即储能系统布置在光伏电站升压站附近，且均以集中型方式接入光伏电场35kV母线侧。但光伏场站集中储能有如下不足之处，从安全性方面考虑，集中储能电池聚集带来了较大的消防安全风险与隐患，需要对电池安全等做最大程度优化。从经济性方面考虑，一是光伏场站征地成本费用较大，集中式储能由于所占面积较大，需要光伏场站较多的设备存放空间，对于已建光伏场站，往往没有土地空间存放集中式储能设备，对于规划建设的光伏场站，则需要额外征地才能存放储能设备，二是集中储能系统只能接入电网交流侧，由于储能电池具备直流输出形式，所以存在直流/交流转换损耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光伏场站的分散储能系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于光伏场站的分散储能系统，该分散储能系统分别与电力调度控制中心和光伏场站控制系统连接，该分散储能系统包括依次连接的光伏现场区域分散储能子系统、分散储能设备信号传输通讯子系统和光伏分散储能协同控制子系统，所述光伏分散储能协同控制子系统分别与电力调度控制中心和光伏场站控制系统。

作为优选的技术方案，所述的光伏现场区域分散储能子系统具体为：在光伏发电区域布置储能模块，其中储能模块以模块化集装箱形式分散布置于光伏发电边缘区域。

作为优选的技术方案，所述的储能模块集成了电池组、电池管理系统BMS、双向变流系统PCS以及能量管理系统EMS，辅助以集装箱、消防、照明和通风系统，其中电池采用直流方式接入组串式逆变器直流接口或者采用交流方式接入光伏箱变低压侧。

作为优选的技术方案，所述的储能模块总容量按照光伏总容量10％-20％配置，单台储能模块容量加光伏容量不超区域箱变容量。

作为优选的技术方案，所述的分散储能设备信号传输通讯子系统为光伏场站光纤环网的备用芯搭建多个光纤环网，用于实现光伏现场区域分散储能子系统和光伏分散储能协同控制子系统的通信。

作为优选的技术方案，所述的光伏分散储能协同控制子系统布置在光伏场站集控中心，通过调节储能电池充放电功率，提高光伏电站并网功率跟随短期和超短期功率预测的能力，同时兼顾电池的循环寿命。

作为优选的技术方案，所述的电力调度控制中心采集光伏场站实时和历史数据信息，并下发有功控制、无功电压控制、发电计划指令；

所述的光伏场站控制系统根据电力调度控制中心指令，进行有功和无功控制，并上传光伏场站本地功率预测结果。

作为优选的技术方案，所述光伏分散储能协同控制子系统有序参与功率预测控制，并根据电网辅助服务政策变化，调整控制优先级和响应策略，减少光伏场站的辅助服务考核，并增加相关补偿。

作为优选的技术方案，所述光伏分散储能协同控制子系统的具体控制过程如下：

1)从光伏场站控制系统获取当前时刻对应的短期功率预测值和超短期功率预测值；获取光伏现场区域分散储能子系统当前允许的最大放电功率和最大充电功率；并获取光伏场站发电功率；

2)确定短期功率预测允许的调节范围，超短期功率预测允许的调节范围以及光伏和储能系统功率调节范围；

3)判断储能系统是否无法将短期和超短期功率预测误差控制在允许范围内；

4)若步骤3)中的结果为是，则分散储能系统不参与光伏场功率调节；

5)若步骤3)中的结果为否，则进一步判断分散储能系统是否仅能够将超短期功率预测误差控制在允许范围内；

6)若步骤5)中的结果为是，则储能系统参与超短期功率预测误差控制；

7)若步骤5)中的结果为否，则进一步判断储能系统是否将短期功率预测误差控制在允许范围内，但短期功率预测和超短期功率预测的调节范围没有交集；

8)若步骤7)中的结果为是，则储能系统优先考核费用更高的短期功率预测误差控制；

9)若步骤7)中的结果为否，则进一步判断储能系统是否能够同时将短期和超短期功率预测误差控制在允许范围内；

10)若步骤9)中的结果为是，则储能系统协同控制短期和超短期功率预测误差控制；

11)若步骤9)中的结果为否，则储能系统协同控制不参与短期和超短期功率预测误差控制。

作为优选的技术方案，所述光伏分散储能协同控制子系统控制储能系统在日落前处于高位电能状态，储能系统晚间放电提供场站用电。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)相比于光伏场站集中储能，本发明分散储能由于分散布置储能单元特点，能从本质上解决光伏场站集中储能电池聚集引起的安全问题；

2)本发明解决已建或将建光伏场站集中储能征地难和征地费用高问题；光伏场站集中储能存在交直流转化逆变损耗较多问题。

3)本发明利用分散式储能减少光伏场站短期功率预测和超短期功率预测误差。

4)本发明通过调节储能电池充放电功率，提高光伏电站并网功率跟随短期和超短期功率预测的能力，同时兼顾电池的循环寿命，提升光伏电站的盈利能力和分散储能的整体收益。

5)本发明在光伏电站和储能系统联合运行方式下，实现光伏功率预测系统和储能系统协同控制，在光伏功率预测中协同考虑光伏电站运行状态和储能系统状态，并基于储能系统充放电控制减少功率预测考核的同时，适应场站不用运行方式需求，减少场站厂用电中的下网电量，提升光伏场站整体运行经济性。

附图说明

图1为光伏电站分散储能系统示意图；

图2为直流形式接入变流器直流侧的示意图；

图3为交流形式接入箱变低压侧的示意图；

图4为数据通讯系统的拓扑示意图；

图5为光伏分储能系统控制流程图；

图6为光伏分散储能协同控制策略的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于光伏场站的分散储能系统，该分散储能系统分别与电力调度控制中心和光伏场站控制系统连接，该分散储能系统包括依次连接的光伏现场区域分散储能子系统、分散储能设备信号传输通讯子系统和光伏分散储能协同控制子系统，所述光伏分散储能协同控制子系统分别与电力调度控制中心和光伏场站控制系统。

储能以模块化集装箱或户外柜形式分散布置于光伏发电现场区域，通过光伏场站光纤环网的备用芯搭建多个光纤环网连接储能装置，实现与光伏分散储能协同控制子系统的通讯，控制系统通过调节储能电池充放电功率，提高光伏电站并网功率跟随短期和超短期功率预测的能力，同时兼顾电池的循环寿命，提升光伏电站的盈利能力和分散储能的整体收益。在光伏电站和储能系统联合运行方式下，实现光伏功率预测系统和储能系统协同控制，在光伏功率预测中协同考虑光伏电站运行状态和储能系统状态，并基于储能系统充放电控制减少功率预测考核的同时，适应场站不用运行方式需求，减少场站厂用电中的下网电量，提升光伏场站整体运行经济性。

所述的光伏现场区域分散储能子系统具体为：在光伏发电区域布置储能模块，其中储能模块以模块化集装箱形式分散布置于光伏发电边缘区域。所述的储能模块集成了电池组、电池管理系统BMS、双向变流系统PCS以及能量管理系统EMS，辅助以集装箱、消防、照明和通风系统，其中电池采用直流方式接入组串式逆变器直流接口(若采取直流模式接入，则取消双向变流系统)，或者采用交流方式接入光伏箱变低压侧。

所述的分散储能设备信号传输通讯子系统为光伏场站光纤环网的备用芯搭建多个光纤环网，用于实现光伏现场区域分散储能子系统和光伏分散储能协同控制子系统的通信。

所述的光伏分散储能协同控制子系统布置在光伏场站集控中心，通过调节储能电池充放电功率，提高光伏电站并网功率跟随短期和超短期功率预测的能力，同时兼顾电池的循环寿命，提升光伏电站的盈利能力和分散储能的整体收益。

本发明的工作原理具体如下：

所述的储能模块总容量按照光伏总容量10％-20％配置，单台储能模块容量加光伏容量不超区域箱变容量。选择一体化集成电池及电气系统的集装箱或户外柜形式的储能系统布置现场。分散储能系统可向电网送电、受电和提供光伏场站厂用电。

分散储能可以直流形式接入变流器直流侧，接入直流侧减少了逆变设备及相关损耗，转换效率更高。如图2所示。

分散储能可以交流形式接入箱变低压侧。如图3所示。

通过光伏场站光纤环网的备用芯搭建多个光纤环网连接储能装置，实现储能信号与光伏分散储能协同控制系统的数据通讯。系统拓扑图如图4所示。

远动将电网负荷调度指令发送至AGC(自动发电控制)服务器，AGC服务器通过运算得到每组光伏装置的负荷指令。

每组光伏装置的负荷指令通过光纤环网传送至相应数据采集器上。

数据采集根据指令信息对其负责的逆变器等设备进行调节。

每组光伏的实时信息先采集到数据采集器后再经由光纤环网传送至AGC服务器和光伏场控。

光伏分散储能系统控制流程图如图5所示。主要包括电力调度控制中心，光伏分散储能系统控制系统，光伏场站集中控制系统。

所述的电力调度控制中心采集光伏场站实时和历史数据信息，并下发有功控制、无功电压控制、发电计划指令；

所述的光伏场站控制系统根据电力调度控制中心指令，进行有功和无功控制，并上传光伏场站本地功率预测结果。

所述光伏分散储能协同控制子系统有序参与功率预测控制，并根据电网辅助服务政策变化，调整控制优先级和响应策略，减少光伏场站的辅助服务考核，并增加相关补偿。

如图6所示，所述光伏分散储能协同控制子系统的具体控制过程如下：

1)从光伏场站控制系统获取当前时刻对应的短期功率预测值和超短期功率预测值；获取光伏现场区域分散储能子系统当前允许的最大放电功率和最大充电功率；并获取光伏场站发电功率；

2)确定短期功率预测允许的调节范围，超短期功率预测允许的调节范围以及光伏和储能系统功率调节范围；

3)判断储能系统是否无法将短期和超短期功率预测误差控制在允许范围内；

4)若步骤3)中的结果为是，则分散储能系统不参与光伏场功率调节；

5)若步骤3)中的结果为否，则进一步判断分散储能系统是否仅能够将超短期功率预测误差控制在允许范围内；

6)若步骤5)中的结果为是，则储能系统参与超短期功率预测误差控制；

7)若步骤5)中的结果为否，则进一步判断储能系统是否将短期功率预测误差控制在允许范围内，但短期功率预测和超短期功率预测的调节范围没有交集；

8)若步骤7)中的结果为是，则储能系统优先考核费用更高的短期功率预测误差控制；

9)若步骤7)中的结果为否，则进一步判断储能系统是否能够同时将短期和超短期功率预测误差控制在允许范围内；

10)若步骤9)中的结果为是，则储能系统协同控制短期和超短期功率预测误差控制；

11)若步骤9)中的结果为否，则储能系统协同控制不参与短期和超短期功率预测误差控制。

储能系统在满足场站功率预测考核同时，尽量保持储能电量维持在高效状态，并避免储能过充或过放。光伏场站晚间不再具备发电能力，转变为电能消耗单位。为降低光伏场站购电费用，提升场站运行经济性。与功率预测系统相配合，协同控制储能系统日落前处于高位电能状态，储能系统晚间放电提供场站用电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。