一种协调多个独立储能电站联合运行的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电网AGC调频的技术领域，具体涉及一种协调多个独立储能电站联合运行的控制方法及系统。

背景技术

随着风电、光伏等绿色能源大量投产，电网对系统调频资源的需求不断增大，而火力发电厂结合电化学储能是重要的二次调频手段，其基本工作原理如图1所示：

电网将AGC指令下发至火电厂机组DCS，DCS将AGC指令和机组当前出力值转发至储能EMS(能量管理系统)，储能EMS控制储能系统出力补偿AGC指令与机组出力间的偏差，协助机组DCS完成AGC调频任务，该模型主要针对一台火电机组挂一台储能电站的情况。

然而，采用磷酸铁锂电池的储能电站参与高强度调频时，通常在投运2-3年后性能就会有明显下降，因此，大部分火电厂的储能AGC在寿命中期都将面电池更换或增容问题。

目前，储能电站的增容、扩容，通常有两种方法：

1.方法一，原有储能系统EMS控制

新增容量接入原有储能EMS，该方法基于原有架构的扩容，系统设计简单，不存在复杂的的协同问题。

该方法主要缺点是同一系统有新、旧两批电池同时运行，会影响储能整体性能发挥。

2.方法二，多个独立储能电站采用主、从模式运行

新增储能容量建成独立电站，形成多个储能电站，各储能电站可各自跟随其中一台机组运行，也可作为一个整体跟随任一台机组运行。前者与图1所示的单台储能装置运行方式一致，后者指定其中一台储能作为主站，协调其它从站实现联合运行，如图2所示。

该方式通过数台较小规模的储能电站，可以一对一挂多台机组或多对一挂一台机组运行，相比总容量相等的单台储能电站，在运行灵活性方面有显著优势，也避免了新、旧电池特性不一致对整体性能的影响。

在多对一挂一台机组运行时，需指定其中一台的储能电站作为主站，其余则为从站。主站负责AGC指令的分配、转发和运行协调。在实践中，两台或多台储能EMS以主、从模式协同运行时，要求多台储能EMS之间的运行信息充分融合，且能相互接受对侧的控制。考虑到当前储能行业不同厂商产品间的知识产权壁垒，必然要求后续新增储能设备的投资主体、供货商、设备架构基本一致，这将极大的限制设备选择范围和新技术运用。

因此，需要对现有的多个储能电站作为一个整体跟随一台机组运行的主、从协同运行模式进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协调多个独立储能电站联合运行的控制方法及系统，旨在解决储能扩容后出现多个独立储能电站，需要挂在同一台机组联合运行的问题。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种协调多个独立储能电站联合运行的控制方法，包括：

机组DCS根据储能电站的运行工况对调度下达的AGC指令进行分配，具体包括：

当各储能电站的储能性能相当且初始电量接近时，按储能容量比例确定储能出力占比，储能容量越大，分配的AGC指令越大；

当各储能电站的储能性能有差异或初始电量相差较大时，按储能可用功率比例确定储能出力占比，可用功率越大，分配的AGC指令越大；

当任一储能电站因故障发生出力受限时，通过机组DCS手动设置储能出力占比，以增大无故障储能电站的AGC指令；

机组DCS将多个独立储能电站的反馈信号合成，以一个整体向调度反馈储能信号，包括联合出力信号及储能状态信号。

进一步地，所述的按储能容量比例确定储能出力占比的计算方法具体为：

Pi＝【(P-AGC0)*Mi+AGC0】，i＝1.2.3…n

其中，P为调度下达的AGC指令，AGC0为机组当前功率，Pi为储能电站i接收的AGC指令，Mi为储能电站i的容量占比，Mi＝【储能电站i的储能容量/全部储能电站的储能容量之和)】％。

进一步地，所述的按储能可用功率比例确定储能出力占比的计算方法具体为：

Pi＝【(P-AGC0)*Ni+AGC0】，i＝1.2.3…n

其中，P为调度下达的AGC指令，AGC0为机组当前功率，Pi为储能电站i接收的AGC指令，Ni为储能电站i的可用功率占比，Mi＝【储能电站i的可用功率/全部储能电站的可用功率之和)】％。

进一步地，当P-AGG0>0.01MW时，需要储能放电，可用功率为可放功率；当P-AGG0<0.01MW时，需要储能充电，可用功率为可充功率。

进一步地，所述的联合出力信号的计算方法具体为：

AGC＝AGC1+AGC2+…+AGCn+AGC0

其中：AGC为合并功率，AGC0为机组功率，AGCn为第n台储能电站功率，n为储能电站的个数。

进一步地，所述的储能状态信号包括储能充放电状态、储能充放电闭锁、储能可充功率、储能可放功率以及储能剩余电量百分比。

一种协调多个独立储能电站联合运行的控制系统，包括

机组DCS，用于根据储能电站的运行工况对调度下达的AGC指令进行分配，以及将多个独立储能电站的反馈信号合成，并以一个整体向调度反馈储能信号；

储能EMS，独立配置在每个储能电站，用于接受机组DCS分配的AGC指令，并将储能电站的出力及状态信号反馈至机组DCS。

进一步地，所述的机组DCS根据储能电站的运行工况对调度下达的AGC指令进行分配，具体包括：

当各储能电站的储能性能相当且初始电量接近时，按储能容量比例确定储能出力占比，储能容量越大，分配的AGC指令越大；

当各储能电站的储能性能有差异或初始电量相差较大时，按储能可用功率比例确定储能出力占比，可用功率越大，分配的AGC指令越大；

当任一储能电站因故障发生出力受限时，通过机组DCS手动设置储能出力占比，以增大无故障储能电站的AGC指令。

进一步地，所述的以一个整体向调度反馈储能信号中的储能信号包括联合出力信号及储能状态信号。

进一步地，所述的储能状态信号包括储能充放电状态、储能充放电闭锁、储能可充功率、储能可放功率以及储能剩余电量百分比。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用机组DCS解决多个独立储能电站联合运行问题，在DCS协同下，各储能电站作为一个整体的“虚拟电站”协助同一台机组参与调频，各储能电站之间无须发生横向联系，无须限制各储能电站的品牌、容量、架构，也可方便的添加后续新的储能电站。

2、本发明采用机组DCS协同多个独立储能电站联合运行，无需增加额外的控制设备，既能保持多个储能电站独立运行的灵活性，又能在联合运行时合理分配AGC指令。

3、本发明能根据储能电站的运行工况，以最优方式分配AGC指令到各储能电站，可充分利用每一台储能电站的容量和剩余电量。

附图说明

图1为现有的一台火电机组挂一台储能电站的储能AGC原理图。

图2为现有的多个储能电站作为一个整体跟随一台机组，多个独立储能以主、从模式联合运行的AGC原理图。

图3为本发明的多个独立储能由机组DCS协调运行原理图。

图4为本发明的AGC指令分配、储能信号合成原理图。

图5为本发明的AGC指令分配实际逻辑组态原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图3至图5所示，本实施例提供一种协调多个独立储能电站联合运行的控制方法，以机组DCS实现多个独立储能电站联合运行，机组DCS实现调度AGC指令的分配及储能状态的合成和上传，将多个独立的储能电站模拟成一个“虚拟电站”，作为一个整体协助同一台机组响应AGC负荷调度指令，并以一个整体对外反馈储能关键运行数据，该方法具体包括：

机组DCS根据储能电站的运行工况对调度下达的AGC指令进行分配：

当各储能电站的储能性能相当且初始电量接近时，按储能容量比例确定储能出力占比，储能容量越大，分配的AGC指令越大；

当各储能电站的储能性能有差异或初始电量相差较大时，按储能可用功率比例确定储能出力占比，可用功率越大，分配的AGC指令越大；

当任一储能电站因故障发生出力受限时，通过机组DCS手动设置储能出力占比，以增大无故障储能电站的AGC指令；

机组DCS将多个独立储能电站的反馈信号合成，以一个整体向调度反馈储能信号，包括联合出力信号及储能状态信号。

下面以两台独立储能电站为例进行说明，分别称为一期储能、二期储能，具体包括AGC指令分配和关键储能信号合成两个部分。

1.AGC指令分配

机组DCS将调度下达的AGC指令以最优方式，分配到两台储能，充分利用每一台储能的容量和剩余电量。

1.1根据储能容量比例分配

按储能容量比例确定储能出力占比，即按固定比例将AGC指令分配给一期、二期储能，储能容量越大，分配的的AGC指令越多。该方式适合两台储能性能相当且初始电量接近的工况。具体分配的计算方法为：

P1＝【(P-AGC0)*M1+AGC0】

P2＝【(P-AGC0)*M2+AGC0】

其中：P为调度下达的AGC指令，AGC0为机组当前功率，P1为一期储能接收的AGC指令，P1为二期储能接收的AGC指令；M1为一期储能容量占比：M1＝【一期储能容量/(一期储能容量+二期储能容量)】％，M2为二期储能容量占比：M2＝【二期储能容量/(一期储能容量+二期储能容量)】％。

1.2根据储能可用功率比例动态分配

储能可用功率是储能当前可提供的功率输出，根据调频需求分为“可充功率”和“可放功率”。

根据一期、二期储能的“可充功率”和“可放功率”值比例实时调整储能出力占比。当AGC指令要求储能放电(偏差大于0.01MW)时，则按两期储能当前的“可放功率”值比例来分配AGC指令，“可放功率”越大，分配的AGC指令也越大；当AGC指令要求储能充电(偏差小于-0.01MW)时，则按两期储能当前的“可充功率”值比例来分配AGC指令，“可充功率”越大，分配的AGC指令也越大。

该方式适合两台储能性能有差异或初始电量相差较大的工况。具体分配的计算方法为：

P1＝【(P-AGC0)*N1+AGC0】

P2＝【(P-AGC0)*N2+AGC0】

其中：N1为一期可用功率占比：N1＝【一期可用功率/(一期可用功率+二期可用功率)】％，N2为二期可用功率占比：N2＝【二期可用功率/(一期可用功率+二期可用功率)】％，其中，当P-AGG0>0.01MW时，需要储能放电，可用功率为可放功率，当P-AGG0<0.01MW时，需要储能充电，可用功率为可充功率。

1.3手动分配

该方式适合其中的一侧储能发生出力受限的工况。机组DCS手动设置储能出力占比，相应增大无故障侧储能的指令分配比例。

机组DCS根据需求，选择最适合的运行方式。

2.储能上送信号合成

机组DCS将一期、二期储能的反馈信号合成，以一个整体向调度反馈关键储能信号，包括联合出力信号及储能状态信号。

2.1联合出力信号合并

联合出力即机组和储能的合并出力，计算方法为：

AGC＝AGC1+AGC2+AGC0

其中：AGC为合并功率，AGC0为机组功率，AGC1为一期储能功率，AGC2为二期储能功率。

2.2储能充、放电状态

AGC1+AGC2>0，联合储能为放电状态；

AGC1+AGC2<0，联合储能为充电状态。

2.3储能充、放电闭锁

一、二期储能任一出现放电闭锁，联合储能为放电闭锁；

一、二期储能任一出现充电闭锁，联合储能为充电闭锁。

2.4储能电池可充功率

C＝C1+C2

其中：C为联合储能可充功率，C1为一期储能可充功率，C2为二期储能可充功率。

2.5储能电池可放功率

F＝F1+F2

其中：F为联合储能可放功率，F1为一期储能可放功率，F2为二期储能可放功率。

2.6储能电池SOC

SOC＝(M1*SOC1+M2*SOC2)％。

其中：SOC为联合储能电池剩余电量百分比，M1为一期储能容量占比，SOC1为一期储能电池剩余电量百分比，M2为二期储能容量占比，SOC2为二期储能电池剩余电量百分比。

实施例2

本实施例提供一种协调多个独立储能电站联合运行的控制系统，包括机组DCS和多个储能EMS。

机组DCS，用于根据储能电站的运行工况对调度下达的AGC指令进行分配，以及将多个独立储能电站的反馈信号合成，并以一个整体向调度反馈储能信号；

储能EMS，独立配置在每个储能电站，用于接受机组DCS分配的AGC指令，并将储能电站的出力及状态信号反馈至机组DCS。

其中，机组DCS根据储能电站的运行工况对调度下达的AGC指令进行分配：

当各储能电站的储能性能相当且初始电量接近时，按储能容量比例确定储能出力占比，储能容量越大，分配的AGC指令越大；

当各储能电站的储能性能有差异或初始电量相差较大时，按储能可用功率比例确定储能出力占比，可用功率越大，分配的AGC指令越大；

当任一储能电站因故障发生出力受限时，通过机组DCS手动设置储能出力占比，以增大无故障储能电站的AGC指令。

同时，机组DCS将多个独立储能电站的反馈信号合成，以一个整体向调度反馈储能信号，包括联合出力信号及储能状态信号。

下面以两台独立储能电站为例进行说明，分别称为一期储能、二期储能，具体包括AGC指令分配和关键储能信号合成两个部分。

1.AGC指令分配

机组DCS将调度下达的AGC指令以最优方式，分配到两台储能，充分利用每一台储能的容量和剩余电量。

1.1根据储能容量比例分配

按储能容量比例确定储能出力占比，即按固定比例将AGC指令分配给一期、二期储能，储能容量越大，分配的的AGC指令越多。该方式适合两台储能性能相当且初始电量接近的工况。具体分配的计算方法为：

P1＝【(P-AGC0)*M1+AGC0】

P2＝【(P-AGC0)*M2+AGC0】

其中：P为调度下达的AGC指令，AGC0为机组当前功率，P1为一期储能接收的AGC指令，P1为二期储能接收的AGC指令；M1为一期储能容量占比：M1＝【一期储能容量/(一期储能容量+二期储能容量)】％，M2为二期储能容量占比：M2＝【二期储能容量/(一期储能容量+二期储能容量)】％。

1.2根据储能可用功率比例动态分配

储能可用功率是储能当前可提供的功率输出，根据调频需求分为“可充功率”和“可放功率”。

根据一期、二期储能的“可充功率”和“可放功率”值比例实时调整储能出力占比。当AGC指令要求储能放电(偏差大于0.01MW)时，则按两期储能当前的“可放功率”值比例来分配AGC指令，“可放功率”越大，分配的AGC指令也越大；当AGC指令要求储能充电(偏差小于-0.01MW)时，则按两期储能当前的“可充功率”值比例来分配AGC指令，“可充功率”越大，分配的AGC指令也越大。

该方式适合两台储能性能有差异或初始电量相差较大的工况。具体分配的计算方法为：

P1＝【(P-AGC0)*N1+AGC0】

P2＝【(P-AGC0)*N2+AGC0】

其中：N1为一期可用功率占比：N1＝【一期可用功率/(一期可用功率+二期可用功率)】％，N2为二期可用功率占比：N2＝【二期可用功率/(一期可用功率+二期可用功率)】％，其中，当P-AGG0>0.01MW时，需要储能放电，可用功率为可放功率，当P-AGG0<0.01MW时，需要储能充电，可用功率为可充功率。

1.3手动分配

该方式适合其中的一侧储能发生出力受限的工况。机组DCS手动设置储能出力占比，相应增大无故障侧储能的指令分配比例。

机组DCS根据需求，选择最适合的运行方式。

2.储能上送信号合成

机组DCS将一期、二期储能的反馈信号合成，以一个整体向调度反馈关键储能信号，包括联合出力信号及储能状态信号。

2.1联合出力信号合并

联合出力即机组和储能的合并出力，计算方法为：

AGC＝AGC1+AGC2+AGC0

其中：AGC为合并功率，AGC0为机组功率，AGC1为一期储能功率，AGC2为二期储能功率。

2.2储能充、放电状态

AGC1+AGC2>0，联合储能为放电状态；

AGC1+AGC2<0，联合储能为充电状态。

2.3储能充、放电闭锁

一、二期储能任一出现放电闭锁，联合储能为放电闭锁；

一、二期储能任一出现充电闭锁，联合储能为充电闭锁。

2.4储能电池可充功率

C＝C1+C2

其中：C为联合储能可充功率，C1为一期储能可充功率，C2为二期储能可充功率。

2.5储能电池可放功率

F＝F1+F2

其中：F为联合储能可放功率，F1为一期储能可放功率，F2为二期储能可放功率。

2.6储能电池SOC

SOC＝(M1*SOC1+M2*SOC2)％。

其中：SOC为联合储能电池剩余电量百分比，M1为一期储能容量占比，SOC1为一期储能电池剩余电量百分比，M2为二期储能容量占比，SOC2为二期储能电池剩余电量百分比。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。