一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)及其方法，系統(tǒng)包括中央監(jiān)控模塊和本地監(jiān)控模塊，兩模塊之間采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并行的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信與連接。方法包括以下步驟：通過通信網(wǎng)絡(luò)讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲和管理；確定電池儲能電站總功率需求；確定各儲能子站的功率命令值，并下發(fā)給各本地監(jiān)控模塊；計算出儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值，并下發(fā)給各儲能機(jī)組；將本地監(jiān)控模塊中各儲能機(jī)組的功率命令值、實(shí)時數(shù)據(jù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)上傳至中央監(jiān)控模塊統(tǒng)一存儲和管理。該系統(tǒng)和方法能滿足對儲能機(jī)組集群式實(shí)時快速控制和大量傳輸數(shù)據(jù)的監(jiān)測要求，保障了電池健康運(yùn)行，使儲能電站更安全穩(wěn)定。
【專利說明】—種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)以及能量存儲與轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)及其方法，尤其適用于大規(guī)模電池儲能電站并網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
【背景技術(shù)】
[0002]國家風(fēng)光儲輸示范工程是國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)首批試點(diǎn)工程，以“電網(wǎng)友好型”新能源發(fā)電為目標(biāo)，以“先進(jìn)性、靈活性、示范性、經(jīng)濟(jì)性”為特點(diǎn)，是目前世界上規(guī)模最大、集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程。其中，國家風(fēng)光儲輸示范工程(一期)擬建設(shè)風(fēng)電100MW、光伏發(fā)電40MW和儲能裝置20MW(包含14MW鋰離子電池儲能系統(tǒng)和2麗液流電池儲能系統(tǒng))。
[0003]隨著電池及其集成技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模分布式和集中式電池儲能電站的應(yīng)用模式將逐步成為一種優(yōu)選方案。大量儲能電站在配電網(wǎng)末端投入使用，使儲能設(shè)備的監(jiān)控范圍更廣，監(jiān)控要求更高，必須有一個完善的、可擴(kuò)充的、標(biāo)準(zhǔn)的信息平臺來支撐配電網(wǎng)末端儲能電站的實(shí)時監(jiān)控與保護(hù)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、真實(shí)、及時的監(jiān)測，做出正確分析，采取有效措施。
[0004]對比既往的傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)和新能源發(fā)電系統(tǒng)的管理監(jiān)控平臺，不難發(fā)現(xiàn)，大規(guī)模電池儲能電站中由于大量電池的使用，導(dǎo)致遙測、遙信量急劇增加，數(shù)據(jù)通信量非常龐大。因此，為了解決這一在儲能電站管理、監(jiān)控中出現(xiàn)的特殊問題，必須研制擁有高速通信，高可靠性，大數(shù)據(jù)庫容量，高速實(shí)時響應(yīng)等技術(shù)特點(diǎn)的全新適用于配電網(wǎng)末端儲能電站的綜合控制方案及監(jiān)控軟硬件平臺，為配電網(wǎng)末端電池儲能電站監(jiān)控和保護(hù)提供全面、有效的技術(shù)支撐。
[0005]儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)在保證可靠穩(wěn)定的前提下，需滿足配電網(wǎng)末端用戶實(shí)時調(diào)度和管控的性能要求，高速響應(yīng)電網(wǎng)各種應(yīng)用場景對儲能系統(tǒng)的需求，這對監(jiān)控系統(tǒng)平臺的研發(fā)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。無論是在監(jiān)控體系結(jié)構(gòu)以及通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、硬件支撐系統(tǒng)開發(fā)、實(shí)時響應(yīng)人機(jī)界面設(shè)計等方面，都面臨相當(dāng)多的問題和約束條件。
[0006]目前有關(guān)大規(guī)模多類型電池儲能電站的監(jiān)控和并網(wǎng)運(yùn)行方面的專利、文獻(xiàn)、技術(shù)報告等非常少，需要深入研究和探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種更安全穩(wěn)定的兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠不僅滿足對儲能機(jī)組集群式實(shí)時快速控制和數(shù)十萬傳輸數(shù)據(jù)的監(jiān)測要求，還可以最大限度的減小電池劣化，保障電池健康運(yùn)行。
[0008]本發(fā)明的兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)，其包括:
[0010]中央監(jiān)控模塊，用于確定電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值并實(shí)時下發(fā)給各本地監(jiān)控模塊；[0011]本地監(jiān)控模塊，每個本地監(jiān)控模塊分別管轄一個儲能子站，其用于計算所管轄儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值、并實(shí)時下發(fā)給各儲能機(jī)組，以及將各儲能機(jī)組的功率命令值上傳至中央監(jiān)控模塊進(jìn)行存儲；
[0012]所述中央監(jiān)控模塊與本地監(jiān)控模塊之間采用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0013]其中，電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)包括通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的實(shí)時數(shù)據(jù)和通過監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的非實(shí)時數(shù)據(jù)；所述實(shí)時數(shù)據(jù)包括上層調(diào)度數(shù)據(jù)、風(fēng)光發(fā)電數(shù)據(jù)和所有儲能機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)，所述非實(shí)時數(shù)據(jù)包括所有儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)，具體地:
[0014]上層調(diào)度數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):跟蹤計劃發(fā)電曲線值、系統(tǒng)負(fù)荷曲線值、削峰填谷曲線值、系統(tǒng)調(diào)頻功率命令值、電池儲能電站總功率需求、電池儲能電站負(fù)荷值和風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電總功率值等；
[0015]風(fēng)光發(fā)電數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):風(fēng)光發(fā)電平滑目標(biāo)值、風(fēng)光發(fā)電波動率值、風(fēng)光發(fā)電總功率值、風(fēng)光發(fā)電計劃值；風(fēng)力發(fā)電廠中各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率、各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)、風(fēng)力發(fā)電總功率值、風(fēng)力發(fā)電額定功率、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測功率等以及光伏發(fā)電廠中各光伏發(fā)電機(jī)組有功功率、各光伏發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)、光伏發(fā)電總功率值、光伏發(fā)電額定功率、光伏發(fā)電預(yù)測功率等；
[0016]儲能機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):儲能機(jī)組的額定功率、實(shí)際功率值、狀態(tài)信息(如:可控信號、工作狀態(tài)、告警狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)、整定狀態(tài)等)、工作模式、可用充電容量、可用放電容量、最大允許充電功率、最大允許放電功率、荷電狀態(tài)值、放電狀態(tài)值、健康狀態(tài)值和電池儲能電站實(shí)際總功率值(等于所有儲能機(jī)組實(shí)際功率值的總和)等;
[0017]儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):儲能機(jī)組中各電池單體的電壓信息、溫度信息和非實(shí)時狀態(tài)信息等。
[0018]本發(fā)明的另一目的在于提出一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控方法，其包括如下步驟:
[0019]步驟A、中央監(jiān)控模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0020]步驟B、基于中央監(jiān)控模塊確定電池儲能電站總功率需求；
[0021]步驟C、基于中央監(jiān)控模塊確定電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值，并下發(fā)給各本地監(jiān)控模塊；
[0022]步驟D、基于本地監(jiān)控模塊計算出該模塊所管轄儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值，并下發(fā)給各儲能機(jī)組；同時該模塊中計算所管轄儲能子站的當(dāng)前可控狀態(tài)、荷電狀態(tài)等;
[0023]步驟E、將臨時存儲于本地監(jiān)控模塊中各儲能機(jī)組的功率命令值、所管轄儲能子站的當(dāng)前可控狀態(tài)、荷電狀態(tài)、實(shí)時數(shù)據(jù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳至中央監(jiān)控模塊進(jìn)行存儲和管理。
[0024]所述步驟A中，先通過通信網(wǎng)絡(luò)讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)；再對電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并將該相關(guān)數(shù)據(jù)賦值給相應(yīng)接口變量。[0025]所述步驟B中，可以根據(jù)實(shí)際監(jiān)控需要選擇相應(yīng)計算方法計算出或直接讀取外部調(diào)度中心下發(fā)的電池儲能電站總功率需求。
[0026]所述步驟C中，根據(jù)當(dāng)前電池儲能電站總功率需求的符號通過儲能子站的可控信號、電池儲能電站總功率需求以及儲能子站的荷電狀態(tài)值或放電狀態(tài)值，實(shí)時計算出電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值。
[0027]所述步驟D中，根據(jù)儲能子站的功率命令值符號，選擇通過最大允許放電功率或最大允許充電功率來計算各儲能機(jī)組的決策變量，進(jìn)而求取各儲能機(jī)組的功率命令值；并且判斷各儲能機(jī)組是否滿足最大允許放電功率約束條件或最大允許充電功率約束條件，如果有違反相應(yīng)約束條件的儲能機(jī)組，則通過最大允許放電功率或最大允許充電功率重新計算該儲能機(jī)組的功率命令值；否則，結(jié)束判斷。
[0028]所述步驟E中，將臨時存儲于本地監(jiān)控模塊中的各儲能機(jī)組的功率命令值和實(shí)時數(shù)據(jù)通過實(shí)時通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時上傳至中央監(jiān)控模塊中進(jìn)行存儲和管理，將臨時存儲于本地監(jiān)控模塊中的各儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)通過非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)上傳至中央監(jiān)控模塊中進(jìn)行存儲和管理。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0030]I)本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)和方法采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足了儲能機(jī)組集群式實(shí)時快速控制以及數(shù)十萬儲能電池的狀態(tài)監(jiān)測要求，最大限度的減小了電池劣化，并保障電池健康運(yùn)行，使電池儲能電站更加安全穩(wěn)定；
[0031]2)本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)通過中央能量管理模塊對電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并且通過穩(wěn)態(tài)、動態(tài)等多角度兆瓦級電池儲能電站進(jìn)行在線監(jiān)控與能量管理，實(shí)現(xiàn)集成化大規(guī)模電池儲能電站系統(tǒng)中各電池儲能機(jī)組的統(tǒng)一接入、實(shí)時調(diào)度管理和多層協(xié)調(diào)的主動安全控制，以解決電池儲能電站協(xié)調(diào)控制及能量管理的問題；此外，由于本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)和方法同時支持平滑風(fēng)光功率輸出、跟蹤計劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷、安全穩(wěn)定控制等大規(guī)模電池儲能電站的多種高級功能，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明中多類型鋰電池儲能電站的系統(tǒng)接入示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明的兆瓦級電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)和方法實(shí)施例的實(shí)施框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]圖1所示為目前張北國家風(fēng)光儲輸示范電站中配置的14MW鋰電池儲能電站的系統(tǒng)拓?fù)鋱D。如圖1所示，電池儲能電站接入的風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電場、光伏發(fā)電場、電池儲能電站和電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電場、光伏發(fā)電場及電池儲能電站分別通過變壓器與電網(wǎng)連接。風(fēng)力發(fā)電場和光伏發(fā)電場的內(nèi)部連接示意圖在此省略。本例中，14MW鋰電池儲能電站包括9個相并聯(lián)的鋰電池儲能子站，各電池儲能子站通過一個變壓器并聯(lián)至35kV的交流母線。每個鋰電池儲能子站中包括多個相并聯(lián)的鋰電池儲能機(jī)組，各儲能機(jī)組中包括雙向變流器和多個鋰離子電池組，通過雙向變流器可執(zhí)行對鋰離子電池組的投切控制及充放電功率指令等。
[0036]圖2為用于監(jiān)控圖1所示鋰電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本例中的電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)包括:中央監(jiān)控模塊和本地監(jiān)控模塊，中央監(jiān)控模塊與本地監(jiān)控模塊之間采用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0037](一)中央監(jiān)控模塊
[0038]該模塊用于確定該電站中各儲能子站的功率命令值并實(shí)時下發(fā)給各本地監(jiān)控模塊；此外，該模塊還用于實(shí)現(xiàn)儲能電站內(nèi)所有監(jiān)控數(shù)據(jù)的監(jiān)測和處理、數(shù)據(jù)通信以及對儲能電站進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)管等功能。中央監(jiān)控模塊主要包括中央系統(tǒng)支撐模塊、中央能量管理模塊、中央存儲模塊和中央通訊模塊，其中，
[0039]1A)中央系統(tǒng)支撐模塊，用于讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至中央存儲模塊；該中央系統(tǒng)支撐模塊進(jìn)一步包括:
[0040]中央采集模塊:用于讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)；
[0041]中央對時模塊:用于通過硬件時間戳來提供定時和頻率準(zhǔn)確度；和
[0042]中央接口單元:用于提供電池儲能電站所需的各種接口函數(shù)，此外，還包括基本應(yīng)用軟件包、用戶程序和工具組等。
[0043]1B)中央能量管理模塊，該模塊可根據(jù)實(shí)際需要配置多種高級應(yīng)用，用于根據(jù)具體應(yīng)用實(shí)時計算電池儲能電站總功率需求，再進(jìn)一步確定電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值，并發(fā)送至中央存儲模塊，從而實(shí)現(xiàn)對電池儲能電站進(jìn)行能量管理，以及實(shí)現(xiàn)電池儲能電站的多種具體應(yīng)用(多種應(yīng)用包括平滑風(fēng)光功率出力、跟蹤計劃發(fā)電、參與系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷、安全穩(wěn)定控制等)，并通過實(shí)時信息交互實(shí)現(xiàn)對整個儲能電站的實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警功能。該中央能量管理模塊進(jìn)一步包括:
[0044]平滑風(fēng)光功率出力模塊:基于自適應(yīng)的濾波技術(shù)和反饋控制來平抑風(fēng)光發(fā)電出力波動。即引入SOC和風(fēng)光發(fā)電波動率的反饋控制去平滑風(fēng)光功率輸出波動。平滑風(fēng)光功率出力模塊根據(jù)當(dāng)前反饋的SOC和風(fēng)光發(fā)電波動率來實(shí)時計算出平滑風(fēng)光發(fā)電出力波動所需的電池儲能電站總功率需求，同時還計算出電池儲能電站當(dāng)前的工作能力，以滿足平滑風(fēng)光功率輸出需求的同時，有效控制SOC和風(fēng)光發(fā)電波動率在設(shè)定范圍內(nèi)；
[0045]跟蹤計劃發(fā)電模塊:用于實(shí)時補(bǔ)償風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電實(shí)際功率與風(fēng)光儲發(fā)電計劃間的差值。跟蹤計劃發(fā)電模塊根據(jù)當(dāng)前的電池運(yùn)行狀態(tài)與電池剩余容量反饋值，實(shí)時計算出跟蹤計劃所需的電池儲能電站總功率需求，同時還計算出電池儲能電站當(dāng)前的工作能力；
[0046]參與系統(tǒng)調(diào)頻模塊:用于實(shí)時滿足外部調(diào)度中心(包括上層調(diào)度和華北網(wǎng)調(diào))直接下發(fā)的支持AGC相對應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)頻功率命令值。參與系統(tǒng)調(diào)頻模塊根據(jù)外部調(diào)度中心下發(fā)的支持AGC相對應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)頻功率命令值、當(dāng)前的電池運(yùn)行狀態(tài)和電池剩余容量反饋值等信息，實(shí)時計算出參與系統(tǒng)調(diào)頻所需的電池儲能電站總功率需求，同時還計算出電池儲能電站當(dāng)前的工作能力；
[0047]削峰填谷模塊:用于實(shí)時滿足外部調(diào)度中心下發(fā)的削峰填谷用儲能電站功率需求命令。即實(shí)時響應(yīng)上層調(diào)度下發(fā)的削峰填谷計劃對應(yīng)的功率命令值，以保證削峰填谷的應(yīng)用效果。削峰填谷模塊根據(jù)當(dāng)前的電池運(yùn)行狀態(tài)與電池剩余容量反饋值，實(shí)時計算出削峰填谷所需的電池儲能電站總功率需求，同時還計算出電池儲能電站當(dāng)前有功和無功的工作能力(如:當(dāng)前允許使用容量和當(dāng)前可用最大充放電能力)；
[0048]安全穩(wěn)定控制模塊:根據(jù)外部調(diào)度中心下發(fā)的安穩(wěn)控制指令及其相關(guān)儲能總功率需求，安全穩(wěn)定控制模塊根據(jù)采集的當(dāng)前各儲能機(jī)組的狀態(tài)信息，實(shí)時計算出安全穩(wěn)定控制所需的電池儲能電站總功率需求，同時還計算出電池儲能電站當(dāng)前有功和無功的工作能力(如:當(dāng)前允許使用容量和當(dāng)前可用最大充放電能力)，以保證系統(tǒng)的實(shí)時功率需求，確保儲能電站正常、安全、可靠的工作；
[0049]儲能電站總功率需求實(shí)時分配模塊:基于上述六大模塊中任一模塊計算出的或外部調(diào)度中心直接下發(fā)的電池儲能電站總功率需求，并根據(jù)采集的當(dāng)前各儲能機(jī)組的狀態(tài)信息(如電池運(yùn)行狀況，當(dāng)前儲能總?cè)萘?，?dāng)前儲能系統(tǒng)最大充放電能力，電池電壓，SOH及溫度等)，實(shí)時計算出各儲能子站功率命令值，在保證電池儲能電站總功率需求的同時，并防止電池的過充電或過放電；和
[0050]數(shù)據(jù)處理模塊:用于讀取通過中央實(shí)時通訊模塊傳遞的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳至平滑風(fēng)光功率出力模塊、跟蹤計劃發(fā)電模塊、參與系統(tǒng)調(diào)頻模塊、削峰填谷模塊、安全穩(wěn)定控制模塊或儲能電站總功率需求實(shí)時分配模塊中進(jìn)行計算，然后將計算的結(jié)果傳至中央實(shí)時通訊模塊進(jìn)行實(shí)時通信，還傳至中央存儲模塊中進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理。
[0051]1C)中央存儲模塊，用于對電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)和各儲能子站進(jìn)行存儲與管理。存儲電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)和各儲能子站的功率命令值，并且將上述數(shù)據(jù)和功率命令值賦值給相應(yīng)接口變量，以供本地監(jiān)控模塊和外部調(diào)度中心調(diào)用。
[0052]1D)中央通訊模塊，包括中央實(shí)時通訊模塊和中央非實(shí)時通訊模塊，所述中央實(shí)時通訊模塊通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)分別完成與本地監(jiān)控模塊和外部調(diào)度中心的實(shí)時通信功能；所述中央非實(shí)時通訊模塊通過非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)分別完成與本地監(jiān)控模塊和外部調(diào)度中心的非實(shí)時通信功能。
[0053]( 二)本地監(jiān)控模塊
[0054]每個本地監(jiān)控模塊分別用于監(jiān)控一個相對應(yīng)的儲能子站，該模塊用于計算相應(yīng)儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值、并實(shí)時下發(fā)給各儲能機(jī)組，以及將各儲能機(jī)組的功率命令值上傳至中央監(jiān)控模塊進(jìn)行存儲；此外，該模塊通過本地實(shí)時通訊模塊與所管轄儲能子站中各儲能機(jī)組進(jìn)行實(shí)時通信，實(shí)現(xiàn)本地采集數(shù)據(jù)的處理，就地監(jiān)測，本地各儲能變流器間功率分配，儲能設(shè)備的本地自診斷與保護(hù)等功能。該本地監(jiān)控模塊進(jìn)一步包括:
[0055]2A)本地系統(tǒng)支撐模塊，用于讀取電池儲能電站中相應(yīng)儲能子站的功率命令值以及該儲能子站中所有儲能機(jī)組的實(shí)時、非實(shí)時數(shù)據(jù)，并發(fā)至本地存儲模塊；該本地系統(tǒng)支撐模塊進(jìn)一步包括:
[0056]本地采集模塊:用于讀取儲能機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)；
[0057]本地對時模塊:用于通過硬件時間戳來提供定時和頻率準(zhǔn)確度；和
[0058]本地接口單元:用于提供該本地監(jiān)控模塊所管轄的儲能子站中各儲能機(jī)組所需的各種接口變量，此外，還包括基本應(yīng)用軟件包、用戶程序和工具組等。
[0059]2B)本地能量管理模塊，用于計算該本地監(jiān)控模塊所管轄的儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值，并將功率命令值下發(fā)給相應(yīng)的儲能機(jī)組；以實(shí)現(xiàn)對儲能子站中各儲能機(jī)組的能量管理、儲能子站的診斷以及保護(hù)控制等功能。
[0060]2C)本地存儲模塊，用于臨時存儲儲能子站的功率命令值以及該儲能子站中所有儲能機(jī)組的功率命令值、實(shí)時數(shù)據(jù)、非實(shí)時數(shù)據(jù)；在監(jiān)控過程中，將臨時存儲于該本地存儲模塊中的所有儲能機(jī)組的功率命令值和實(shí)時數(shù)據(jù)通過本地實(shí)時通訊模塊傳至中央監(jiān)控模塊的中央實(shí)時通訊模塊，以及將所有儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)通過本地非實(shí)時通訊模塊上傳至中央非實(shí)時通訊，并通過中央存儲模塊中進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理；當(dāng)外部調(diào)度中心需要調(diào)取時，可通過中央實(shí)時通訊模塊傳輸各儲能機(jī)組的功率命令值和實(shí)時數(shù)據(jù)且通過中央非實(shí)時通訊模塊傳輸各儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)。
[0061]2D)本地通訊模塊，包括本地實(shí)時通訊模塊和本地非實(shí)時通訊模塊。其中，本地實(shí)時通訊模塊通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)完成與中央監(jiān)控模塊以及本地監(jiān)控模塊所管轄的儲能子站中各儲能機(jī)組間的實(shí)時通信功能；而本地非實(shí)時通訊模塊通過非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)完成與中央監(jiān)控模塊以及本地監(jiān)控模塊所管轄的儲能子站中各儲能機(jī)組間的非實(shí)時通信功能。
[0062]如圖2所示，本例中所述兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控方法，包括如下步驟:
[0063]步驟A、通過中央監(jiān)控模塊中的中央實(shí)時、非實(shí)時通訊模塊讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過中央監(jiān)控模塊中的中央存儲模塊對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理；
[0064]步驟B、基于中央監(jiān)控模塊中的中央能量管理模塊實(shí)時確定電池儲能電站總功率需求；
[0065]步驟C、基于中央能量管理模塊實(shí)時確定電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值，并通過中央實(shí)時通訊模塊將各儲能子站的功率命令值實(shí)時下發(fā)至各本地監(jiān)控模塊；
[0066]步驟D、基于本地監(jiān)控模塊中的本地能量管理模塊計算出該本地監(jiān)控模塊所管轄儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值，并基于本地實(shí)時通訊模塊實(shí)時下發(fā)給各儲能機(jī)組；同時該模塊中計算所管轄儲能子站的當(dāng)前可控狀態(tài)、荷電狀態(tài)等；
[0067]步驟E、將各儲能機(jī)組的實(shí)時、非實(shí)時數(shù)據(jù)和步驟D計算出的各儲能機(jī)組的功率命令值、所管轄儲能子站的當(dāng)前可控狀態(tài)、荷電狀態(tài)等臨時存儲于本地監(jiān)控模塊中的本地存儲模塊中，然后通過本地實(shí)時通訊模塊將各儲能機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)和功率命令值上傳至中央實(shí)時通訊模塊、通過本地非實(shí)時通訊模塊將各儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)上傳至中央非實(shí)時通訊模塊，并在中央存儲模塊進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理。
[0068]當(dāng)外部調(diào)度中心需要調(diào)取數(shù)據(jù)時，可基于通信協(xié)議，將儲能電站的相應(yīng)信息通過中央實(shí)時、非實(shí)時通訊模塊上傳至外部調(diào)度中心。
[0069]上述各步驟之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，可以采用如下通信方式:
[0070]I)步驟C的中央實(shí)時通訊模塊與步驟D所述的本地實(shí)時通訊模塊間可通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)，基于EPA (Ethernet for Plant Automation)或PR0FINET實(shí)時以太網(wǎng)通信規(guī)約進(jìn)行實(shí)時通信；
[0071]2)步驟D的本地實(shí)時通訊模塊與各儲能機(jī)組的實(shí)時通訊模塊間通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)，基于EPA (Ethernet for Plant Automation)或PR0FINET實(shí)時以太網(wǎng)通信規(guī)約進(jìn)行實(shí)時通信；
[0072]3)步驟E的中央非實(shí)時通訊模塊與本地非實(shí)時通訊模塊間通過監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)，基于IEC104通信規(guī)約進(jìn)行非實(shí)時通信；
[0073]4)當(dāng)外部調(diào)度中心(例如，如圖2中所示的風(fēng)光儲聯(lián)合調(diào)度中心和華北網(wǎng)調(diào)調(diào)度中心)需要從中央監(jiān)控模塊中調(diào)取數(shù)據(jù)時，通過中央通訊模塊與外部調(diào)度中心采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)，基于IEC104通信規(guī)約進(jìn)行實(shí)時通信。[0074]在步驟A中，中央存儲模塊用于存儲電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行管理，即:將電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)按事先設(shè)定的協(xié)議賦值給相關(guān)接口變量，以供本地監(jiān)控模塊以及外部調(diào)度中心進(jìn)行調(diào)用。
[0075]所述電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)包括通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的實(shí)時數(shù)據(jù)和通過監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的非實(shí)時數(shù)據(jù)；所述實(shí)時數(shù)據(jù)包括儲能電站監(jiān)控界面上的設(shè)定數(shù)據(jù)、上層調(diào)度數(shù)據(jù)、風(fēng)光發(fā)電數(shù)據(jù)和所有儲能機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)，所述非實(shí)時數(shù)據(jù)包括所有儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)，其中:
[0076]儲能電站監(jiān)控界面上的設(shè)定數(shù)據(jù)包括濾波時間常數(shù)、風(fēng)光發(fā)電波動率指標(biāo)值、儲能電站應(yīng)用模式設(shè)定值(例如可設(shè)定為，1:平滑風(fēng)光功率出力的應(yīng)用模式，2:跟蹤發(fā)電計劃的應(yīng)用模式；3:參與系統(tǒng)調(diào)頻的應(yīng)用模式、4:削峰填谷的應(yīng)用模式、5:安全穩(wěn)定控制的應(yīng)用模式)等。
[0077]上層調(diào)度數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):跟蹤計劃發(fā)電曲線值、系統(tǒng)負(fù)荷曲線值(即為系統(tǒng)總負(fù)荷)、削峰填谷曲線值、系統(tǒng)調(diào)頻功率命令值、電池儲能電站總功率需求、電池儲能電站負(fù)荷值和風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電總功率值等；
[0078]風(fēng)光發(fā)電數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):風(fēng)光發(fā)電平滑目標(biāo)值、風(fēng)光發(fā)電波動率值、風(fēng)光發(fā)電總功率值、風(fēng)光發(fā)電計劃值；風(fēng)力發(fā)電廠中各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率、各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)、風(fēng)力發(fā)電總功率值、風(fēng)力發(fā)電額定功率、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測功率等以及光伏發(fā)電廠中各光伏發(fā)電機(jī)組有功功率、各光伏發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)、光伏發(fā)電總功率值、光伏發(fā)電額定功率、光伏發(fā)電預(yù)測功率等；
[0079]儲能機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):儲能機(jī)組的額定功率、實(shí)際功率值、狀態(tài)信息(如:可控狀態(tài)、工作狀態(tài)、告警狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)、整定狀態(tài)等)、工作模式、可用充電容量、可用放電容 量、最大允許充電功率、最大允許放電功率、荷電狀態(tài)值、放電狀態(tài)值、健康狀態(tài)值和電池儲能電站實(shí)際總功率值(等于所有儲能機(jī)組實(shí)際功率值的總和)等;
[0080]儲能機(jī)組的非實(shí)時數(shù)據(jù)包括下述任一至全部數(shù)據(jù):儲能機(jī)組中各電池單體的電壓信息、溫度信息和非實(shí)時狀態(tài)信息等。
[0081]在步驟B中，電池儲能電站總功率需求命令值可通過如下任一方法獲得:
[0082]BI)通過下式計算當(dāng)前平滑風(fēng)光發(fā)電出力波動所需的電池儲能電站總功率需求:
[0083]
【權(quán)利要求】
1.一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)控系統(tǒng)包括: 中央監(jiān)控模塊，用于確定電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值，并下發(fā)給各本地監(jiān)控模塊； 本地監(jiān)控模塊，用于計算該模塊所管轄的儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值，并下發(fā)給各儲能機(jī)組，以及將各儲能機(jī)組的功率命令值上傳至中央監(jiān)控模塊進(jìn)行存儲； 所述中央監(jiān)控模塊與本地監(jiān)控模塊之間采用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述中央監(jiān)控模塊包括: 中央系統(tǒng)支撐模塊，用于讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至中央存儲模塊； 中央能量管理模塊，用于根據(jù)具體應(yīng)用實(shí)時計算電池儲能電站總功率需求，從而進(jìn)一步確定該電站中各儲能子站的功率命令值，并發(fā)送至中央存儲模塊和中央實(shí)時通訊模塊；中央存儲模塊，用于存儲電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)和各儲能子站的功率命令值，并且將上述數(shù)據(jù)和功率命令值賦值給相應(yīng)接口變量，以供本地監(jiān)控模塊和外部調(diào)度中心調(diào)用；和 中央通訊模塊，包括中央實(shí)時通訊模塊和中央非實(shí)時通訊模塊，所述中央實(shí)時通訊模塊通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)分別與本地監(jiān)控模塊和外部調(diào)度中心進(jìn)行實(shí)時通信；所述中央非實(shí)時通訊模塊通過非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)與本地監(jiān)控模塊和外部調(diào)度中心進(jìn)行非實(shí)時通信。
3.如權(quán)利要求2所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述中央能量管理模塊包括: 平滑風(fēng)光功率出力模塊，用于實(shí)時計算出平滑風(fēng)光發(fā)電出力波動所需的電池儲能電站總功率需求； 跟蹤計劃發(fā)電模塊，用于實(shí)時計算處跟蹤計劃所需的電池儲能電站總功率需求； 參與系統(tǒng)調(diào)頻模塊，用于實(shí)時計算出調(diào)頻所需的電池儲能電站總功率需求； 削峰填谷模塊，用于實(shí)時計算出削峰填谷所需的電池儲能電站總功率需求； 安全穩(wěn)定控制模塊，用于實(shí)時計算出安全穩(wěn)定控制所需的電池儲能電站總功率需求；儲能電站總功率需求實(shí)時分配模塊，用于根據(jù)上述任一模塊所計算出的或外部調(diào)度中心直接下發(fā)的電池儲能電站總功率需求，實(shí)時計算儲能電站中各儲能子站的功率命令值；和 數(shù)據(jù)處理模塊，用于讀取通過中央實(shí)時通訊模塊傳遞的實(shí)時數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳至平滑風(fēng)光功率出力模塊、跟蹤計劃發(fā)電模塊、參與系統(tǒng)調(diào)頻模塊、削峰填谷模塊、安全穩(wěn)定控制模塊或儲能電站總功率需求實(shí)時分配模塊中進(jìn)行計算，然后將計算的結(jié)果傳至中央實(shí)時通訊模塊和中央存儲模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述本地監(jiān)控模塊包括: 本地系統(tǒng)支撐模塊，用于讀取電池儲能電站中相應(yīng)儲能子站的功率命令值以及該儲能子站中所有儲能機(jī)組的實(shí)時、非實(shí)時數(shù)據(jù)，并發(fā)至本地存儲模塊； 本地能量管理模塊，用于計算儲能子站中所有儲能機(jī)組的功率命令值，并將功率命令值下發(fā)給相應(yīng)的儲能機(jī)組； 本地存儲模塊，用于臨時存儲儲能子站的功率命令值以及該儲能子站中所有儲能機(jī)組的功率命令值、實(shí)時數(shù)據(jù)、非實(shí)時數(shù)據(jù)；并且將臨時存儲于該模塊中的所有儲能機(jī)組的功率命令值和實(shí)時數(shù)據(jù)通過本地實(shí)時通訊模塊傳至中央監(jiān)控模塊中進(jìn)行存儲；和本地通訊模塊，包括本地實(shí)時通訊模塊和本地非實(shí)時通訊模塊，所述本地實(shí)時通訊模塊通過實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)分別與中央監(jiān)控模塊和所有儲能機(jī)組進(jìn)行實(shí)時通信，所述本地非實(shí)時通訊模塊通過非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)分別與中央監(jiān)控模塊和所有儲能機(jī)組進(jìn)行非實(shí)時通信。
5.一種兆瓦級電池儲能電站的監(jiān)控方法，其包括如下步驟: 步驟A、中央監(jiān)控模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)讀取電池儲能電站的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)和非實(shí)時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)并行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 步驟B、基于中央監(jiān)控模塊確定電池儲能電站總功率需求； 步驟C、基于中央監(jiān)控模塊確定電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值，并下發(fā)給各本地監(jiān)控模塊； 步驟D、基于本地監(jiān)控模塊計算出該模塊所管轄儲能子站中各儲能機(jī)組的功率命令值，并下發(fā)給各儲能機(jī)組； 步驟E、將臨時存儲于本地監(jiān)控模塊中各儲能機(jī)組的功率命令值、實(shí)時數(shù)據(jù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳至中央監(jiān)控模塊進(jìn)行存儲和管理。
6.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)控方法，其特征在于，在步驟B中，通過如下任一方法確定所述電池儲能電站總功率需求: BI)實(shí)時讀取風(fēng)光發(fā)電平滑目標(biāo)值和風(fēng)光發(fā)電總功率值，前者減去后者的差值即為當(dāng)前平滑風(fēng)光發(fā)電出力波動所需的電池儲能電站總功率需求； B2)實(shí)時讀取各時刻的風(fēng)光發(fā)電計劃值，并確定當(dāng)前風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電總功率值，從風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電總功率值中減去風(fēng)力發(fā)電總功率值和光伏發(fā)電總功率值，所得值再進(jìn)行判斷和再修正，得到當(dāng)前跟蹤計劃所需的電池儲能電站總功率需求； B3)讀取參與系統(tǒng)調(diào)頻功率命令值，根據(jù)的符號判斷其是否滿足最大允許放電功率約束條件或最大允許充電功率約束條件；如果違反了約束條件，則將電池儲能電站的最大允許放電功率或最大允許充電功率作為調(diào)頻所需的電池儲能電站總功率需求；否貝U，將
7.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)控方法，其特征在于， 在步驟BI中，通過下式求取平滑風(fēng)光發(fā)電出力波動所需的電池儲能電站總功率需求:

8.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)控方法，其特征在于，在步驟C中，實(shí)時確定所述電池儲能電站中各儲能子站的功率命令值的具體方法包括: 當(dāng)電池儲能電站總功率需求為正值時，各儲能子站的功率命令值P^si為:

9.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)控方法，其特征在于，在步驟D中，計算儲能子站中所有儲能機(jī)組的功率命令值的具體方法包括:根據(jù)儲能子站的功率命令值符號，選擇通過最大允許放電功率或最大允許充電功率來計算各儲能機(jī)組的決策變量，進(jìn)而求取各儲能機(jī)組的功率命令值；并且判斷各儲能機(jī)組是否滿足最大允許放電功率約束條件或最大允許充電功率約束條件，如果有違反相應(yīng)約束條件的儲能機(jī)組，則通過最大允許放電功率或最大允許充電功率重新計算該儲能機(jī)組的功率命令值；否則，結(jié)束判斷。
10.如權(quán)利要求9所述的監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟D的具體方法包括: 步驟Dl、當(dāng)儲能子站i的功率命令值P為正值時，計算該儲能子站中各儲能機(jī)組功率命令值的方法包括: Dll)通過遺傳算法計算出各儲能機(jī)組的決策變量Xi:


D12)通過下式計算各儲能機(jī)組i的功率命令值Pi:
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于， 所述步驟Dll中計算各儲能機(jī)組的決策變量Xi的方法包括: (Ila)確定群體中的個體個數(shù)N，每個個體中的基因個數(shù)為儲能機(jī)組個數(shù)L，對每個個體進(jìn)行二進(jìn)制編碼，隨機(jī)生成N個個體作為初始群體，得到各個體中基因串的O、I組合方式，并令進(jìn)化代數(shù)計數(shù)器值G = O; (Ilb)判斷進(jìn)化代數(shù)計數(shù)器值G是否小于等于最大進(jìn)化代數(shù)計數(shù)器值Gmax，且每個個體是否滿足下式的約束條件:如果上述兩個判斷條件均滿足，則執(zhí)行步驟Ilc ;否則，跳轉(zhuǎn)至步驟Ilf ；

【文檔編號】H02J3/32GK103560532SQ201210091324
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】李相俊, 惠東, 來小康, 賈學(xué)翠, 王立業(yè), 郭光朝, 王平, 梁廷婷, 張亮 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲示范電站有限公司