一种应用于微电网的网络式储能系统及其运行控制方法

摘要

本发明公开一种应用于微电网的网络式储能系统，包括网络式储能管控平台、集中式储能装置和多于2个分布式储能装置，所述集中式储能装置连接在用户进线高压母线处，所述分布式储能装置连接在用电负荷低压母线处；所述网络式储能管控平台包括数据监测模块和实时分析模块，所述实时分析模块与所述数据监测模块连接，当高压母线出现超出规定的电能质量参数波动后，下达整个系统的动作指令；当用户进线侧低压母线出现超出规定的电能质量参数波动后，下达针对分布式储能的动作指令。本发明适用的微电网形式包括新能源微电网、主动式配电网和一般配电网等形式，对电力波动平抑处理更加合理有效。

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络式储能系统及其储能方法，更具体的涉及一种应用于微电网的网络式储能系统及其运行控制方法。

背景技术

储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）三大类。根据各种储能技术的特点，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等；而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。但是，目前的新能源电网融合的电能种类多样，电能波动大，容易引起电能不稳定，存在安全隐患。

发明内容

发明目的： 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种避免电能质量参数波动，降低安全隐患的应用于微电网的网络式储能系统。

同时，本发明还提供一种解决上述问题的一种应用于微电网的网络式储能运行控制方法。

技术方案： 本发明所述一种应用于微电网的网络式储能系统，包括网络式储能管控平台、集中式储能装置和多于2个分布式储能装置，所述分布式储能装置连接在用电负荷低压母线处；所述集中式储能装置连接在用户进线高压母线处；

所述网络式储能管控平台用于调控电能质量参数波动，包括数据监测模块和实时分析模块，所述数据监测模块通过通讯接口与所述用户进线高压母线连接，同时与所述集中式储能装置和所述分布式储能装置连接；所述实时分析模块与所述数据监测模块连接，当高压母线出现超出规定的电能质量参数波动后，下达整个系统的动作指令；当用户进线侧低压母线出现超出规定的电能质量参数波动后，下达针对分布式储能的动作指令。

本发明技术方案的进一步限定为，还包括微网能量管控平台，所述微网能量管控平台与所述网络式储能管控平台连接，同时与所述用户进线高压母线连接，接收所述网络式储能管控平台的数据，并发送指令至所述网络式储能管控平台。

进一步地，所述集中式储能装置及分布式储能装置分别包括：铅酸电池、钠硫电池、液流电池、铅炭电池、锂系电池、镍系电池、抽水蓄能装置、飞轮储能装置、压缩空气储能装置、超导储能装置、超级电容。

进一步地，所述电能质量参数波动包括：频率偏差，电压偏差，电压波动与闪变，三相不平衡，瞬时或暂态过电压，波形畸变，电压暂降、中断和暂升。

本发明提供的另一技术方案为：一种应用于微电网的网络式储能系统的运行控制方法，其特征在于，对于并网状态下产生的电能质量波动，通过分级平复的处理方式，将波动范围控制在最小范围内，具体处理方法为：

对于局部波动，首先利用就近分布式储能装置进行充放电操作平抑，如果未能完成平抑，则将信息反馈至网络式储能管控平台，网络式储能管控平台利用邻近的其他分布式储能装置进行波动平抑；如果波动平抑还未完成，则网络式储能管控平台继续通过集中式储能装置进行波动平抑；如果波动平抑还未完成，则所述网络式储能管控平台上传具体电能质量参数及波动信息反馈至微网能量管控平台；

对于干线波动，网络式储能管控平台下达指令至各分布式储能装置，要求将运营状态信息反馈至所述网络式储能管控平台；然后，先通过集中式储能装置平抑波动，如果波动未被平抑，再通过各分布式储能装置平抑波动；如果波动平抑还未完成，则所述网络式储能管控平台上传具体电能质量参数及波动信息反馈至微网能量管控平台。

本技术方案的进一步限定为，还包括对于离网状态下产生的电力波动的处理方式，具体为：微网能量管控平台下达指令至各分布式储能装置和集中式储能装置，要求将当前运行状态反馈至微网能量管控平台，微网能量管控平台将集中式储能装置定为离网模式下系统运行的尖峰电源或基准电源，承担调峰、调频、调压等微电网运行调节作用或提供独立微电网运行所需的电压、频率、相位等基准参数，网络式储能管控平台根据不同负荷重要等级和供电时间的要求，配合各分布式发电装置进行充放电的操作。

进一步地，其特征在于，所述网络式储能管控平台进行充放电操作采用的策略为：首先就近利用本地分布式储能装置进行充放电，如果未能满足负荷供电要求，再利用邻近分布式储能装置进行充放电，如果还未能满足负荷供电要求，再利用集中式储能装置进行充放电。

有益效果：本发明提供的一种应用于微电网的网络式储能系统及其运行控制方法，适用的微电网形式包括新能源微电网、主动式配电网和一般配电网等形式，其储能方式、设置位置具有多样性，采用集中式与分布式结合的储能方式，相互补充、支撑，将电能质量波动控制在最小范围内；本发明采用网络式管理模式，各分布式储能装置、集中式储能装置与网络式储能管控平台和微网能量管控平台之间形成联络和反馈，对电能质量波动平抑处理更加合理有效；本发明的网络式储能架构更加适应新能源发电大规模介入和离网运行情况，大力推动微电网应用实践，并且，网络式储能的方式将有助于本地调峰，结合峰谷电价政策。

附图说明

图1为本发明提供的应用于微电网的网络式储能系统的架构图；

图2为本发明提供的应用于微电网的网络式储能系统的运行控制方法在并网状态下的工作流程图；

图3为本发明提供的应用于微电网的网络式储能系统的运行控制方法在离网状态下的工作流程图；

图4为实施例1中办公大楼网络式储能系统架构图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：一种应用于微电网的网络式储能系统，应用于区域微电网，是区域微电网管控系统的一个子系统，其架构图如图1所示，包括网络式储能管控平台、集中式储能装置和多于2个分布式储能装置。

所述分布式储能装置连接在用电负荷电压母线处。分布式储能装置形式多样，可根据负荷具体情况或应用场景配备对应储能形式，包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池、铅炭电池、锂系电池、镍系电池、抽水蓄能装置、飞轮储能装置、压缩空气储能装置、超导储能装置、超级电容等，分布式储能装置的位置也可以根据负荷需要变动。

所述集中式储能装置连接在用户进线高压母线处，集中式储能装置也包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池、铅炭电池、锂系电池、镍系电池、抽水蓄能装置、飞轮储能装置、压缩空气储能装置、超导储能装置、超级电容等。

所述集中式储能及分布式储能装置的选择、搭配和优化组合，可根据所应用的微电网架构及实际负荷情况确定。

所述网络式储能管控平台用于调控电能质量参数波动，通过调控电能质量参数波动，保证微电网系统的稳定运行。包括数据监测模块和实时分析模块。所述数据监测模块通过通讯接口与所述用户进线高压母线连接，同时与所述集中式储能装置和所述分布式储能装置连接，监测高压母线及各储能装置的运行状态。所述实时分析模块与所述数据监测模块连接，分析存储数据，当当高压母线出现超出规定的电能质量波动后，下达整个系统的动作指令；当用户进线侧低压母线出现超出规定的电能质量波动后，下达针对分布式储能的动作指令。另外，所述网络式储能管控平台还包括本地数据存储模块，将上述监测到的运行数据存储在本地。所述电能质量参数波动包括：频率偏差，电压偏差，电压波动与闪变，三相不平衡，瞬时或暂态过电压，波形畸变，电压暂降、中断和暂升。

而且本系统还包括微网能量管控平台，所述微网能量管控平台与所述网络式储能管控平台连接，同时与所述用户进线高压母线连接，接收所述网络式储能管控平台的数据，并发送指令至所述网络式储能管控平台。

本实施例提供的一种应用于微电网的网络式储能系统的运行控制方法，整个过程中，网络式储能管控平台接收上级微网管控平台指令，并实时反馈波动处理信息及结果，其工作状态分为并网状态和离网状态。

对于并网状态下产生的电能质量波动，通过分级平复的处理方式，将波动范围控制在最小范围内，具体处理方法的流程图如图2所示：

对于局部波动，首先利用就近分布式储能装置进行充放电操作平抑，如果未能完成平抑，则将信息反馈至网络式储能管控平台，则网络式储能管控平台利用邻近的其他分布式储能装置进行波动平抑；如果波动平抑还未完成，则网络式储能管控平台继续通过集中式储能装置进行波动平抑；如果波动平抑还未完成，则所述网络式储能管控平台上传具体电能质量参数及波动信息反馈至微网能量管控平台。

分布式储能装置有其自身的一套管理系统，通过通信接口可将其状态信息反馈至网络式储能管控平台；波动平抑旨在通过储能系统充放电操作，存储或释放电能，从而达到平抑目的，这里主要的判据是电能质量参数，电力公司对电能质量有明确的规定，且不同负荷电能质量要求也有差异，需要基于不同负荷、不同场景的电能质量要求进行不同参数设定。

用户侧冲击性负荷或连续性重要负荷动作，产生局部电能质量波动，分布式储能系统自身监控系统启动，根据储能状态和电能质量参数进行充放电动作。若通过充放电操作有效控制波动，则就地平抑；若无法达到电能质量要求，则通过通讯系统向网络式储能管控平台发出信号，管控平台首先分析附近其他分布式储能状态，利用邻近分布式储能系统进行波动平抑；若邻近储能系统仍无法实现目标，反馈至网络式储能管控平台，继续通过集中式储能系统进行平抑，如果产生的波动仍然无法平抑，则将具体电能质量参数及波动信息反馈至上级管控平台。

对于干线波动，下达指令至各分布式储能装置，要求将运营状态信息反馈至所述网络式储能管控平台；然后，先通过集中式储能装置平抑波动，如果波动未被平抑，再通过各分布式储能装置平抑波动；如果波动平抑还未完成，则所述网络式储能管控平台上传具体电能质量参数及波动信息反馈至微网能量管控平台。

当新能源分布式发电接入，尤其是接入容量较大情况，干线会相应产生较大波动。网络式储能管控平台基于对高压母线电能质量监测及接收上级管控平台指令，分析各分布式储能状态，首先通过集中式储能系统平复波动，若无法达到目标要求，则通过各分布式储能系统再次平复波动，若仍然无法达到目标要求，则将具体电能质量参数及波动信息反馈至上级管控平台。

对于离网状态，网络式储能系统承担平抑波动及作为发电电源配合分布式发电设备持续系统供电的任务。对于离网状态下产生的电能质量波动的处理方式的流程图如图3所示，具体为：通过母线监测或接收上级指令，确认系统处于离网状态，各分布式及集中式储能系统反馈各自状态信息，网络式储能平台下达指令至各分布式储能装置和集中式储能装置，要求将当前运行状态反馈至微网能量管控平台，微网能量管控平台将集中式储能装置定为离网模式下系统运行的尖峰电源或基准电源，承担调峰、调频、调压等微电网运行调节作用或提供独立微电网运行所需的电压、频率、相位等基准参数，网络式储能管控平台根据不同负荷重要等级和供电时间的要求，配合各分布式发电装置进行充放电的操作。所述网络式储能管控平台进行充放电操作采用的策略为：首先就近利用本地分布式储能装置进行充放电，如果未能满足负荷供电要求，再利用邻近分布式储能装置进行充放电，如果还未能满足负荷供电要求，再利用集中式储能装置进行充放电。充放电的处理结果反馈至微网能量管控平台。

本实施例以一栋办公大楼为例，其负荷主要包括：数据中心、电梯、消防设备、安防设备及一般负荷。大楼供电电源由市电和新能源发电提供，新能源发电包括光伏发电和天然气分布式发电。

对于数据中心，属于一级负荷中特别重要负荷，需满足不间断供电要求，配置铅炭电池储能系统；电梯属于冲击性负荷，属于一级负荷，消防电梯更是要在火灾时保持供电，配置超级电容储能系统；安防设备及应急照明，属于一级负荷，且需低压直流供电，满足不间断供电要求，其容量一般不大，配置锂电池储能系统。

在大楼10KV高压配电室内，配置铅炭电池作为集中式储能系统，网络式储能管控设备可布置在大楼消防控制室内。

综合上述分析，办公大楼网络式储能系统架构图如图4所示。

对于局部波动：

以电梯启动为例：电梯启动过程产生较高的冲击电流，低压交流母线出现电压波动，配置在该交流母线上的超级电容系统监测到波动后，向网络式储能管控平台报告电能参数信息并根据当前运行状态发出请求动作指令，得到管控平台动作指令后，超级电容动作，平复电压波动，将结果报告至网络式储能管控平台。

若电能参数未达到合理区间范围（电压波动偏差范围为标称电压-5%~+5%），则网络式储能管控平台向附近数据中心铅炭电池系统发出指令，令其报告当前运行状态，根据其SOC值判断可以动作后，发出动作指令，令铅炭电池动作，进行电压平复，将结果报告至网络式储能管控平台。

若电能参数仍未达到合理区间范围，则网络式储能管控平台发出命令，启动集中式储能系统进行波动平复，并将最终结果报告至网络式储能管控平台，网络式储能管控平台将此结果，无论是平复成功或失败，报告至微网能量管控平台。

对于干线波动：

以分布式光伏发电接入为例：当分布式光伏发电接入，10KV干线产生电压波动，网络式储能管控平台将监测到的高压母线电能参数报告至微网能量管控平台，在收到电压平复指令后，进行动作：

首先命令所有储能系统报告当前运行状态，启动集中式储能系统，进行波动平复，将结果报告至网络式储能管控平台。

若电能参数未达到合理区间要求（电网频率偏差范围为基准频率-0.2~+0.2Hz，三相电压偏差范围为标称电压-7%~+7%），则命令各分布式储能系统依次动作，进行波动平复，将结果报告至网络式储能管控平台。

若仍然无法达到目标要求，则将当前电能质量参数及波动信息反馈至微网能量管控平台。

对于离网状态：

以市电停电为例：当网络式储能系统检测到市电消失或接收微网能量管控平台指令，网络式储能系统进入离网运行模式。

首先，网络式储能管控平台下达指令至各储能系统报告当前运行状态，并反馈至微网能量管控平台，微网能量管控平台将集中式储能发电频率定位离网模式下系统运行基准频率。网络式储能管控平台根据微网能量管控平台指令，依据不同负荷重要性等级及供电时间要求，配合分布式发电系统进行动作：

分布式储能系统动作，保证有持续性供电要求的负荷不间断供电，并将预计可运行时间报告至网络式储能管控平台。对于分布式储能系统无法满足负荷供电要求时，网络式储能系统下达指令，集中式储能系统动作，并将结果报告至网络式储能管控平台，网络式储能管控平台将此结果反馈至微网能量管控平台。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。