一种电力系统储能保持方法及电力系统与流程

1.本发明涉及电力储能领域，尤其涉及一种电力系统储能保持方法及电力系统。


背景技术：

2.电化学储能是指将电能转换成化学能等其它形式的能量并储存起来，在需要时再转换成电能释放出来。电化学储能系统可应用于电力系统的发电、输电、配电及用电多个环节，可为电力系统的高效稳定运行起到重要的作用。储能技术在在发电侧在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，有效调节新能源发电引起的电网电压、频率的变化，使新能源发电灵活友好的接入电网。在电网侧可提供辅助服务，能够调峰调频、提高供电可靠性、改善电能质量、提高电网运行效率和资产利用率等。在用户侧，可用于削峰平谷，节省电费；可作为备用电源，提高供电可靠性，防止断电影响设备运转；可用于离网电源等。
3.储能电池由于自身的衰减特性，其能量是随着使用而降低的。但电化学储能应用于电力系统时，在运行年限内其并网能量是需要不低于规划设计时的并网能量。但是，现有的电力系统普遍在初始运行就进行补充过多的储能电池，导致储能电池的储存能量平白损耗，严重浪费了电力资源，加大了电力系统的运行成本。
4.举例来说，为了保持运行年限内电化学储能能量不低于规划设计时的并网能量，储能电池会考虑超额配置。比如储能系统使用寿命为10年，而储能电池自身10年后容量衰减为80％，为了保证全寿命周期内，储能系统能量满足要求，储能电池在设计之初会考虑25％的超配。由于初始就考虑储能电池超额配置，会导致储能系统的造价偏高，同时超配的电池是为了远期的衰减来服务的，而随着储能电池大规模的应用，其成本是在逐年降低的，所以从全寿命周期来看，一开始就利用全寿命内的超配来解决电池的容量衰减是不经济的。


技术实现要素：

5.本发明实施例提一种电力系统储能保持方法及电力系统，采用增补储能电池方案来保证储能设计并网能量要求，进而避免了过早补充储能电池导致的能量损耗和运行成本的增加。
6.为实现上述目的，本技术实施例的第一方面提供了一种电力系统储能保持方法，所述方法包括：
7.根据电力系统的并网能量要求和储能电池的能量衰减系数，得到初始储能电池能量值和增补储能电池能量值，并制定储能电池增补计划；
8.根据所述增补储能电池能量值，将多个由储能电池串联而成的初始电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中；
9.根据所述增补储能电池能量值，在所述储能电池增补计划的增补时间范围内，将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中。
10.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述储能电池增补计划包括至少一个增补
时间范围，每个增补时间范围对应不同数量的补充电池簇单元。
11.在第一方面的一种可能的实现方式中，在所述储能电池增补计划中，在每个增补时间范围进行一次补充电池簇单元增补后，需保证衰减后的初始电池簇单元与补充电池簇单元的储能之和大于所述并网能量要求，且每个增补时间范围都落入所述电力系统的全寿命周期内。
12.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述补充电池簇单元的数量由增补储能电池能量值和电池簇单元额定能量的比值决定。
13.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述补充电池簇单元设置在一个柜体内或集装箱内。
14.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中，具体包括：
15.将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元通过双向dc/dc转换器接入所述电力系统储能变流器电路的直流侧。
16.所述将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中，具体包括：
17.将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元依次通过双向dc/dc转换器、h桥模块接入所述电力系统储能变流器电路的交流侧。
18.本技术实施例的第二方面提供了一种应用上述电力系统储能保持方法的电力系统，包括：所述电力系统的电力系统储能变流器电路的直流侧连接有补充电池簇单元安装模块，所述补充电池簇单元安装模块用于安置增补电池簇单元。
19.本技术实施例的第三方面提供了一种应用上述电力系统储能保持方法的电力系统，所述电力系统的电力系统储能变流器电路的交流侧连接有补充电池簇单元安装模块，所述补充电池簇单元安装模块用于安置增补电池簇单元。
20.相比于现有技术，本发明实施例提供的一种电力系统储能保持方法及电力系统，一开始就根据电力系统的并网能量要求和储能电池的能量衰减系数制定储能电池增补计划，不在电力系统初始运行时就超额配置过多储能电池，而是在运行一段时间后，在增补时间范围内进行储能电池的补充，由此避免了过早引补充电池簇单元导致补充电池簇单元的能量衰减。由于补充电池簇单元是在运行一段时间后再接入电力系统中，接入时电池簇单元的能量是没有任何衰减的，此时能以更少的补充电池簇单元满足并网能量要求，节约了电力系统运行成本。
21.此外，增补储能电池以电池簇为单元通过双向dc/dc转换器接入储能变流器电路直流侧，或以电池簇为单元通过双向dc/dc转换器、h桥模块接入h桥链式拓扑结构储能变流器电路交流侧，避免了新旧储能电池的直接并联，减少相互间不一致性差异影响。
附图说明
22.图1是本发明一实施例提供的一种电力系统储能保持方法的流程示意图；
23.图2是本发明一实施例提供的一种补充电池簇单元与储能变流器电路直流侧的连接结构图；
24.图3是本发明一实施例提供的一种补充电池簇单元与储能变流器电路交流侧的连
接结构图。
具体实施方式
25.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参见图1，本发明一实施例提供了一种电力系统储能保持方法，所述方法包括：
27.s10、根据电力系统的并网能量要求和储能电池的能量衰减系数，得到初始储能电池能量值和增补储能电池能量值，并制定储能电池增补计划。
28.s11、根据所述增补储能电池能量值，将多个由储能电池串联而成的初始电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器(pcs)电路中。
29.s12、根据所述增补储能电池能量值，在所述储能电池增补计划的增补时间范围内，将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中。
30.储能系统并网投运后，根据调度、运行要求，投运系统的pcs容量一般不再更改，所以采用增补方案，不考虑通过增加pcs数量及其相连接的储能电池来达到维持系统能量的要求。
31.一般而言，电力系统对储能电池要求能量是en，初始能量是e0，则需满足e0≥en；
32.若采用初始超额配置的方案，第i年后的储能电池能量为ei：
33.ei＝e0*λi；
34.λi为第i年后的能量衰减系数(0《λi《1，λ
i 1
《λi，i＝1，2，3，
…
，n)，n为全寿命周期；
35.为了保证储能系统的并网能量满足要求，ei≥en；则e0≥en/λn。
36.若不在初始时就超额配置过多储能电池来满足全寿命周期的电池能量要求，而采用中间增补储能电池的方案来满足全寿命周期的电池能量要求。
37.若考虑m年后增补储能电池来保证全寿命周期能量要求，相当于第m 1年年初增补储能电池能量为e
cm
，则：
38.em＝e0*λm；
39.en＝e0*λn e
cm
*λ
n-m
；
40.式中，1《m《n，且m的选择会考虑设备的检修维护周期，一般m≥3；
41.根据em≥en，则初始储能电池能量需满足e0≥en/λm。
42.根据en≥en，则第m年后需增补储能电池能量为e
cm
≥(e
n-e0*λn)/λ
n-m
。
43.示例性地，所述储能电池增补计划包括至少一个增补时间范围，每个增补时间范围对应不同数量的补充电池簇单元。
44.示例性地，在所述储能电池增补计划中，在每个增补时间范围进行一次补充电池簇单元增补后，需保证衰减后的初始电池簇单元与补充电池簇单元的储能之和大于所述并网能量要求，且每个增补时间范围都落入所述电力系统的全寿命周期内。
45.如果存在多次增补储能电池的情况，in为总的增补次数，在第k次、mk年后增补储能电池能量为需满足如下约束公式：
[0046][0047][0048][0049]min 1
＝n；
[0050]
为第j次、mj年后增补储能电池能量；
[0051]
需要说明的是，m
in 1
＝n不是指在寿名周期的前一年做增补。因为in为总的增补次数，往后不再有增补。那么明确的，第k次、mk年在k＝1，2，3，
…
，in是有名明确的含义和数值对应的。第in 1次、m
in 1
是没有严格对应的含义的。
[0052]
但最后一次增补后即第in次、m
in
年增补后，在寿命周期末储能电池能量约束依然需满足不小于en，即
[0053][0054]
其应为公式对应的k为in时的约束。相应的m
in 1
＝n、
[0055]
在实际应用中，可以根据上述约束公式以及储能电池的成组方案可以得出初始能量e0以及第k次、mk年后增补储能电池能量为
[0056]
由于增补方案相当于出现了分阶段投资，为了评估增补方案的经济性，采用年费用进行经济分析：
[0057][0058]
ac为投产年的年费用；c0为初始投资成本；cj为第第j次、mj年后增补储能电池投资成本；r0为基准收益率；n为全寿命周期。
[0059]
示例性地，所述补充电池簇单元的数量由增补储能电池能量值和电池簇单元额定能量的比值决定。
[0060]
电池簇中串联的电池个数m
cn
根据dc/dc直流侧电压u
dcn
、电池电压u
cn
综合确定：
[0061]mcn
≥u
dcn
/u
cn
；
[0062]
则电池簇的额定能量为：e
bcn
＝m
cn
*u
cn
*c
bcn
；
[0063]ebcn
为电池簇额定能量；c
bcn
为电池额定容量；e
bcn
、c
bcn
的含义及单位有一定差异。对于电池来说，额定容量c
bcn
一般指的ah。对于电池成簇后，电池簇的额定能量e
bcn
一般指的wh或者kwh，wh＝v*ah。所以上述公式中电池簇的额定能量＝电池个数*电池电压*电池额定容量。
[0064]
所需的电池簇个数m
bcn
根据增补储能电池能量电池簇的额定能量为e
bcn
综合确定：
[0065]
[0066]
为第k次、mk年后增补储能电池能量。
[0067]
示例性地，所述补充电池簇单元设置在一个柜体内或集装箱内。
[0068]
增补的储能电池以电池簇为单元模块设置在一个柜体内或集装内，扩展相对灵活，而且相关工作人员进行施工时也很便捷。
[0069]
示例性地，所述将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中，具体包括：
[0070]
将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元通过双向dc/dc转换器接入所述电力系统储能变流器电路的直流侧。
[0071]
请参见图2，为了防止新、旧储能电池的不一致性差异影响储能系统的电力波动，增补的储能电池以电池簇为单元通过双向dc/dc转换器接入pcs直流侧。
[0072]
所述将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元接入所述电力系统的储能变流器电路中，具体包括：
[0073]
将多个由储能电池串联而成的补充电池簇单元依次通过双向dc/dc转换器、h桥模块接入所述电力系统储能变流器电路的交流侧。
[0074]
请参见图3，若储能系统采用的h桥链式拓扑结构，为了防止新、旧储能电池的不一致性差异影响储能系统的电力波动，增补储能电池以电池簇为单元通过双向dc/dc转换器、h桥模块接入pcs交流侧。
[0075]
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种电力系统储能保持方法及电力系统，一开始就根据电力系统的并网能量要求和储能电池的能量衰减系数制定储能电池增补计划，不在电力系统初始运行时就超额配置过多储能电池，而是在运行一段时间后，在增补时间范围内进行储能电池的补充，由此避免了过早引补充电池簇单元导致补充电池簇单元的能量衰减。由于补充电池簇单元是在运行一段时间后再接入电力系统中，接入时电池簇单元的能量是没有任何衰减的，此时能以更少的补充电池簇单元满足并网能量要求，节约了电力系统运行成本。
[0076]
此外，增补储能电池以电池簇为单元通过双向dc/dc转换器接入储能变流器电路直流侧，或以电池簇为单元通过双向dc/dc转换器、h桥模块接入h桥链式拓扑结构储能变流器电路交流侧，避免了新旧储能电池的直接并联，减少相互间不一致性差异影响。
[0077]
本技术一实施例提供了一种应用上述电力系统储能保持方法的电力系统，包括：所述电力系统的电力系统储能变流器电路的直流侧连接有补充电池簇单元安装模块，所述补充电池簇单元安装模块用于安置增补电池簇单元。
[0078]
本技术一实施例提供了一种应用上述电力系统储能保持方法的电力系统，所述电力系统的电力系统储能变流器电路的交流侧连接有补充电池簇单元安装模块，所述补充电池簇单元安装模块用于安置增补电池簇单元。
[0079]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。