[发明专利]一种面向分布式储能需求的储能集聚系统及其优化方法

权利要求书

1.一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于，包括：

优化调度服务器，用于实现多种时间尺度下的储能调度优化；

集中式储能电站，为大规模储能实体，根据用户实时储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，控制其控制的储能单元充放以满足用户需求；

分布式储能单元，主要是电动汽车车载蓄电池，也包含居民储能电池，作为后备储能资源，当集中式储能电站不足以满足用户需求时，分布式储能单元将提供额外储能空间；

智能能量管理模块，配置在用户侧及分布式储能单元侧，用于系统通信、信息收集以及与配电网的电能交互；

智能故障管理模块，分布在配电网的重要节点，用于紧急状况下的故障切除。

2.根据权利要求1所述的一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于：所述集中式储能电站包含有液流电池组、锂电池组、超级电容器阵列、DC-AC变换器、电池能量管理模块及储能双向变流接口控制器；其中，所述液流电池组为主要储能设备，锂电池组为次要储能设备；所述超级电容器阵列为调节储能单元，用于响应短期储能计划与用户实时储能需求的误差，并在主、次要储能设备突发故障导致容量下降时作为后备储能；所述电池能量管理模块负责收集站内储能设备的荷电状态、健康状态和可用容量信息，并发送到储能双向变流接口控制器及优化调度服务器；所述储能双向变流接口控制器分别与液流电池组、锂电池组及超级电容器阵列相连，负责调度各储能单元充放；所述优化调度服务器由具有信息采集与发送功能的通信模块、信息处理模块、运行优化算法的储能优化调度模块和历史数据库构成；所述通信模块与信息处理模块连接，提供所采集信息，所述信息处理模块与储能优化调度模块连接，向储能优化调度模块提供经处理后信息，所述储能优化调度模块与通信模块连接，传递储能调度策略，所述历史数据库分别与通信模块、信息处理模块和储能优化调度模块连接，用于储存历史数据；所述优化调度服务器通过以太网与各智能能量管理模块、各智能故障管理模块、储能双向变流接口控制器及电池管理模块进行通信；所述储能双向变流接口控制器分别与液流电池组、锂电池组、超级电容阵列三种储能设备直接连接，对它们进行能量调度；所述DC/AC变换器与储能双向变流接口控制器串联后接入配电网；所述电池管理模块通过局域网或有线信道分别与液流电池组、锂电池组和超级电容阵列相连，采集储能设备状态信息；所述智能能量管理模块与用户、分布式储能单元相连接后，再与配电网连接。

3.根据权利要求1所述的一种面向分布式储能需求的储能集聚系统，其特征在于：配置在各用户和各分布式储能单元侧的智能能量管理模块，其一端与用户或分布式储能单元相连，其另一端与配电网相连；所述智能能量管理模块由电能变换装置及分布式网络智能模块构成，所述分布式网络智能模块用于实现通信功能；

用户侧的智能能量管理模块功能为：①收集用户历史负荷信息及用户储能需求，并通过分布式网络智能模块发送至优化调度服务器；②协助用户与配电网进行电能交互；③反馈储能调度与优化中心未来24小时储能服务价格，供用户参考；

分布式储能单元侧的智能能量管理模块功能为：①实现分布式储能与配电网的电能交互；②采集接入的分布式储能信息，包括电动汽车的荷电状态、预定接入时间范围、目标电量，间隔15分钟发送至优化调度服务器；③当用户储能需求大于集中式储能电站所能提供的储能容量时，集中式储能电站不能满足的用户需求将交由各分布式储能单元响应；所有分布式储能单元侧的智能能量管理模块根据该部分储能需求及优化调度服务器提供的短期储能计划，共同协调调度各分布式储能单元充放。

4.一种权利要求1至3任何一项所述的面向分布式储能需求的储能集聚系统的优化方法，其特征在于：该优化方法为多时间尺度优化方法，包含长期、日前、短期及实时反馈校正4个阶段，通过长期、日前、短期、实时反馈校正四种时间尺度的优化过程协调各部分运作，集聚各类储能资源，满足用户群体储能需求；具体是：首先，对电价、用户需求和环境因素进行感知，获取相关预测数据；其后，优化调度服务器结合该预测数据完成长期、日前、短期三种时间尺度的优化，得到系统短期储能计划并发送到集中式储能电站及各分布式储能单元；各分布式储能单元根据短期储能计划，通过智能能量管理模块相互协调工作；集中式储能电站的储能双向变流接口控制器在考虑电池能量管理模块反馈信息、用户需求、环境因素及可能出现的突发状况后得出协调控制策略，以此管理集中式储能电站的储能设备的充放电；最终，用户群体的储能需求得到有效满足；另外，为提高系统的运行稳定性，系统的冗余容量将用于协助配电网进行调峰调频，配电网关键节点配置有智能故障管理模块，用于紧急状况下切除故障；

其中，长期、日前及短期优化阶段在优化调度服务器中进行，具体如下：

长期优化阶段：优化调度服务器分析从气象中心、用户侧的智能能量管理模块、电力交易中心获得的历史数据，进行用户月度负荷、月度环境状况预测，并分析未来一个月的电价走势；据此，优化调度服务器对未来一个月储能规模进行估算，并调整储能设备投入数量以更好适应未来一月的用户储能需求；最终优化调度服务器基于经济性指标拟出月度储能计划，即未来一个月每天各储能实体的充放计划；

日前优化阶段：优化调度服务器分析从气象中心、用户侧的智能能量管理模块、电力交易中心获得的历史数据，进行未来一天用户负荷、环境状态及电价预测；据此，优化调度服务器获得未来24小时储能需求预测结果；结合从集中式储能电站所得储能阵列可用容量预测结果、从分布式储能获得的电动汽车接入状况预测结果，优化调度服务器从运行成本最小、储能服务提供商收益最大、用户满意度最高等角度进行多目标优化，拟定未来24小时储能服务价格反馈给用户供其参考；最后基于月度储能计划，优化调度服务器细化出每日储能计划，即未来一天每小时各储能实体的充放计划；

短期优化阶段：短期优化所优化时间区间为15分钟，优化间隔为5分钟；首先，优化调度服务器分析从气象中心、用户侧的智能能量管理模块获得的历史数据，得到短期负荷、短期环境状况预测，并从电力交易中心获得实时电价，最终结合预测模型得到用户短期储能需求；预测结果将与每日储能计划进行比对，得到二者误差；考虑用户储能需求在时间上的互补性，通过场景生成与消减技术对用户储能需求进行整合，从而缩小上述误差；优化调度服务器考虑集中式储能电站与分布式储能单元储能容量，将整合后的储能需求合理分配；整合后的储能需求一般仅由集中式储能电站满足；若集中式储能电站不能满足，优化调度服务器则把不能满足部分的储能需求分配给分布式储能；此后，优化调度服务器从运行成本最小、云储能服务收益最大、增值服务收益最大、用户满意度最高这些角度进行多目标优化，得到短期储能计划，即未来15分钟内各储能充放计划，并发送到集中式储能电站和分布式储能；

实时反馈校正阶段在储能实体中进行，具体如下：

集中式储能电站：储能双向变流接口控制器接收用户的实时储能需求，考虑电池能量管理模块所反馈信息，做出协调控制策略；其中液流电池组及锂电池组的电能充放按短期储能计划进行；超级电容器阵列用于响应短期储能计划与用户实时储能需求的误差，并在主、次要储能设备因突发故障导致容量下降时作为系统后备储能；

分布式储能单元：在用户储能需求大时，各分布式储能单元的智能能量管理模块同时接收优化调度服务器发出的短期储能计划和集中式储能电站不能满足的用户实时储能需求；各智能能量管理模块相互协调，根据各分布式储能的可用容量分配用户储能需求，并安排部分高性能分布式储能单元响应短期储能计划与用户实时储能需求的误差。