基于多时间尺度分层递阶的储能协同控制系统及方法与流程

本发明涉及储能控制，尤其涉及一种基于多时间尺度分层递阶的储能协同控制系统及方法。

背景技术：

1、目前，大规模储能电站通常采用完全分散式控制或完全集中式控制架构，其中分散式控制由各储能变流器独立响应，缺乏整体协调，导致容量利用率低且无法实现子网间的能量互济；集中式控制虽能进行全局优化，但一旦中心控制器故障则系统瘫痪，可靠性差且对通信实时性要求极高。此外，现有控制策略多针对单一目标设计，当电网同时出现频率偏差、电压越限、功率振荡等多重扰动时，不同控制模式易产生冲突或响应不足；同时，储能容量规划往往独立于运行控制策略，导致配置容量未被充分利用或无法满足实际控制需求；而且，在多储能变流器系统中，电池荷电状态管理粗放，缺乏精细化均衡策略，容易造成部分电池过充过放，缩短整体储能系统寿命。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于多时间尺度分层递阶的储能协同控制系统及方法，以解决现有技术中集中式与分散式控制的固有矛盾、协调困难，导致储能系统整体性能较差的问题。

2、本发明第一方面提供了一种储能协同控制系统，包括：储能物理架构，包括一个集中式储能单元和至少两个分布式储能单元，各储能单元通过并网点母线连接；毫秒级分散自主控制层，包括与各储能单元对应的储能变流器，各所述储能变流器内置自主控制器，用于基于本地采集的电气量执行快速功率响应，并接收动态功率阈值，当监测到实时功率波动超过所述动态功率阈值时，向秒级集中协调控制层按需上报超限功率需求；秒级集中协调控制层，配置有储能协调控制器，用于执行秒级协调控制，包括：获取各分布式储能单元当前的荷电状态、健康状态和历史功率波动特征，以计算对应分布式储能单元的动态功率阈值，并将计算出的动态功率阈值下发至所述毫秒级分散自主控制层，其中，荷电状态、健康状态、历史功率波动性与所述动态功率阈值正相关；接收所述毫秒级分散自主控制层上报的超限功率需求，将汇总后的超限功率需求转移至所述集中式储能单元统一调节；根据各储能单元的状态信息及系统总功率需求，动态分配各储能单元的充放电功率，所述状态信息包括荷电状态、健康状态和实时充放电功率；分钟级能量优化管理层，配置有能量管理系统，用于制定分钟级时间尺度的储能充放电计划并下发至所述秒级集中协调控制层，以及接收所述秒级集中协调控制层上报的运行数据，并基于所述运行数据动态评估容量配置合理性。

3、本发明第二方面提供了一种储能协同控制方法，所述方法包括：分钟级能量优化步骤：由所述分钟级能量优化管理层制定分钟级时间尺度的储能充放电计划，并下发至所述秒级集中协调控制层以确定系统总功率需求；动态阈值计算与下发步骤：由所述秒级集中协调控制层获取各分布式储能单元当前的荷电状态、健康状态和历史功率波动特征，以计算对应分布式储能单元的动态功率阈值，并将计算出的动态功率阈值下发至所述毫秒级分散自主控制层，其中，荷电状态、健康状态、历史功率波动性与所述动态功率阈值正相关；本地监测与判断步骤：由所述毫秒级分散自主控制层基于本地电气量执行快速功率响应，监测实时功率波动；当所述实时功率波动未超过下发的所述动态功率阈值时，继续由本地自主处理；当超过所述动态功率阈值时，将超出部分作为超限功率需求上报至所述秒级集中协调控制层；超额功率协调步骤：由所述秒级集中协调控制层接收所有分布式储能单元上报的所述超限功率需求，并将汇总后的超限功率需求转移至集中式储能单元进行统一调节；全局功率动态分配步骤：由所述秒级集中协调控制层获取各储能单元的状态信息，结合所述系统总功率需求，动态分配各储能单元的充放电功率；运行反馈与优化步骤：由所述秒级集中协调控制层记录各储能单元的运行数据并上报至所述分钟级能量优化管理层，由所述分钟级能量优化管理层基于所述运行数据动态评估系统容量配置的合理性，并输出容量调整建议。

4、在一种可行的实施方式中，所述计算对应分布式储能单元的动态功率阈值，包括：根据所述荷电状态、所述健康状态以及所述历史功率波动特征分别确定第一系数、第二系数和第三系数；将所述第一系数与所述荷电状态相乘、所述第二系数与所述健康状态相乘、所述第三系数与所述历史功率波动特征相乘，再将三个乘积求和后乘以所述分布式储能单元的额定功率，得到所述动态功率阈值。

5、在一种可行的实施方式中，所述将汇总后的超限功率需求转移至所述集中式储能单元进行统一调节，包括：将汇总后的超限功率需求优先分配给集中式储能单元中荷电状态处于预设中间区间的部分承担；若所述集中式储能单元的荷电状态不处于所述预设中间区间，则将所述超限功率需求分配给荷电状态偏离中间值程度最小的部分承担；若所述集中式储能单元的荷电状态超出预设边界，则触发告警并向上层请求调整充放电计划，同时临时降低各分布式储能单元的动态功率阈值。

6、在一种可行的实施方式中，所述动态分配各储能单元的充放电功率，包括： 对于飞轮或超级电容类储能单元，其荷电状态不参与功率分配权重的计算，充放电功率由系统总功率需求及其自身响应速度决定；对于锂电类储能单元，按照荷电状态动态分配充放电功率，其中荷电状态高的单元在放电时承担更大比例，荷电状态低的单元在充电时承担更大比例；对于液流电池类储能单元，按照荷电状态动态分配充放电功率，且其荷电状态均衡的强度大于锂电类储能单元。

7、在一种可行的实施方式中，所述动态分配各储能单元的充放电功率，还包括：当所述系统总功率需求的绝对值大于预设的第一阈值时，各储能单元的功率分配权重趋于平均，优先保证功率响应速度；当所述系统总功率需求的绝对值小于预设的第二阈值时，各储能单元的功率分配权重差异增大，优先实现荷电状态均衡；当所述系统总功率需求的绝对值处于所述第一阈值和所述第二阈值之间时，所述功率分配权重随所述系统总功率需求的变化而连续过渡。

8、在一种可行的实施方式中，所述动态评估容量配置合理性并输出容量调整建议，包括：当分布式储能单元的功率阈值长期处于饱和状态且其寿命消耗速率大于第一预设消耗阈值时，输出将对应分布式储能单元更换为更高功率密度储能类型的建议；当集中式储能单元因承担超出部分的功率需求而导致的循环寿命消耗速率大于第二预设消耗阈值时，且其荷电状态越限风险指数高于预设阈值时，输出增加集中式储能单元能量容量的建议；当分布式储能单元的功率阈值长期处于低位且各单元之间的荷电状态均衡效果小于预设标准时，输出减小对应分布式储能单元额定功率或减少单元数量的建议。

9、在一种可行的实施方式中，所述秒级集中协调控制层还执行以下步骤：获取系统运行状态，所述系统运行状态包括频率偏差和电压偏差；根据所述系统运行状态动态切换控制模式并对各控制模式的优先级进行排序：当所述频率偏差或所述电压偏差大于对应的预设阈值时，切换至电网支撑模式，增加功率响应相关控制功能的权重，并将荷电状态均衡相关控制功能降级或挂起，使功率响应优先于荷电状态均衡；当所述频率偏差和所述电压偏差均小于对应的预设死区阈值时，切换至经济运行模式，由经济运行模式主导功率分配，将荷电状态均衡相关控制功能的权重维持为基础值；将各控制模式输出的功率指令按优先级权重加权融合，得到总功率指令。

10、所述秒级集中协调控制层还执行以下步骤：根据所述频率偏差和电压偏差的状态，动态调整各储能单元的功率分配策略：当所述频率偏差或所述电压偏差大于对应的所述预设阈值时，各储能单元的功率分配权重趋于平均，优先保证功率响应速度；当所述频率偏差和所述电压偏差均小于对应的所述预设死区阈值时，各储能单元的功率分配权重差异增大，优先实现荷电状态均衡。根据所述总功率指令和所述功率分配策略，确定各储能单元的充放电功率并下发。

11、本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的储能协同控制方法。

12、本发明提供的技术方案中，通过构建“集中式+分布式”混合储能物理架构与“毫秒级-秒级-分钟级”三层分层递阶控制体系，实现了多时间尺度控制任务的天然解耦与协同；毫秒级分散自主控制层基于本地电气量独立执行快速功率响应，无需等待上层指令，确保电网扰动时的瞬时稳定性；秒级集中协调控制层通过荷电状态、健康状态及历史功率波动特征计算得到动态功率阈值，将高频小幅波动在本地消化、仅将低频大幅波动的超出部分汇总至集中式储能单元统一调节，大幅降低了通信负担和集中层计算压力，同时依据各储能单元的荷电状态及系统总功率需求动态分配充放电功率，避免了不同模式控制冲突；分钟级能量优化管理层将运行数据反哺于容量规划，动态评估配置合理性并输出容量调整建议，形成“规划-运行-优化”的持续迭代闭环。由此，本发明在提升系统可靠性与响应速度的同时，优化了储能单元间的能量均衡与寿命管理，实现了全生命周期成本的优化，显著提高了储能系统可靠性和整体性能。