一种储能系统分散式管控系统的制作方法

本发明涉及电力电子，具体为一种储能系统分散式管控系统。

背景技术：

1、随着新型电力系统加速建设，新能源和电力电子器件在电力系统中占比不断增加，新能源取代传统能源也是发展的必然趋势。然而，在此发展过程中，由于新能源出力具有很强的波动性、间歇性和不确定性等特点，大大削弱了电力系统惯性支撑能力，使系统调频、调压能力持续降低，极易引起电力事故，同时给电力系统调度和优化运行带来挑战。

2、储能功率变换系统(energy storage power conversion system,ess)成为解决上述问题的有效途径之一。常用的单级式ess拓扑直接由功率变换系统和储能单元两个部分并联，拓扑结构相对简单，但需要较高的直流母线电压，且由于过多的电池组串并联导致储能电池的管理难度提升，难以适应大规模可再生能源系统的功率波动、维持微电网稳定等。而由模块化多电平变换器构成的模块化多电平储能功率变换系统(modularmultilevelconverter energy storage power conversion system,mmc-ess)，利用其模块化特点可实现单机系统高压、大容量化，成为大规模储能发展方向。

3、为了解决以上问题，如公开号为cn107887928b的中国专利公开了一种储能系统的控制方法和装置。本技术根据vsg计算储能系统的输出电压参考值和电压相位角；对输出电压参考值进行坐标变换处理，得到两相同步旋转坐标系下的电压分量；将该电压分量作为电压电流双环控制的输入电压，并经过电压电流双环控制得到三相电压参考值；按照每条功率变换链路的功率变换单元的数量均分三相电压参考值，将均分后的每份三相电压参考值与电池均衡控制得到的电压分量叠加，得到每个功率变换单元的电压参考信号。本技术的储能系统在并离网模式下均工作于电压源状态，不需要进行控制策略的切换，不会出现电压电流过冲的问题；并利用vsg的自动调压和调频能力，使储能系统具有即插即用和电压频率的自动调控功能。

4、又如公开号为cn113162086a的中国专利公开了一种储能vsg前级功率变换系统输出电压pi参数设计方法。包括：求取前级功率变换系统带理想电流源型负载时的输出电压pi参数第一选择区域；计算其闭环输出阻抗幅值的阈值rthresh；计算最小输出功率下前级功率变换系统闭环输出阻抗的最大幅值|zoc(s)|max，得出满足|zoc(s)|max＝rthresh时的输出电压pi控制器参数的比例系数kp1min；将第一选择区域和阻抗约束区域的交叠区作为前级功率变换系统输出电压pi控制器参数的级联鲁棒稳定区。该级联鲁棒稳定区中的输出电压pi控制器参数可以确保分体式储能虚拟同步发电机在整个工作条件下稳定运行。

5、目前，现有储能功率变换技术还存在不足之处：两份专利虽然都实现了储能功率变换，但均未针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,vsg)应用于储能分散接入的mmc-ess进行研究，如何实现储能功率变换系统的单机系统高压、大容量化性能仍是当前亟需解决的技术问题，现有技术仍有待改进。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种储能系统分散式管控系统，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种储能系统分散式管控系统，涉及mmc-ess的拓扑及数学模型，分析了电网支撑型控制的工作原理及其控制策略，利用模块化多电平换流器模块化的结构特点，将电池储能分散地接在其子模块中，以通过储能单元对系统的并网稳定性起到稳定作用。利用虚拟同步发电机实现电网支撑，维持电力系统稳定性。通过仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性。主要包含以下步骤：

3、s1：假设所有电池电压均衡良好，每个桥臂的输出电压由n个模块的输出叠加得到，则mmc-ess中k(k＝a,b,c)相上、下桥臂的输出电压为：

4、

5、其中，dpkj，upkj分别为k相上桥臂中第j个子模块的开关占空比和直流母线电压，dnkj，unkj分别为k相下桥臂中第j个子模块的开关占空比和直流母线电压。

6、s2：mmc-ess网侧电压电流的关系为：

7、

8、各电流分量的关系为：

9、

10、其中，ipk,ink分别为k相上桥臂和下桥臂的电流。

11、s3：为简化各变量间的关系，定义一些中间变量：

12、

13、其中，idiffk为k相的差分电流，udck为k相上、下桥臂输出电压之和，uk为k相上、下桥臂等效交流输出电压，uoo'为mmc-ess直流侧虚拟中点与电网中性点间的电压。

14、s4：可得mmc交直流侧的动态方程为：

15、

16、进一步的，mmc-ess拓扑及数学模型所采用的结构是储能单元通过dc/dc变换器并联在每个子模块的直流侧。该拓扑每相包含上、下两组桥臂，每组桥臂均由n个相同发热电池子模块和1个电抗器串联组成。每个电池子模块储能单元直接并联在子模块电容端。

17、进一步的，mmc-ess可以等效为1个三相两电平变换器及3个dc/dc变换器，如图2和图3所示。

18、进一步的，vsg控制策略的核心思想是通过控制策略让并网逆变器模拟传统同步发电机的机械特性，从而在获得与同步发电机相似的运行特性的同时又具备电力电子设备的优异性能。

19、进一步的，vsg的有功-频率环节用于模拟虚拟调速控制器，实现惯性特性和阻尼特性的模拟，通过调整系统频率来调整参考有功功率。如图5所示，虚拟调速控制器主要由功频调节部分和机械部分两部分组成。

20、进一步的，步骤s1的具体步骤如下：

21、s1.1：功频调节部分的主要功能是调整虚拟的机械功率，其数学模型可表示为：

22、pm＝pref-kω(ω-ωn)  (6)

23、其中，kw为虚拟调速器的下垂系数；

24、s1.2：机械部分是模拟同步发电机的转子运动方程的关键部分，其数学模型为：

25、

26、其中，j和d分别代表虚拟惯量和虚拟阻尼系数，wn表示参考角速度，w表示虚拟转子的虚拟角速度，pm代表虚拟机械功率，δ为虚拟转子角位置。

27、进一步的，步骤s2的具体步骤如下：

28、s2.1：虚拟励磁控制器的无功-电压调节功能主要参考同步发电机的无功-电压的下垂曲线进行调压：

29、qm-qref＝kq(u-un)(8)

30、其中，kq为电压-无功下垂系数；

31、s2.2：通过控制参考电压与实际输出电压的电压偏差进行电压调制，使输出的端电压与参考电压保持一致：

32、

33、其中，ks为积分环节的积分系数，eu为输出端电压的电压幅值；

34、s2.3：将虚拟调速器的输出相角作为参考电动势的相角，虚拟励磁控制器的输出电压的幅值作为参考电动势的幅值，再通过三相正弦波调制便可得到虚拟同步机输出的参考电动势电压向量：

35、

36、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：一种储能系统分散式管控系统，涉及mmc-ess的拓扑及数学模型，分析了电网支撑型控制的工作原理及其控制策略。首先利用模块化多电平换流器模块化的结构特点，将电池储能分散地接在其子模块中，以通过储能单元对系统的并网稳定性起到稳定作用。同时，利用虚拟同步发电机实现电网支撑，维持电力系统稳定性，仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性，有利于解决高比例新能源接入和高比例电力电子设备接入的新型电力系统中系统强度削减、稳定性低、惯性支撑能力差等问题，给电力系统调度和优化运行带来一定的改善。