中压直流链式储能系统控制方法及装置与流程

本发明属于电力系统储能系统控制，涉及一种中压直流链式储能系统控制方法及装置。

背景技术：

1、中压直流配网在运行的过程中主要是通过直流母线进行供电，在供电的过程中可以直接提供直流负荷，此种特征使中压直流配电网在实际中可以满足工业园区中负荷的发展情况，如光伏、电动汽车等。直流配电网系统与传统交流配电网相比更具经济和技术优势，成为解决当今传统交流配电网供电能力不足以及分布式微电网运行效率低等问题的有效措施。

2、同时，为提升能源清洁利用水平和电力系统运行效率，更好指导送端电源园区规划开发和源网荷协调互动，积极探索“源网荷储一体化”实施路径，致力于建设具备并网友好特性的风光储联合研发基地，实现“源网荷储一体化”促进电力工业转型升级。此应用中储能系统将保证园区内已有的高渗透率可再生能源在园区内“自发自用、就地消纳”，实现可再生能源渗透电量的时空转移。

3、中压直流级联型储能变流器采用全桥链式模块构成，直接接入中压直流系统中，其电池被分散到各个功率模块中，并联在电容旁，避免了电池电芯在直流极集中堆积，可无需变压器直接接入中压直流电网，有效减少功率损耗，能够根据容量要求级联相应模块数量，单机容量大，具有多模块冗余、安全性高等优点。

4、现阶段工程应用较为广泛的储能系统接入方案仍为低压并联汇集升压储能接入技术，以满足储能电站容量/功率需求，即以低压储能系统为基础，在低压侧构建公共交流母线，汇集升压接入电网。而中压级联储能技术其主要优势如下：

5、1)大幅减少电芯并联情况，同等容量的输出，高压直接输出的系统，由于输出电压高，因此电流小，需要并联的电芯数量显著降低；

6、2)系统整体效率高，直流型中压链式储能系统比低压储能系统效率有所提高，原因在于子模块的等效开关频率降低，有效降低器件开关损耗，高电压下电流减小，损耗降低；

7、3)系统稳定性更好，中压链式储能系统单机功率大，并联台数少，传统低压电池储能单机功率小，并联台数多，震荡风险高。

8、4)系统响应速度快，功率动态响应时间及充放电切换时间与传统低压电池储能更快。

9、5)系统一致性好，传统低压电池储能各电池簇间容量不可控，而中压级联储能因对电池簇均衡控制。

10、6)相对交流三相链式储能任一相故障整机停机，直流型链式储能在同容量下可以分多套整机，多套互不干扰，整体可靠性高于三相交流型链式储能。

11、7)直流型链式储能功率模块无交流高压链式储能的2倍频交流分量，更有利于降低电池的损耗并提高寿命。

12、目前中压直流链式储能技术主要在科研阶段，未规模化推广应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种中压直流链式储能系统控制方法及装置，以实现直流链式储能变流器与电池解耦，单独控制中压直流储能变流器非电池模式，在储能系统整体启动前确定直流链式储能变流器运行稳定；通过中压直流储能变流器功率模块软旁路，有效提升储能系统的最大化充电和最大化放电。

2、为此，本发明采用如下的技术方案：中压直流链式储能系统控制方法，其包括：

3、判断直流链式储能系统非电池模式能否启动；

4、当接收到中压直流链式储能系统非电池模式启动指令时，对所述中压直流链式储能系统不带电池进行启动；

5、获取中压直流链式储能系统电池模式的运行参数；

6、获取电池簇信息并判断直流链式储能系统电池模式是否具备启动条件，如具备则启动；当直流链式储能系统电池模式启动后，按直流电压或直流功率爬坡至目标值运行，响应主站下发目标值；启动完成后根据所述储能系统电池模式的运行参数自动完成功率充放电；

7、当上送的电池簇信息处于零功率运行模式，将该簇电池所对应功率模块软旁路运行，最大化保证整个储能系统的充放电能力，直至允许最大旁路数超限后转为待机模式运行。

8、所述上送的电池簇信息处于零功率运行模式是指：电池管理系统bms将电池簇信息上送给变流器pcs，当前这个电池簇已经充满或放空，不能再充或放电运行。

9、如低压pcs一样，中压直流链式储能运行前也可以不带电池独立运行，分步验证整体储能系统功能。毕竟在中压直流+10kv领域，直挂式储能还处于科研、试验证阶段，安全非常重要，加上电池的热失控后果会更严重，所以本发明的非电池模式启动还是非常重要。整套中压直流链式储能系统一键启动，减少人为干预，更可靠、安全、便捷。软旁路功能能有效提高整机的充放电能力。

10、进一步地，所述判断直流链式储能系统非电池模式能否启动，具体为：

11、获取中压直流链式储能系统非电池模式的运行参数；根据中压直流链式储能变流器所获取的运行参数，来判断直流链式储能系统非电池模式能否启动。

12、更进一步地，所述获取中压直流链式储能系统非电池模式的运行参数，是指获取中压直流链式储能变流器非电池模式运行选择压板、交流电压幅值、交流电频率和功率模块电压。

13、进一步地，所述当接收到中压直流链式储能系统非电池模式启动指令时，对所述中压直流链式储能系统不带电池进行启动，具体为：

14、当接收到中压直流链式储能系统非电池模式一键启动指令时，中压直流链式储能系统由中压直流母线侧为中压直流链式储能变流器充电，并按照储能变流器功率模块控电压模式进行启动；并且控制中压直流链式储能变流器的模块电压和模块交流电流，实现中压直流链式储能变流器独立解锁运行，确保中压直流链式储能系统带电池运行前，中压直流链式储能变流器运行稳定。

15、所述的储能变流器功率模块控电压模式是指：一个以模块电压平均值为目标的pi环，pi环输出再叠加一个设定频率和幅值的交流电流，这两个加在一起作为电流内环的控制目标，最终稳定住功率模块的电压平均值。

16、进一步地，所述获取电池簇信息并判断直流链式储能系统电池模式是否具备启动条件，如具备则启动，具体步骤为：

17、1)获取中压直流链式储能系统启动后的控制模式；

18、2)获取电池管理系统中的电池簇信息；

19、3)根据1)～2)，综合判断中压直流链式储能系统电池模式能否启动；当判定中压直流链式储能系统电池模式具备启动条件时，进入4)，否则重复1)～2)；

20、4)当接收到中压直流链式储能系统一键启动指令时，根据所述运行参数对中压直流链式储能系统按定直流电压控制模式或定有功功率模式启动并解锁。

21、更进一步地，根据所述运行参数对中压直流链式储能系统按定直流电压控制模式或定有功功率模式启动并解锁，具体步骤为：

22、步骤1，合闸电池簇高压箱开关，即电池簇与中压直流链式储能变流器功率模块的连接开关，合闸直流母线侧隔刀，且所有电池簇电压达到启动电压阈值且持续一段时间，则中压直流链式储能系统由停运转为就绪状态；

23、步骤2，处于就绪状态后，则合上所有中压直流链式储能变流器功率模块的预充开关，功率模块所连接电池簇为功率模块充电，中压直流链式储能系统从就绪状态转换为电池侧预充状态；

24、步骤3，当中压直流链式储能变流器所有功率模块的电容电压满足完成充电条件时，则合闸电池簇与中压直流链式储能变流器功率模块的连接开关，中压直流链式储能系统从电池侧预充状态转换为电池侧连接状态；

25、步骤4，当中压直流链式储能系统处于电池连侧连接状态持续一段时间且无故障时，则分闸断功率模块的预充开关，中压直流链式储能系统从电池侧连接状态转换为电池侧运行状态；

26、步骤5，当中压直流链式储能功率模块处于电池侧运行状态一段时间且无故障时，则合闸直流母线侧预充开关，中压直流链式储能系统从电池侧运行状态转换为母线侧预充状态；

27、步骤6，当中压直流链式储能系统处于母线侧预充状态持续一段时间且直流极电流小于2a，则合闸直流母线侧连接开关，中压直流链式储能系统从母线侧预充状态转换为系统闭锁状态；

28、步骤7，当中压直流链式储能系统满足解锁条件时自动解锁，中压直流链式储能系统从闭锁状态转换为解锁状态。

29、更进一步地，中压直流链式储能系统解锁后根据所获取控制模式，爬坡至目标值运行：如若控母线侧直流电压，则将直流电压按参数速率爬坡至目标值；如若控有功功率，则将直流功率按参数速率爬坡至目标值。

30、进一步地，中压直流链式储能系统按充放电功率运行期间，储能变流器收到电池簇零功率运行模式，在允许最大旁路模块数内，在线做软旁路处理，具体步骤如下：

31、步骤1，中压直流链式储能变流器接收每簇电池的最大充放电功率；

32、步骤2，识别禁止充放电的电池簇位置后，判断是否旁路超限，进一步进行禁止充放电处理；若当前旁路个数已达允许旁路模块数，储能变流器自动按功率爬坡速率将中压直流链式储能系统有功功率指令降为0；若当前已旁路模块小于允许旁路个数，按当前禁止充放电电池簇的位置将此模块的调制波置位0，即做软旁路处理；

33、步骤3，将软旁路的模块计入已旁路模块个数，并判断已旁路模块个数是否等于允许旁路模块数，若已经等于允许旁路模块数，则将置位不允许旁路的标志。

34、进一步地，所述电池簇信息包括：电池簇电压、电池簇电流、电池簇soc状态、电池簇允许最大充电功率、电池簇允许最大放电功率、电池簇故障状态、电池高压箱与中压直流链式储能变流器功率模块的连接开关状态。

35、本发明还提供一种中压直流链式储能系统控制装置，其用于实现上述中压直流链式储能系统控制方法。

36、与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

37、本发明提出的控制方法可独立测试中压链式储能变流器，在非电池模式下运行，有效提升了中压直流链式储能系统调试安全；通过中压直流储能变流器功率模块软旁路，有效提升了储能系统的最大化充电和最大化放电。