一种用于三相串联型储能系统的分散主从自同步控制方法

本发明涉及智能电网领域，具体来说，涉及一种用于三相串联型储能系统的分散主从自同步控制方法、系统及其存储介质。

背景技术：

1、相位波动和负载不平衡扰动下三相系统难以实现全局自同步，现有解决方案主要分有三种：三相串联型系统集中式控制、三相串联型系统分布式控制、单相串联型系统分散式控制。

2、其中，三相串联型系统集中式控制方式如图1所示，使用中央控制器来计算所有控制和调制指令，中央控制器将基于高带宽通讯向每个串联单元发送每个逆变器控制命令。集中控制器便于协调全局各单元的底层控制，可以实现最佳谐波调制和最佳闭环电流调节。但随着串联单元模块数量的增加，中央控制器必须计算越来越复杂的调制参考波形，才能继续实现最佳相位配置调制，因此会加重系统的计算负担。不仅如此，传输的通讯网络带宽必须增加，以便在每个调制周期将此调制信息可靠地传输到所有单元。因此，控制器性能严重依赖于通讯网络的鲁棒性和可靠性。

3、而三相串联型系统分布式控制如图2所示，在该控制框架下，每个单元都有自己的本地控制器，系统可以将快时间尺度的控制任务转移到本地控制器中。此结构下，中央控制器作为主控制器协调每个本地控制器pwm调制并提供输出参考信号，同时为系统提供全局保护，不仅可以大大减少主单元计算压力，还以可以降低通讯带宽，从而降低通讯成本。然而，控制系统的稳定性和控制性能仍然受到通讯延迟、干扰和故障的影响。尤其当各储能单元的地理位置分散时，用于获取数据和传输控制命令的通讯负担将增加。因此，通讯网络的可靠性对串联型储能系统可靠性的威胁也将增加。此外，中央处理器或主控制器的故障也会影响所有控制单元控制信号传输，从而导致系统失稳。

4、另外，单相串联型系统分散式控制如图3所示，在该控制框架下，系统仅依赖本地信息实现各单元频率的自调节，从而实现全局频率的自同步。现有单相系统的自同步控制方法无法兼顾相内同步与相间协同，无法确保三相系统电压平衡。此外，当负载不平衡情况下，仅依赖本地信息无法保证系统相间频率同步。

5、也就是说，1)集中式、分布式等同步控制方法均依赖与通讯，一方面，通讯网络增加了系统的建设成本；另一方面，通讯网络比物理系统脆弱，更易受攻击，而任意通讯延迟、干扰、故障和网络攻击均将威胁电网的安全和稳定运行，降低了系统的可靠性。2)由于三相串联逆变器型系统结构复杂，不仅要求相内各单元自同步，还需要相子系统之间实现自同步。然而目前针对三相串联逆变器型系统的自同步控制仍处于空白。3)现有单相系统的自同步控制方法无法兼顾相内同步与相间协同，且在负载不平衡情况下，仅依赖本地信息无法保证系统相间频率同步。因此无法将其直接拓展到三相系统，在实现全局频率同步的同时兼顾保证系统三相电压平衡是亟待解决的难题。

6、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种用于三相串联型储能系统的分散主从自同步控制方法、系统及其存储介质，能够使系统具有良好的供电可靠性和供电质量，保证三相电压平衡。

2、为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种用于三相串联型储能系统的分散主从自同步控制方法，所述三相串联型储能系统包括三个相互并联的单相串联型储能系统，每个所述单相串联型储能系统包括多个串联的储能单元，

4、所述多个串联的储能单元中包括一个主储能单位与至少一个从储能单位，分别采用主单元控制方法与从单元控制方法进行控制，所述主储能单元与从储能单元无信息交互；对三个相的主储能单元采用主单元控制方法，基于所述三相串联型储能系统输出电压信息，分别对各相进行频率修正与电压幅值修正，以达到三相电压平衡；对三个相的从储能单元采用从单元控制方法，基于功率因数角下垂控制，实现从储能单元与主储能单元频率自同步。

5、进一步地，所述从单元控制方法进一步包括：基于功率因数角下垂控制，表达如下：

6、

7、

8、式中：ωxi、vxi和vxi_ref分别表示x相系统中第i个从储能单元的的角频率参考、功率因数角、电压幅值参考和输出电压矢量参考。ω0表示系统空载时角频率值，v*是相电压的额定电压幅值，mx是x相系统中储能单元的下垂系数。进一步地，下垂系数满足以使系统频率在49.5hz～50.5hz范围内变化；其中ωmax与ωmin分别表示电网角频率波动范围的最大值与最小值，与分别表示系统功率因数角可行范围的最大值与最小值，通常为π/2与-π/2。

9、进一步地，所述主单元控制方法中的频率修正与电压幅值修正包括：

10、

11、

12、式中，ωxl、vxl和vxl_ref分别为x相系统中主储能单元角频率基准、功率因数角、电压幅度参考和输出电压矢量参考；此外和uxm分别是相系统频率修正机制和电压幅值修正机制；ω0为系统空载时角频率值，mx为x相系统中储能单元的下垂系数,参数n表示系统每一相子系统中储能单元的个数。

13、进一步地，所述频率修正机制用于三相串联型储能系统输出电压的相位角平衡；所述频率修正机制具体设计如下：

14、

15、式中：ω＝{a,b,c}；kp和ki分别表示频率修正比例系数与积分系数，δ’a＝δa；δ’b＝δb+2π/3；δ’c＝δc-2π/3。

16、进一步地，所述电压幅值修正机制用于保证稳态时各相系统具有相同的电压幅值，实现三相电压平衡；所述电压幅值修正机制具体设计如下：

17、

18、进一步地，所述从储能单元采用三层控制环控制，最外层为功率环，采用所述从单元控制方法通过计算本地功率因数角作为功率反馈来调节系统输出功率大小，另外两层为双闭环控制，分别是电压环和电流环，其中双闭环控制的反馈信号分别为电容电压和电感电流，用来跟踪输出电压矢量参考信号，随后通过pr控制来实现系统双闭环控制。

19、进一步地，所述主储能单元采用三层控制环控制，最外层为功率环，采用所述主单元控制方法通过pcc电压信息引入了修正频率、电压修正项，保持系统电压三相平衡；另外两层为双闭环控制，分别是电压环和电流环，其中双闭环控制的反馈信号分别为电容电压和电感电流，用来跟踪输出电压矢量参考信号，随后通过pr控制来实现系统双闭环控制。

20、另一方面，还提供一种用于三相串联型储能系统的分散主从自同步控制系统，包括存储器、处理器和存储在存储器上的计算机程序，在处理器上运行的所述计算机程序，其中所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述的分散主从自同步控制方法。

21、另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，用于存储在处理器上运行的计算机程序，其中所述处理器执行所述程序时实现前的分散主从自同步控制方法。

22、本发明的有益效果：通过在多个串联的储能单元中设置一个主储能单位与至少一个从储能单位，分别采用主单元控制方法与从单元控制方法进行控制，所述主储能单元与从储能单元无信息交互；对三个相的主储能单元采用主单元控制方法，基于所述三相串联型储能系统输出电压信息，分别对各相进行频率修正与电压幅值修正，以达到三相电压平衡；对三个相的从储能单元采用从单元控制方法，基于功率因数角下垂控制，实现从储能单元与主储能单元频率自同步。进而达到1)功率控制可以在每个模块中本地完成。因此，计算工作量将大大减少。2)每个本地控制单元之间没有通信，这将减少通信漏洞风险对控制性能的影响。与单相chs的分散控制方法相比，该控制方法可以同时实现相间和相间频率同步。同时，即使在负载不平衡的情况下，也能保证三相电压的平衡。