一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法

本发明涉及陆上风电全直流发电，特别是涉及一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法。

背景技术：

1、风电全直流发电系统可有效解决诸多交流汇集和送出问题，提高发电效率，降低发电成本。当电网受到大扰动发生电压跌落时，全直流发电系统中直流母线集聚过多能量，对系统中电力电子器件产生严重的影响。因此，明确陆上风电全直流发电系统的低电压穿越机理，能够提出适用于陆上风电全直流发电系统的低电压穿越策略有助于保障系统稳定，能够促进陆上风电全直流接入技术的发展。

2、当前提出的低电压穿越技术(low voltage ride through,lvrt)主要针对以交流方式接入的风力发电系统，而针对直流型风力发电系统lvrt的研究集中于海上风力发电系统，且现有的针对直流型风力发电系统lvrt的研究的关键点在于风力机感知到故障后的控制策略以及盈余能量的消耗。但电网电压跌落时，陆上风电全直流发电系统中升压变换器通过电气隔离将故障隔绝，可以保证直流型风机正常输出功率，但将导致永磁直驱风力机与机侧变流器的低电压穿越控制策略无法启动。此时在直流环节集聚的盈余能量远多于常规风电系统，因此，常规lvrt策略在风电全直流发电系统中适用性较差。因此，设计一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，通过解决直流环节的盈余功率即可实现低电压穿越的策略，在满足风电配置储能的要求下，解决了陆上风电全直流发电系统低电压穿越问题，同时能够促进系统自启动与维持系统稳定运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，包括如下步骤：

4、步骤1：在陆上风电全直流系统的直流环节配置电池储能系统；

5、步骤2：选择电池储能系统的储能容量；

6、步骤3：定义电池储能系统的控制策略。

7、可选的，步骤1中，在陆上风电全直流系统的直流环节配置电池储能系统，具体为：

8、在双有源桥式(dualactivebridge，dab)变换器与网侧变流器之间通过半桥双向隔离型dc/dc变换器设置电池储能系统，电池储能系统通过半桥双向隔离型dc/dc变换器进行能量流动，其中，半桥双向隔离型dc/dc变换器采用双环串级控制，内环为电感电流环，外环为直流母线电压环，外环电压环根据升压变换器输出电压udc与设定的参考输出电压udcref比较得到误差信号，经pi调节器得到内环电流的参考值ilref，内环电流实际值il与ilref作差，得到误差信号，经电流环pi调节与pwm调制产生开关信号，基于开关信号控制功率开关管的开通关断，实现电池储能系统的功率双向流动。

9、可选的，步骤2中，选择电池储能系统的储能容量，具体为：

10、电网发生故障时，机侧、网侧的功率传输不平衡，多余的能量存储在电池储能系统中，计算电池储能系统存储的能量为：

11、

12、式中，elvrt为储能在电网故障期间吸收的能量，t为pm＝pg的时刻，pm为直流母线输入的有功功率，pg为直流母线输出的有功功率；

13、考虑低电压故障严重程度以及风力发电系统中直流型风力发电机自启动的要求，定义电池储能系统需要存储能量es为：

14、es＝e0+(pm.max-pg.lvrt)t  (2)

15、式中，e0为储能初始存储的电能，pm.max为直流型风机输出的最大有功功率，pg.lvrt为发生低电压故障时网侧输入的有功功率，t取低电压穿越要求时间2s；

16、计算电池的荷电状态为：

17、

18、ssoc,t＝ssoc,0+sδsoc  (4)

19、式中，ssoc,t为t时刻的荷电状态，ssoc,0为电池储能系统运行时的初始荷电状态，sδsoc为系统运行中荷电状态变化量，设定ssoc为0.8，作为储能电池初始储存能量。

20、可选的，步骤3中，定义电池储能系统的控制策略，具体为：

21、通过判断全直流发电系统机侧与网侧的功率差控制电池储能系统的启停，通过双有源桥式变换器与网侧变流器之间的功率差值与母线电压参考值udcref得到直流母线的电流采样值idc，将直流母线电流采样值与电流参考值idcref比较得到误差信号，经过pi调节器得到电池储能系统的开关信号，其中，当直流母线两侧功率差值在系统允许的范围δ内，即|pm-pg|≤δ时，变换器处于待工作状态，电池储能系统不启动；当直流母线两侧功率差超出δ时，若直流母线两侧功率pm<pg，电池储能处于正向升压模式，电池储能系统向电网输送功率；当直流母线两侧功率pm>pg时，电池储能处于反向降压模式，直流母线电压高于参考电压，电流从直流母线流向电池储能系统，将多余的能量输送至电池储能系统存储；

22、基于电池储能系统的荷电状态ssoc作为截止判断条件，为：

23、10％≤ssoc≤90％  (5)

24、当ssoc<10％，切断电池储能系统，停止向电网继续供电，当ssoc>90％，切断双有源桥式变换器，阻止直流母线向电池储能系统供电。

25、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，该方法包括在陆上风电全直流系统的直流环节配置电池储能系统，选择电池储能系统的储能容量，定义电池储能系统的控制策略，该方法基于陆上风电全直流发电系统的新型拓扑与控制策略分析了在网侧发生电压跌落时全直流发电系统的故障特性，其故障影响程度较传统风力发电系统更加严重，基于风电全直流发电系统的故障特性以及其跟网运行特点，结合风电光伏配置储能的要求提出基于电池储能系统的控制策略作为陆上风电全直流发电系统低电压穿越策略，并选择电池储能作为直流型风力机自启动的备用设备，基于pscad/emtdc仿真平台搭建仿真模型，验证了风电全直流发电系统的稳定性以及本发明所提lvrt策略的可行性和优越性，该策略能够提升风电全直流发电系统的lvrt能力，而且可以促进故障结束后系统的稳定运行。

技术特征：

1.一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，其特征在于，步骤1中，在陆上风电全直流系统的直流环节配置电池储能系统，具体为：

3.根据权利要求2所述的基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，其特征在于，步骤2中，选择电池储能系统的储能容量，具体为：

4.根据权利要求3所述的基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，其特征在于，步骤3中，定义电池储能系统的控制策略，具体为：

技术总结
本发明提供了一种基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，包括：在陆上风电全直流系统的直流环节配置电池储能系统，选择电池储能系统的储能容量，定义电池储能系统的控制策略。本发明提供的基于电池储能的陆上风电全直流系统低电压穿越方法，通过解决直流环节的盈余功率即可实现低电压穿越的策略，在满足风电配置储能的要求下，解决了陆上风电全直流发电系统低电压穿越问题，同时能够促进系统直流型风机自启动与维持系统稳定运行。

技术研发人员：李凤婷,曹勋哲,尹纯亚,张高航,解超
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27