一种构网型储能系统交直流侧协调控制系统及方法与流程

本发明涉及交直流侧协调控制，更具体的说是涉及一种构网型储能系统交直流侧协调控制系统及方法。

背景技术：

1、随着新能源发电渗透率的不断提升，电力系统惯性降低，电网强度变弱，引发了包括宽频震荡、谐振过电压等在内的一系列问题。为了提高新能源发电设备对电网的主动支撑能力，基于电化学储能的构网型储能系统会受到越来越广泛的关注和研究。在电网发生扰动或者故障时，构网型储能系统不仅具备主动支撑能力，而且具备更强的弱电网稳定运行能力。

2、文献《基于改进虚拟同步发电机的构网型并联储能逆变器控制研究》中提出了改进的构网控制策略，改善了构网控制策略下储能系统soc均衡问题，但是，该soc均衡策略是在交流侧储能交流器实现的，不可避免的会引入交/直流侧在控制上的耦合。

3、文献《analysis and damping of low-frequency oscillation for dc-linkvoltage-synchronizedvscs》提出了含直流母线电压控制的构网型变流器控制策略，但是，该策略是将直流母线电压控制与构网型功率同步控制糅合在一起，全部由交流器的交流侧负责实现，会在控制上直接引入交/直流侧耦合。

4、然而，无论是锂离子电池储能系统，还是钠离子电池储能系统，其充放电状态过程带来的直流电压变化，均会对交流侧构网型储能交流器的稳定运行带来一定影响。特别是钠离子电池，与锂离子电池相比，不具备平稳的放电平台，对负载变化更为敏感，使得基于钠离子电池的储能系统在构网控制方面存在较大缺陷，其直流侧电压变化更加剧烈，势必会对交流侧构网型储能交流器的稳定运行带来不利影响。

5、因此，现有技术中在直流侧无法实现统一的直流母线电压，需要交流侧协助稳定直流母线电压，并且需要交流侧控制器协助均衡直流侧电池soc，导致交/直流侧控制存在耦合，进一步导致了整个储能系统的稳定运行问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提出一种构网型储能系统交直流侧协调控制系统及方法，直流侧采用定直流母线电压控制，交流侧采用构网型控制，实现构网型储能系统交/直流侧控制解耦，提高储能系统运行稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种构网型储能系统交直流侧协调控制系统，包括：储能变流器、电池堆、电容cdc、第一电感lg、第二电感lf；

4、所述储能交流器的直流侧与所述电池堆的直流端口连接，所述电容cdc与所述储能变流器的直流侧以及所述电池堆相并联；所述电池堆由若干电池簇并联组成；

5、所述储能交流器的交流侧依次通过第二电感lf、第一电感lg与电网连接；所述第二电感lf、第一电感lg之间设置pcc点；

6、所述储能变流器的交流侧与构网型控制系统连接；所述储能交流器的直流侧与定直流母线电压控制系统连接；

7、所述构网型控制系统，用于基于pcc点采集的电压值和电流值，生成储能交流器的调制信号vc；

8、所述定直流母线电压控制系统，用于基于各电池簇所在桥臂电流值iarm1～iarmn、若干电池簇中所有电池soc状态soc11～socmn以及根据电容cdc两端的电压计算得到的每个电池簇所在桥臂电流参考值iarmref，生成各个电池簇所需的调制信号m1～mn。

9、进一步地，所述构网型控制系统包括：第一电压传感器、第一电流传感器、功率计算模块、功率同步控制模块、无功-电压控制模块和电压-电流双环控制模块；

10、所述第一电压传感器和第一电流传感器分别与所述pcc点连接；

11、所述第一电压传感器和第一电流传感器分别与所述功率计算模块连接；所述功率计算模块分别与所述功率同步控制模块和无功-电压控制模块连接；所述功率同步控制模块和无功-电压控制模块与电压-电流双环控制模块连接；

12、所述第一电压传感器用于采集pcc点的电压信息，所述第一电流传感器用于采集pcc点的电流信息；

13、所述功率计算模块用于接收pcc点的电压信息和pcc点的电流信息，并得到计算出储能交流器传输的有功功率p和无功功率q；

14、所述功率同步控制模块用于根据储能交流器传输的有功功率参考值pref和有功功率p得到参考电压的相角θ；

15、所述无功-电压控制模块用于根据无功功率参考值qref和无功功率q得到参考电压的幅值e；

16、所述电压-电流双环控制模块用于根据参考电压的相角θ和参考电压的幅值e，生成储能变流器的调制信号vc。

17、进一步地，所述定直流母线电压控制系统包括：第二电压传感器、差值计算模块、pi调节器、电流内环和soc均衡控制模块；

18、所述第二电压传感器与电容cdc连接，所述差值计算模块与所述第二电压传感器连接；所述差值计算模块与pi调节器连接；所述pi调节器与电流内环和soc均衡控制模块连接，所述电流内环和soc均衡控制模块与电池堆中的电路模组连接；

19、所述第二电压传感器用于采集电容cdc两端的电压值udc；

20、所述差值计算模块用于将电压值udc与参考值udcref进行比较，得到电压比较差值；

21、所述pi调节器用于对电压比较差值和参考值udcref进行调制，得到桥臂电流参考值iarmref；

22、所述电流内环和soc均衡控制模块基于各电池簇所在桥臂电流值iarm1～iarmn、若干电池簇中所有电池soc状态soc11～socmn以及根据桥臂电流参考值iarmref，生成各个电池簇所需的调制信号m1～mn。

23、本发明提供了一种构网型储能系统交直流侧协调控制方法，所述方法包括以下步骤：

24、s1、对储能变流器的交流侧的pcc点的电压信号和电流信号进行采样，分别获得pcc点的电压值和pcc点的电流值；

25、s2、将pcc点的电压值和pcc点的电流值分别输入到交流侧构网型控制系统中进行数据处理，得到储能交流器的调制信号vc；

26、s3、对储能变流器的直流侧的电容cdc的电压信号进行采样，得到电容cdc的电压值udc；

27、基于差值计算模块对电压值udc与参考值udcref进行比较，得到电压比较差值；

28、将电压比较差值输入到pi调节器中，得到电池堆中每个电池簇所在的桥臂电流参考值iarmref；

29、s4、获得电池堆中各个电池簇所在的桥臂电流值iarm1～iarmn和所有电池soc状态soc11～socmn；

30、s5、将桥臂电流参考值iarmref、桥臂电流值iarm1～iarmn和所有电池soc状态soc11～socmn输入到电流内环和soc均衡控制模块中，得到每个电池簇所需的调制信号m1～mn。

31、进一步地，所述步骤s2中将pcc点的电压值和pcc点的电流值分别输入到交流侧构网型控制系统中进行数据处理，得到储能交流器的调制信号vc,具体为：

32、将所述pcc点的电压和pcc点的电流输入到功率计算模块中，分别得到pcc点处的有功功率p和无功功率q；

33、将有功功率p与有功功率参考值pref输入到功率同步控制模块中，得到参考电压的相角θ；

34、将无功功率q和无功功率参考值qref输入到无功-电压控制模块中，得到参考电压的幅值e；

35、将参考电压的相角θ和参考电压的幅值e输入到电压-电流双环控制模块中，得到储能交流器调制信号vc。

36、进一步地，所述步骤s1中，对储能变流器的交流侧的pcc点的电压信号和电流信号进行采样，分别获得pcc点的电压值和pcc点的电流值，具体为：

37、利用所述第一电压传感器采集pcc点的电压信号；

38、利用所述第一电流传感器采集pcc点的电流信号。

39、根据本发明提供的具体实施例，本发明首先从拓扑上将所有电池作为一个整体进行控制，然后再从控制策略上由电池堆负责实现定直流母线电压和所有电池soc均衡控制，同时由储能变流器负责实现构网控制，从而摒弃了现有方案中“储能变流器既实现构网控制又实现直流母线电压控制”的控制策略，实现了交/直流侧解耦控制，提升了系统的小干扰稳定性和大扰动稳定性。