适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法及系统与流程

本发明涉及交流电网潮流调节、电力电子技术、储能，特别是适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法及系统。

背景技术：

1、储能系统可以平滑风光功率波动，削峰填谷，为电网提供惯量及阻尼支撑，提高电网调节能力，改善电能质量，为高比例风光电源的消纳提供了有效的解决途径，尤其是随着电力电子技术的发展，以级联h桥型储能系统(cascaded h-bridge energy storagesystem,chb-ess)为代表的大容量储能系统极具发展潜力。但现有chb-ess只有单个交流端口，与馈线采用“一对一“连接方式。随着新型源荷的规模化接入，需要在配电网中分散接入大量ess，导致建设成本高，占地面积大等问题，且不具备对负荷空间层面的实时转移能力；另一方面，柔性互联方案利用以电力电子开关为不同配电馈线提供互联端口，可实现配电网常态化的“软连接“，也可显著增强配电网的灵活调节能力，但是并不具备储能系统对负荷的时间转移能力，且在拓展端口时需要拓展全功率结构，同样面临成本高、体积大的问题。

2、针对上述问题，有学者基于现有单交流端口chb-ess结构，融合柔性互联技术优势，通过增加小功率半桥模块，提出一种具有多个中压交流端口的链式电池储能功率变换系统(multiple-ac-ports cascaded h-bridge energy storage system,macp-chb-ess)，具备多个交流馈线接入同一chb-ess，可实现不同区域交流电网之间的互联互济与储能共享，有利于提高储能系统的利用率，优化系统潮流运行。在自然状态下，线路的潮流分配取决于各线路的阻抗参数，极易出现线路潮流分配不均，某些线路因而出现重载甚至过载，而其他线路则可能处于轻载或未被充分利用的状态。在此情况下，重载线路上的设备和保护装置的要求较高，而轻载线路的设备则远未达到其承载能力。在极端情况下，这可能导致受电端失去所有外部供电，内部系统因功率不足而崩溃。因此，为了确保电网的稳定运行，平衡各线路的功率，提出一种适用于多中压交流端口源网荷储系统的功率平衡方法。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题是：如何解决现有柔性互联结构不具备储能系统对负荷的时间转移能力，且在拓展端口时需要拓展全功率结构，面临成本高、体积大的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法，包括，构建多个中压交流端口的链式电池储能功率变换系统macp-chb-ess，针对系统构建馈线潮流调节动态方程；得到dq坐标系下的基频动态方程频域形式；通过pi控制器对馈线潮流进行闭环控制；通过各模块调制度最优控制，实现所联馈线的潮流均衡控制。

4、作为本发明所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的一种优选方案，其中：所述馈线潮流调节包括macp-chb-ess采用了串并联有功交互型潮流调节方法，通过调节pfcm中潮流调节半桥模块的输出电压，在调节范围自由调节馈线潮流，已知馈线电流的条件下，馈线潮流的计算表示为，

5、

6、其中，pj为macp-chb-ess端口j所联馈线的有功功率，qj为macp-chb-ess端口j所联馈线的无功功率，vj为馈线节点电压，ij为馈线电流，下标d和q分别表示以平衡馈线1节点电压为定向的同步旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量；在节点电压确定的情况下，馈线潮流调节通过控制馈线电流实现；依据基尔霍夫电压定律，列出系统动态电压方程表示为：

7、

8、其中，i为馈线电流，v为馈线节点电压，k＝a,b,c为a、b、c三相，l为馈线等效电感，r为电阻，j为第j条馈线。

9、作为本发明所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的一种优选方案，其中：所述dq坐标系下的基频动态方程频域形式包括对系统动态电压方程运用park变换矩阵，park变换矩阵表示为：

10、

11、其中，tabc/dq0为park变换矩阵；得到dq坐标系下的动态电压方程表示为：

12、

13、其中，ω为为馈线1的电压角频率。

14、作为本发明所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的一种优选方案，其中：所述dq坐标系下的基频动态方程频域形式还包括对dq坐标系下的动态电压方程进行拉普拉斯变换，得到macp-chb-ess串联等效调节电压、馈线节点电压和馈线电流在dq坐标系下的基频动态方程的频域形式表示为：

15、

16、macp-chb-ess的馈线j的电流取决于馈线的节点电压和潮流调节半桥的等效输出电压，得到从潮流调节半桥的串联等效输出电压、馈线节点电压以及馈线电流之间存在的传递函数关系，馈线电流在调节过程中在d轴和q轴分量之间存在耦合，且受到馈线节点电压扰动的影响。

17、作为本发明所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的一种优选方案，其中：所述闭环控制包括根据dq坐标系下的基频动态方程频域形式的馈线功率与馈线电压电流间的关系，则馈线j的电流参考值计算表示为：

18、

19、其中，为馈线j的有功功率的参考值，为馈线j的无功功率的参考值，为馈线j的d轴电流参考值，为馈线j的q轴电流参考值；针对内环电流控制器，由馈线j的电流参考值计算可知，控制器输出变量为第j条馈线电流的d轴和q轴分量ijd和ijq，为控制变量馈线1与馈线j等效串联电压的d轴和q轴分量δvc1jd和δvc1jq，v1d、v1q、vjd和vjq则为扰动变量，且馈线的d轴和q轴电流之间存在耦合；利用pi控制器，对馈线j(＝2,3,…,n)上的电流进行闭环控制，同时考虑dq轴间的电流耦合项和馈线节点电压扰动项的影响。

20、作为本发明所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的一种优选方案，其中：所述潮流均衡控制包括引入电流的耦合补偿项ωl1i1q、ωljijq、ωl1i1d和ωljijd实现电流的解耦控制，并加入电压的前馈补偿项v1d、vjd、v1q和vjq抵消馈线节点电压扰动的影响，得到dq坐标系下的串联等效电压δvc1jd*和δvc1jq*，潮流调节控制中的串联等效电压参考值表示为：

21、

22、其中，kp为比例系数，ki为积分系数，为d轴串联等效电压，为q轴串联等效电压。

23、作为本发明所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的一种优选方案，其中：所述潮流均衡控制还包括由串联等效电压参考值公式得到dq轴下的串联等效电压参考值δvc1jd*和δvc1jq*后，利用park反变换将其转换至a-b-c坐标系下的电压参考值δvc1ja*、δvc1jb*、δvc1jb*，为得到pfcm中每个潮流调节半桥的参考电压，需给定与平衡馈线1相连的hbsm的输出参考电压表示为：

24、

25、则每条馈线所联潮流调节半桥输出电压表示为：

26、

27、其中，为每条馈线所联潮流调节半桥输出电压；得到macp-chb-ess馈线潮流控制策略。

28、本发明的另外一个目的是提供适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的系统，其能通过构建适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡系统，解决了适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡问题。

29、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡系统，包括，macp-chb-ess构建模块、基频动态方程模块、闭环控制模块及潮流均衡控制模块；所述macp-chb-ess构建模块用于构建多个中压交流端口的链式电池储能功率变换系统macp-chb-ess，针对系统构建馈线潮流调节动态方程；所述基频动态方程模块用于得到dq坐标系下的基频动态方程频域形式；所述闭环控制模块用于通过pi控制器对馈线潮流进行闭环控制；所述潮流均衡控制模块用于通过各模块调制度最优控制，实现所联馈线的潮流均衡控制。

30、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的步骤。

31、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法的步骤。

32、本发明有益效果为：本发明提供的适用于多中压交流端口源网荷储系统功率平衡方法可在macp-chb-ess联接的n条馈线的系统中，实现了所有线路的潮流解耦控制，在满足平衡线路供电需求的同时，可以实现多条馈线上的潮流平衡，不至于出现多并行线路中某线路重载，某线路轻载的问题。