CN104578125A - 一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，包括步骤1：初始化储能电站中各电气设备；步骤2：PCS单元之间互相发送通信信息；步骤3：若PCS单元发出的通信信息和接收的回应信息数量相同，则PCS单元开始并网；步骤4：确定一台PCS单元为主机，其余PCS单元为从机；步骤5：从机依据主机的输出电压进行调整，开始并网；步骤6：若从机在预置时间内未能完成并网，则停止并网，发送并网失败信号。与现有技术相比，本发明提供的一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，能够实现多储能变流器在线可靠并联，扩大储能电站的容量；采取储能变流器上电自由抢主的策略，避免人为设定主机出现故障的风险，提高储能电站的可靠性。

Description

一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法

技术领域

本发明涉及一种储能变流器的控制方法，具体涉及一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法。

背景技术

储能电站包括抽水储能电站、风能抽水储能电站和利用大容量电池组结合各种新能源发电的储能电站。

①：抽水储能电站安装有抽水—发电两用机组，又能抽水，又能发电。在白天和前半夜，水库放水，高水位的水通过两用机组，此时两用机组作为发电机，将高水位的水的机械能转化为电能，向电网输送。解决用电高峰时电力不足；到后半夜，电网处于用电低谷，电网中不能储存电能，这时将两用机组作为抽水机(两用机组可作反向旋转)，利用电网中多余的电能，将低水位的水抽向高水位，并注入高水位的水库中，这样，在用电低谷时把电网中多余的电能转化为水的机械能储存在水库中。到用电高峰，水库放水，又将水的机械能，通过发电机转化为电能，向电网输送。水库中的水多次使用，与两机组一起，完成能量的多次转化。高水位水库储存了大量低水位的水，相当于储存电网中多余的电能，解决了电能不能储存的问题。由于用电高峰和低谷的电价不同，高峰电价高，低谷电价低，这样使抽水蓄电站的经济效益也大大提高了。

②：风能抽水储能电站的主要作用：一个是日调峰作用，就是在用电低谷时用电网的电抽水，用电高峰时用水发电供应电网。二是年调节作用，即在丰水季节电能过剩时用电把水抽到高位水库，到枯水季节时再放水发电，供应电网。

以储能电池作为储能器件的储能电站，其储能电池单体容量较小，需要采用单体电池串并联的方式组成电池系统，再接入由于单台储能变流器(Power conversion system，PCS)，由于电池系统和PCS系统的容量有限，目前已无法满足兆瓦级电站的功率需求，若采用变流器并联的方式，可兼具扩容和提高可维护性等诸多优点，但是串并联方式会导致系统间的均压和均流问题，如果处理不恰当，会引起储能电池寿命减少或者损坏，且会导致PCS系统之间的环流，引起设备故障。PCS系统并联应满足以下要求：

①：冗余供电，当个别变流器出现问题的时候，并联系统仍然能稳定工作；

②：稳定性好，某个变流器系统的接入或退出对系统输出电压和电流的影响较小，并且能适应电网侧和电池侧的需求；

③：可扩展性好，可实现多台PCS系统的扩展，提高系统的在线扩容能力；

④：均分特性好：并联的每个PCS能平均分担电流。

因此，为了实现多台PCS的稳定并联运行以使得大容量储能系统的并网运行，需要提供一种并联控制方法，使得各PCS系统输出的电压频率、幅值及相位与主机一致，实现多PCS系统的稳定并联运行。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，所述储能电站包括分别与隔离变压器连接的N条并联支路；所述并联支路包括依次连接的储能电池单元、PCS单元、三相并网滤波器和三相并网接触器单元；所述三相并网接触器单元接入所述隔离变压器；所述方法包括：

步骤1：初始化所述储能电站中各电气设备；

步骤2：所述PCS单元之间互相发送通信信息；所述PCS单元接收到通信信息后向发送该通信信息的PCS单元返回回应信息；

步骤3：若所述PCS单元发出的通信信息和接收的回应信息数量相同，则所述PCS单元开始并网；

步骤4：对步骤3中的所有PCS单元进行逆变输出控制，确定一台PCS单元为主机，其余PCS单元为从机；所述主机向所有从机发送并网同步信号；

步骤5：所述从机依据主机的输出电压进行调整，开始并网；

步骤6：若所述从机在预置时间内未能完成并网，则停止并网，发送并网失败信号。

优选的，所述PCS单元通过PROFINET实时工业以太网发送所述通信信息、回应信息和并网同步信号；

优选的，所述储能电池单元包括并联在储能电池两端的直流母线电容；储能电池与直流母线电容之间设有接触器单元；所述接触器单元包括串联的熔断器、辅助接触器和限流电阻；所述辅助接触器与限流电阻串联电路的两端并联有主接触器；

所述步骤3中PCS单元开始并网后，对储能电池单元的直流母线电容预充电，包括：

步骤3-1：闭合辅助接触器，直流母线电容开始充电；

步骤3-2：若直流母线电容两端电压值达到预置电压值后，则闭合主接触器，断开辅助接触器；

优选的，所述PCS单元包括三相全桥电路和控制器；所述步骤4中对PCS单元进行逆变输出控制包括：

步骤4-1：设置PCS单元的交流电压期望值，所述交流电压期望值的各项参数与储能电站接入的电网电压参数相同；所述参数包括交流电压相位、幅值和频率；

步骤4-2：所述控制器向三相全桥电路发送PWM调制信号，并采集三相全桥电路输出的交流信号；

步骤4-3：所述控制器依据所述交流电压期望值和所述交流信号对三桥全桥电路进行反馈调节；

步骤4-4：当所述交流信号中的交流电压相位、幅值和频率分别与所述交流电压参数相同时，所述PCS单元作为主机向其余N-1条并联支路中的PCS单元发送并网同步信号；

优选的，所述步骤5中从机依据主机的输出电压进行调整，包括：

步骤5-1：从机的控制器接收主机发送的并网同步信号，分析所述并网同步信号中的交流电压相位、幅值和频率；

步骤5-2：所述控制器依据所述交流电压相位、幅值和频率向从机的三相全桥电路发送PWM调制信号，调节从机输出的交流信号；

优选的，所述储能电站还包括监控平台；

所述监控平台，用于监测储能电站中PROFINET实时工业以太网上传输的信号数据，以保证在发生通信故障时储能电站稳定运行。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，能够实现多个储能变流器在线可靠并联，扩大了储能电站的容量；采取储能变流器上电自由抢主的策略，避免人为设定主机出现故障的风险，提高了储能电站的可靠性；

2、本发明提供的一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，.在并网过程中，对储能变流器进行逆变输出控制，避免了在并网过程中出现过流故障；

3、本发明提供的一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，PROFINET实时工业以太网进行数据传输，各储能变流器均采用统一的通信协议和接口，简化了储能电站的构建，提高了储能变流器之间的交互性；

4、本发明提供的一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，采用监控平台监测储能电站中PROFINET实时工业以太网上传输的信号数据，以保证在发生通信故障时可以对数据进行调度，提高了PROFINET实时工业以太网的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法流程图；

图2：本发明实施例中储能电站结构图；

图3：本发明实施例中PCS单元与PROFINET实时工业以太网通信示意图；

其中，1：储能电池单元；11：储能电池；12：熔断器；13：辅助接触器；14：主接触器；15：限流电阻；2：直流母线电容；3：PCS单元；4：三相并网滤波器；41：滤波电感模块；42：滤波电容；43：阻尼电阻；5：三相并网辅助接触器；6：并网缓启动限流电阻；7：三相并网主接触器；8：三相熔断器；9：隔离变压器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种应用于储能电站的大容量储能变流器(Power conversion system，PCS)的多机并联控制方法，目的是实现多台PCS的稳定并联运行以实现大容量储能电站的并网运行，它的核心任务是实现上电时台PCS自由抢主并采用PROFINET实时工业以太网同步通信技术，使得各从PCS的输出电压频率、幅值及相位与主机一致，实现多PCS的稳定并联运行。

一、储能电站

如图2所示，储能电站包括分别与隔离变压器9连接的N条并联支路。

每条并联支路均包括依次连接的储能电池单元1、PCS单元3、三相并网滤波器4和三相并网接触器单元；三相并网接触器单元接入隔离变压器9。

储能电池单元1包括并联在储能电池11两端的直流母线电容2；储能电池11一端与直流母线电容2一端之间设有接触器单元；接触器单元包括串联的熔断器12、辅助接触器13和限流电阻15；辅助接触器13与限流电阻15组成的串联电路的两端并联有主接触器14。

PCS单元包括三相全桥电路和控制器。

三相并网滤波器4包括两个串联的滤波电感模块42，滤波电容42和阻尼电阻43并联在两个滤波电感模块42之间。

三相并网接触器单元包括三相并网辅助接触器5、并网缓启动限流电阻6、三相并网主接触器7和三相熔断器8。其中，三相并网辅助接触器5、并网缓启动限流电阻6和三相熔断器8串联，三相并网辅助接触器5与滤波电感模块42连接，三相熔断器8与隔离变压器连接，三相并网主接触器7并联在三相并网辅助接触器5和并网缓启动限流电阻6组成的串联电路的两端。

二、储能变流器并联控制方法

如图1所示，本发明提供的一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法的具体步骤包括：

1、初始化储能电站中各电气设备。

将储能电站中所有的PCS单元连接到共用的交流母线上，其他设备上电自检，自检正确的设备开始工作。

2、PCS单元之间互相发送通信信息；PCS单元接收到通信信息后向发送该通信信息的PCS单元返回回应信息，即每台PCS单元针对其所接收到的其他所有PCS单元的通信信息发出相应的回应信号。

PCS单元通过PROFINET实时工业以太网发送通信信息和回应信息。

3、若PCS单元接收的回应信息正确，且其发出的通信信息和接收的回应信息数量相同，则PCS单元开始并网。PCS单元开始并网后，对储能电池单元1的直流母线电容2预充电，包括：

①：闭合辅助接触器13，直流母线电容2开始充电.

②：若直流母线电容2两端电压值达到预置电压值后，则闭合主接触器14，断开辅助接触器13。

4、对步骤3中确定的所有PCS单元进行逆变输出控制，并确定一台PCS单元为主机，其余PCS单元为从机；主机通过PROFINET实时工业以太网向所有从机发送并网同步信号。

该逆变输出控制包括：

①：设置PCS单元的交流电压期望值，该期望值的各项参数与储能电站接入的电网电压信号相同，包括交流电压相位、幅值和频率。

②：控制器向三相全桥电路发送PWM调制信号，并采集三相全桥电路输出的交流信号。

③：控制器依据上述交流电压期望值和交流信号对三桥全桥电路进行反馈调节。

④：当交流信号中的交流电压相位、幅值和频率分别与交流电压参数相同时，PCS单元作为主机向其余N-1条并联支路中的PCS单元发送并网同步信号。

5、从机依据主机的输出电压进行调整，开始并网。

具体调整步骤包括：

①：从机的控制器接收主机发送的并网同步信号，分析并网同步信号中的交流电压相位、幅值和频率。

②：控制器依据交流电压相位、幅值和频率向从机的三相全桥电路发送PWM调制信号，调节从机输出的交流信号。

6、若从机在预置时间内未能完成并网，则停止并网，发送并网失败信号。

若从机并网成功，则闭合三相并网主接触器7，并根据需求自动逐步提高输出的交流电流或功率至目标值。

当储能电站正在运行，且需要实现在线扩容时，需要并入现有储能电站的储能变流器，按照上述步骤1-6实现储能变流器并网，但是新并入的储能变流器直接作为从机，检测交流母线电压的相位、幅值和频率，调整其输出使得输出的电压幅值、频率及相位和交流母线一致，完成和其他储能变流器的同步。

三、监控平台

如图3所示，本实施例中储能电站还包括监控平台，该监控平台，用于监测储能电站中PROFINET实时工业以太网上传输的信号数据，以保证在发生通信故障时储能电站稳定运行。

其中，基于PROFINET实时工业以太网形成的并联控制架构包括下述功能：

①：各PCS单元的控制器把需要传输的多个控制变量信息按照PROFINET网络通信协议规定的格式打成数据包，发送到通信网络线上传输，数据可以通过网络共享。

②：各PCS单元的控制器根据不同控制环对数据的要求采取不同的优先级传输；

例如，对电网工频电压和电流反馈控制环采用中速控制环，传输等级为1-20ms；对以IGBT开关周期采样的电压和电流反馈控制环采用快速控制环，传输等级为10-100us；对故障反馈或突发请求的数据采用突发性控制环，传输等级为几个us。

③：各PCS单元根据数据优先级的划分，从网络上获取需要的数据，并根据协议进行数据解码。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于储能电站的大容量储能变流器的并联控制方法，所述储能电站包括分别与隔离变压器连接的N条并联支路；所述并联支路包括依次连接的储能电池单元、PCS单元、三相并网滤波器和三相并网接触器单元；所述三相并网接触器单元接入所述隔离变压器；其特征在于，所述方法包括：

步骤1：初始化所述储能电站中各电气设备；

步骤2：所述PCS单元之间互相发送通信信息；所述PCS单元接收到通信信息后向发送该通信信息的PCS单元返回回应信息；

步骤3：若所述PCS单元发出的通信信息和接收的回应信息数量相同，则所述PCS单元开始并网；

步骤4：对步骤3中的所有PCS单元进行逆变输出控制，确定一台PCS单元为主机，其余PCS单元为从机；所述主机向所有从机发送并网同步信号；

步骤5：所述从机依据主机的输出电压进行调整，开始并网；

步骤6：若所述从机在预置时间内未能完成并网，则停止并网，发送并网失败信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PCS单元通过PROFINET实时工业以太网发送所述通信信息、回应信息和并网同步信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能电池单元包括并联在储能电池两端的直流母线电容；储能电池与直流母线电容之间设有接触器单元；所述接触器单元包括串联的熔断器、辅助接触器和限流电阻；所述辅助接触器与限流电阻串联电路的两端并联有主接触器；

所述步骤3中PCS单元开始并网后，对储能电池单元的直流母线电容预充电，包括：

步骤3-1：闭合辅助接触器，直流母线电容开始充电；

步骤3-2：若直流母线电容两端电压值达到预置电压值后，则闭合主接触器，断开辅助接触器。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PCS单元包括三相全桥电路和控制器；所述步骤4中对PCS单元进行逆变输出控制包括：

步骤4-1：设置PCS单元的交流电压期望值，所述交流电压期望值的各项参数与储能电站接入的电网电压参数相同；所述参数包括交流电压相位、幅值和频率；

步骤4-2：所述控制器向三相全桥电路发送PWM调制信号，并采集三相全桥电路输出的交流信号；

步骤4-3：所述控制器依据所述交流电压期望值和所述交流信号对三桥全桥电路进行反馈调节；

步骤4-4：当所述交流信号中的交流电压相位、幅值和频率分别与所述交流电压参数相同时，所述PCS单元作为主机向其余N-1条并联支路中的PCS单元发送并网同步信号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中从机依据主机的输出电压进行调整，包括：

步骤5-1：从机的控制器接收主机发送的并网同步信号，分析所述并网同步信号中的交流电压相位、幅值和频率；

步骤5-2：所述控制器依据所述交流电压相位、幅值和频率向从机的三相全桥电路发送PWM调制信号，调节从机输出的交流信号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能电站还包括监控平台；

所述监控平台，用于监测储能电站中PROFINET实时工业以太网上传输的信号数据，以保证在发生通信故障时储能电站稳定运行。