CN108711875A - 一种分布式储能单元协调控制系统及控制方法 - Google Patents

一种分布式储能单元协调控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种分布式储能单元协调控制系统，协调控制系统包含N个储能单元分离式变流器，N≥2，系统还包含M个分布式储能控制器，M≥2，1个主控制器，1个主控制器可以与M个分布式储能控制器通讯，所述储能单元分离式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元。本发明还提供一种控制方法，当电力电子变换单元停止工作时，可通过协调控制系统中的控制器投入变流器的分离式储能单元，可为直流母线提供储能容量，大大提升了设备的利用率，节约成本。

Description

一种分布式储能单元协调控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变流器领域，特别涉及一种分布式储能单元协调控制系统。
背景技术
近年来分布式发电技术的不断进步以及电力电子技术的日益成熟，分布式发电在电网中的应用范围越来越广泛，且逐渐成为大电网的有效补充，分布式电源、负荷以及储能装置构成直流微网。一方面，由于大量的分布式电源并入电网运行，分布式电源本身的出力波动性较大，因此需要大容量的储能单元平抑潮流的波动，达到供需的平衡。而大容量的储能单元成本过高，占地过大，储能技术的瓶颈严重限制了分布式发电技术的发展。另一方面，分布式电源并入直流电网需要经过电力电子变换器，电力电子变流器均带有一定容量的储能单元，用于在进行交直流变换过程中起到滤除谐波，稳定电压的作用，在现有技术中，这部分的储能单元是与电力电子变流器集成在一起的，在分布式电源退出运行时，储能单元也退出运行，未得到充分的利用。大量的分布式储能单元需要统一协调控制，使分布式储能单元中的分离式储能单元经济、可靠的接入直流电网。
发明内容
本发明旨在解决上述方案的不足，提供一种分布式储能单元协调控制系统，该系统可以协调控制各分布式储能单元，使设备经济、可靠的接入直流电网。
为了达到上述目的，本发明提供一种分布式储能单元协调控制系统，具体如下：
一种分布式储能单元协调控制系统，所述协调控制系统包含N个储能单元分离式变流器(N≥2)，系统还包含M个分布式储能控制器(M≥2)和1个主控制器，1个主控制器可以与M个分布式储能控制器通讯；
所述储能单元分离式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离；所述第二开关组串联在储能单元与直流电网之间，可通过分开第二开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与直流电网分离；
储能单元分离式变流器中的电力电子变换单元可以为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与第一开关组连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
储能单元分离式变流器中的电力电子变换单元可以为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与第一开关组连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
其中，所述协调控制系统还包含K个无储能变流器(K≥1)，所述无储能变流器包含电力电子变换单元。
无储能变流器中的电力电子变换单元可以为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与直流电网连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
无储能变流器中的电力电子变换单元可以为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与直流电网连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
其中，所述分布式储能控制器的数量M≤(N+K)。
其中，所述分布式储能控制器与分离式变流器或无储能变流器之间可进行一对一通讯。
其中，所述分布式储能控制器与分离式变流器或无储能变流器之间也可进行一对多通讯。
其中，所述分布式储能控制器可以控制与其建立通讯的分离式储能单元中的第一开关组与第二开关组的分合。
其中，所述控制系统还包括1个主变流器，主变流器为交-直变换器，交流侧连接交流电源，直流侧连接直流电网。
其中，所述分布式储能控制器可以接受主控制器下发的有功和无功定值，控制电力电子变换单元响应指令。
本发明还包括了分布式储能单元协调控制方法：
(1)当储能单元分离式变流器与主变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组处于分开的状态，当接收到并网指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：主控制器控制主变流器启动；
步骤2：主控制器检测到直流母线电压稳定后，向分布式储能控制器发送启动命令；
步骤3：分布式储能控制器控制闭合第一开关组；
步骤4：分布式储能控制器控制闭合第二开关组；
步骤5：分布式储能控制器确认开关位置正确后，向电力电子变换单元发送启动命令；
步骤6：电力电子变换单元启动；
步骤7：启动完成后，电力电子变换单元反馈启动成功命令给分布式储能控制器；
步骤8：分布式储能控制器将启动成功命令反馈给主控制器；
(2)当储能单元分离式变流器与主变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组处于分开的状态，当接收到储能单元投入指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：主控制器控制主变流器启动；
步骤2：主控制器检测到直流母线电压稳定后，向分布式储能控制器发送储能单元投入命令；
步骤3：分布式储能控制器控制闭合第二开关组；
步骤4：分布式储能控制器确认开关位置正确后，向主控制器发送投入成功命令；
(3)当储能单元分离式变流器处于在线状态时，第一开关组、第二开关组处于合闸的状态，当电力电子变换单元发生临时故障时(本体、线路)，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分布式储能控制器闭锁电力电子变换单元；
步骤2：等待故障消失；
步骤3：分布式储能控制器重新启动电力电子变换单元。
(4)当储能单元分离式变流器处于在线状态时，第一开关组、第二开关组处于合闸的状态，当电力电子变换单元发生永久故障时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分布式储能控制器闭锁电力电子变换单元；
步骤2：分布式储能控制器分闸第一开关组；
本发明的有益效果是：
(1)变流器停止工作时，可利用闲置变流器的储能单元，通过开关将储能单元与变流器分离，变流器与直流母线连接，可为直流母线提供储能容量，提高了设备利用率。
(2)本发明系统中还包含无储能变流器，无储能变流器可以利用临近的储能单元分离式变流器中的储能单元，实现了设备之间的共享，减少系统的总成本。
(3)通过协调控制，使储能单元得到有效利用的同时，保证分布在直流母线的电压稳定，分布式储能与集中式储能相比，可使直流母线电压在各处均匀分布，避免产生环流
(4)将全部设备接入控制系统，可搜集整个网络的设备状态，以此作为判据，来进行实时控制，一旦检测到有单元故障，可及时调整协调控制策略，提高系统运行可靠性。
附图说明
图1是本发明分布式储能单元协调控制系统拓扑示意图；
图2是本发明储能单元分离式变流器拓扑示意图；
图3是本发明直-直变换器一种实施示意图；
图4是本发明交-直变换器一种实施示意图；
图中标号名称：1、主控制器；2、变流器；3、电力电子变换单元；4、分布式储能控制器1；5、分布式储能控制器2；6、分布式储能控制器M-1；7、分布式储能控制器M；8、分离式变流器1；9、分离式变流器2；10、分离式变流器N；11、无储能变流器1；12、无储能变流器K；13、三相交流负荷；14、交流电源；15、直流负荷；16、直流电源；17、开关组1；18、开关组2；19、储能单元；20、直流电网；
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本实施例的一种分布式储能单元协调控制系统，所述协调控制系统包含N个储能单元分离式变流器(N≥2)，系统还包含M个分布式储能控制器，在实施例中N＝3，M＝4，系统还包含1个主控制器，1个主控制器可以与4个分布式储能控制器通讯；其中储能单元分离式变流器包含一个电力电子变换器和一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换器分离；所述第二开关组串联在储能单元与直流电网之间；
储能单元分离式变流器中的电力电子变换单元可以为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与第一开关组连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
储能单元分离式变流器中的电力电子变换单元可以为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与第一开关组连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
其中，所述协调控制系统还包含K个无储能变流器(K≥1)，所述无储能变流器包含电力电子变换单元，本实施例中K＝2。
无储能变流器中的电力电子变换单元可以为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与直流电网连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
无储能变流器中的电力电子变换单元可以为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与直流电网连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
直-直变换器的一种拓扑结构如图3所示。
交-直变换器的一种拓扑结构如图4所示。
其中，所述分布式储能控制器的数量M≤(N+K)，本实施例中4<(2+3)。
分布式储能控制器与分离式变流器或无储能变流器之间可进行一对一通讯，如图1所示，储能控制器1，储能控制器2和储能控制M-1与3个储能单元分离式变流器一对一通讯。
分布式储能控制器与分离式变流器或无储能变流器之间也可进行一对多通讯。如图1所示，储能控制器M与两个无储能变流器之间实现1对2的通讯。
其中，本实施例分布式储能控制器可以控制与其建立通讯的分离式储能单元中的第一开关组与第二开关组的分合。
其中，本实施例控制系统还包括1个主变流器，主变流器为交-直变换器，交流侧连接交流电源，直流侧连接直流电网。
其中，本实施例分布式储能控制器可以接受主控制器下发的有功和无功定值，控制电力电子变换单元响应指令。
本实施例还提供分布式储能单元协调控制方法：
(1)当储能单元分离式变流器与主变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组处于分开的状态，当接收到并网指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：主控制器控制主变流器启动；
步骤2：主控制器检测到直流母线电压稳定后，向分布式储能控制器发送启动命令；
步骤3：分布式储能控制器控制闭合第一开关组；
步骤4：分布式储能控制器控制闭合第二开关组；
步骤5：分布式储能控制器确认开关位置正确后，向电力电子变换单元发送启动命令；
步骤6：电力电子变换单元启动；
步骤7：启动完成后，电力电子变换单元反馈启动成功命令给分布式储能控制器；
步骤8：分布式储能控制器将启动成功命令反馈给主控制器；
(2)当储能单元分离式变流器与主变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组处于分开的状态，当接收到储能单元投入指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：主控制器控制主变流器启动；
步骤2：主控制器检测到直流母线电压稳定后，向分布式储能控制器发送储能单元投入命令；
步骤3：分布式储能控制器控制闭合第二开关组；
步骤4：分布式储能控制器确认开关位置正确后，向主控制器发送投入成功命令；
(3)当储能单元分离式变流器处于在线状态时，第一开关组、第二开关组处于合闸的状态，当电力电子变换单元发生临时故障时(本体、线路)，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分布式储能控制器闭锁电力电子变换单元；
步骤2：等待故障消失；
步骤3：分布式储能控制器重新启动电力电子变换单元。
(4)当储能单元分离式变流器处于在线状态时，第一开关组、第二开关组处于合闸的状态，当电力电子变换单元发生永久故障时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分布式储能控制器闭锁电力电子变换单元；
步骤2：分布式储能控制器分闸第一开关组；
其中储能单元投入时，可以选择全部投入，也可以选择部分投入，可根据实际情况，由主控制器进行统一协调调度。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述协调控制系统包含N个储能单元分离式变流器，N≥2，系统还包含M个分布式储能控制器，M≥2，以及1个主控制器，所述主控制器与M个分布式储能控制器通讯；
所述储能单元分离式变流器包含一个电力电子变换单元和至少一个分离式储能单元，所述分离式储能单元包括储能单元、第一开关组与第二开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离；所述第二开关组串联在储能单元与直流电网之间，通过分开第二开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与直流电网分离。
2.如权利要求1所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与第一开关组连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
3.如权利要求1所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述电力电子变换单元为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与第一开关组连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
4.如权利要求1所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述协调控制系统还包含K个无储能变流器，K≥1，所述无储能变流器包含电力电子变换单元。
5.如权利要求4所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与直流电网连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
6.如权利要求4所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述电力电子变换单元为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与直流电网连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
7.如权利要求4所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述分布式储能控制器的数量M≤(N+K)。
8.如权利要求1-6所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述分布式储能控制器与分离式变流器或无储能变流器之间进行一对一通讯。
9.如权利要求1-6所述的分布式储能单元协调控制系统，其特征在于，所述分布式储能控制器与分离式变流器或无储能变流器之间进行一对多通讯。
10.如权利要求1所述的分布式储能单元协调控制系统，所述分布式储能控制器控制与其建立通讯的分离式储能单元中的第一开关组与第二开关组的分合。
11.如权利要求1所述的分布式储能单元协调控制系统，所述控制系统还包括1个主变流器，主变流器为交-直变换器，交流侧连接交流电源，直流侧连接直流电网。
12.如权利要求1所述的分布式储能单元协调控制系统，所述分布式储能控制器可以接受主控制器下发的有功和无功定值，控制电力电子变换单元响应指令。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的一种分布式储能单元协调控制方法，其特征在于，当储能单元分离式变流器与主变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组处于分开的状态，当接收到并网指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：主控制器控制主变流器启动；
步骤2：主控制器检测到直流母线电压稳定后，向分布式储能控制器发送启动命令；
步骤3：分布式储能控制器控制闭合第一开关组；
步骤4：分布式储能控制器控制闭合第二开关组；
步骤5：分布式储能控制器确认开关位置正确后，向电力电子变换单元发送启动命令；
步骤6：电力电子变换单元启动；
步骤7：启动完成后，电力电子变换单元反馈启动成功命令给分布式储能控制器；
步骤8：分布式储能控制器将启动成功命令反馈给主控制器。
14.如权利要求1至12中任意一项所述的一种分布式储能单元协调控制方法，其特征在于，当储能单元分离式变流器与主变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组处于分开的状态，当接收到储能单元投入指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：主控制器控制主变流器启动；
步骤2：主控制器检测到直流母线电压稳定后，向分布式储能控制器发送储能单元投入命令；
步骤3：分布式储能控制器控制闭合第二开关组；
步骤4：分布式储能控制器确认开关位置正确后，向主控制器发送投入成功命令。
15.如权利要求1至12中任意一项所述的一种分布式储能单元协调控制方法，其特征在于，当储能单元分离式变流器处于在线状态时，第一开关组、第二开关组处于合闸的状态，当电力电子变换单元发生临时故障时(本体、线路)，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分布式储能控制器闭锁电力电子变换单元；
步骤2：等待故障消失；
步骤3：分布式储能控制器重新启动电力电子变换单元。
16.如权利要求1至12中任意一项所述的一种分布式储能单元协调控制方法，其特征在于，当储能单元分离式变流器处于在线状态时，第一开关组、第二开关组处于合闸的状态，当电力电子变换单元发生永久故障时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分布式储能控制器闭锁电力电子变换单元；
步骤2：分布式储能控制器分闸第一开关组。
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