CN109217379B - 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用 - Google Patents
一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109217379B CN109217379B CN201811212262.9A CN201811212262A CN109217379B CN 109217379 B CN109217379 B CN 109217379B CN 201811212262 A CN201811212262 A CN 201811212262A CN 109217379 B CN109217379 B CN 109217379B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- energy storage
- storage system
- voltage
- conversion unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用，根据黑启动给定启动时间deltaT，经黑启动指令计算模块得到当前时刻级联型储能系统输出三相交流电压的给定值，经电压电流双环矢量控制模块得到abc每相的各链节功率变换单元的调制电压，再与均衡控制模块输出的相应各链节功率变换单元的均衡控制电压分量叠加，得到每相中各链节功率变换单元的总调制电压，通过载波相移正弦脉宽调制算法模块得到每相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号。本发明提供的具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用，实现级联型储能系统的高度自均衡控制、高压直挂高效快速启动、高电能质量、便于集中调度的黑启动目的。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统黑启动方法技术领域，具体涉及一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用。
背景技术
传统的电网黑启动一般利用燃油机组、水电机组作为黑启动电源，优先启动火电机组和主电网，再逐步恢复配电网，整个电网按电压等级从上至下恢复。由于目前储能发展迅速，整个电网停电后，若能同时利用广泛分布于配电网中的储能系统，快速恢复配电网中重要负荷和火电机组，将有效加快配电网恢复进程，并可加速主网恢复，从而实现配网的协调恢复。
目前，受大功率电力电子开关器件如IGBT、碳化硅器件等的最大耐压和最大电流参数的限制，单台储能变流器(power conversion system， PCS)的功率一般不大于500kW，即0.5MW。这个功率级别的储能变流器应用于黑启动的场合一般是够用的，但若需要建设类似电力系统储能电站的用于黑启动的大功率大容量储能系统，目前在工程实际中一般是多台变流器在低压交流侧并联运行，再通过多台升压变压器接入10/35kV的配网系统中实现。
而在传统电力系统中，在黑启动电源选择上，有如下要求：黑启动电源在电网中的位置要求离大型机组近、启动路径短、电压等级变换少(历经的变压器数目少)、离重要符合中心近、启动速度快、带负荷能力强、具有电压和频率调节功能、供电时间长。
因此，分布式多台低压储能变流器并联升压到10/35kV配网系统，不仅多了工频变压器升压环节，而且由于分布式多台低压并联接入，黑启动速度受制于多台低压并联储能变流器之间的通信协调时间，启动速度较慢，亟需提供一种额定充放电功率大、电压等级变换少(历经的变压器数目少)、启动速度快、带负荷能力强、具有电压和频率调节功能、供电时间长的储能系统作为主电源提高配电系统黑启动能力。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用，实现级联型储能系统的高度自均衡控制、高压直挂高效快速启动、高电能质量、便于电力系统规模化集中调度的黑启动功能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法，包括以下步骤：
根据黑启动给定启动时间deltaT，经黑启动指令计算模块得到当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值，经电压电流双环矢量控制模块得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；
将各链节功率变换单元的调制电压与均衡控制模块输出的相应各链节功率变换单元的均衡控制电压分量相叠加，得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的总调制电压；
通过载波相移正弦脉宽调制算法模块得到级联型储能系统每一相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号，驱动级联型储能系统实现黑启动。
进一步的，所述黑启动指令计算模块的输入值为黑启动给定启动时间 deltaT，输出值为当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值，包括a相的给定值uaref，b相的给定值ubref，c相的给定值ucref，计算公式为：
uaref＝Acos(2πft+theta) 公式一
ubref＝Acos(2πft+theta-2π/3) 公式二
ubref＝Acos(2πft+theta+2π/3) 公式三
A＝f*U0/f0 公式四
若当前时刻t不大于deltaT时，f＝f0*t/deltaT；
若当前时刻t大于deltaT时，f＝50Hz；
其中，A为级联型储能系统黑启动当前幅值，f为级联型储能系统黑启动当前给定启动频率，t为从黑启动开始时刻到当前时刻的时间，theta 为级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref的相位角，U0为级联型储能系统额定电压，f0为级联型储能系统额定频率50Hz。
进一步的，所述电压电流双环矢量控制模块的输入值为当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值uaref、ubref、ucref，输出值为a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；
通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换，将uaref、ubref、 ucref变换得到ud1和uq1，其中矢量变换角度为uaref的相位角；
级联型储能系统输出abc三相交流电压的采样值ua、ub、uc通过abc 三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到ud和uq；
ud1与ud的差值经过第一电压调节器得到d轴给定电流分量id1，uq1 与uq的差值经过第二电压调节器得到q轴给定电流分量iq1；
级联型储能系统输出abc三相交流电流的采样值ia、ib、ic通过abc 三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到id和iq；
id1与id的差值经过第一电流调节器后与d轴交叉解耦分量wLiq相减得到ud11，iq1与iq的差值经过第二电流调节器后与q轴交叉解耦分量 wLid叠加得到uq11，其中，L为三相并网电抗器的电感值；
ud11与uq11通过dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系到的矢量变换，得到a、b、c三相的每一相调制电压分别为ua11、ub11、uc11；
ua11、ub11和uc11均除以每一相的储能变换单元链节数N，得到abc 三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压。
进一步的，所述均衡控制模块的输入值为a、b、c三相中每一相的各链节电池簇荷电状态，输出值为a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；
根据a相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态soca1、soca2……socaN，通过相内soc加权平均得到a 相N个储能电池簇的平均荷电状态值soca；
根据b相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socb1、socb2……socbN，通过相内soc加权平均得到b 相N个储能电池簇的平均荷电状态值socb；
根据c相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socc1、socc2……soccN，通过相内soc加权平均得到c 相N个储能电池簇的平均荷电状态值socc；
soca1、soca2……socaN与soca通过a相内soc均衡计算得到a相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量uan，socb1、socb2……socbN与 socb通过b相内soc均衡计算得到b相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ubn，socc1、socc2……soccN与socc通过c相内soc均衡计算得到c相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ucn，其中，n＝1、2…… N。
进一步的，所述a相内soc均衡计算的公式为：
uan＝ka*(socan-soca)*cos(2πft+theta) 公式五
所述b相内soc均衡计算的公式为：
ubn＝kb*(socbn-socb)*cos(2πft+theta-2π/3) 公式六
所述c相内soc均衡计算的公式为：
ucn＝kc*(soccn-socc)*cos(2πft+theta+2π/3) 公式七
其中，ka的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，ka的符号取为正号，储能系统充电时，ka的符号取为负号，f为级联型储能系统黑启动当前给定启动频率，theta为级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref 的相位角，t为从黑启动开始时刻到当前时刻的时间。
进一步的，相同链节所对应的a相储能电池簇、b相储能电池簇、c 相储能电池簇必须为同一种类的储能电池或同一种类的梯次利用动力电池，不同链节所对应的a、b、c相储能电池簇可以为不同种类的储能电池或不同种类的梯次利用动力电池。
进一步的，应用于级联型储能系统，所述级联型储能系统由abc三相储能变换单元链路、abc三相并网电抗器和abc三相负荷依次串联构成，其中每相储能单元链路均包括同等数量的多个储能变换单元链节，每个储能变换单元链节由储能电池簇与功率变换单元串联构成，每个储能变换单元链节的储能电池簇彼此独立，并分别连接各自的功率变换单元直流侧，每个功率变换单元的交流侧相互串联。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)高度自均衡控制：通过将各链节功率变换单元所需的均衡控制电压分量叠加到正常黑启动各储能变换单元链节中功率变换单元所需要的调制电压上，实现在黑启动逐步建立级联型储能系统电压和频率的过程中，即可同时对每一相中各串联储能变换单元链节的储能电池簇进行电压均衡控制，使每一相中各串联储能变换单元链节的储能电池簇电压偏差尽可能的小，从而保证每个储能电池簇电压最大程度地保持相同状态，具备高度一致性，有效避免由于个别储能变换单元链节的储能电池簇过充或过放，缩短电池使用寿命，甚至出现个别储能电池簇严重过欠压导致级联型储能系统黑启动失败的事故发生；并且，由于具备每一相中各串联储能变换单元链节内储能电池簇高度自均衡控制能力，不同链节所对应的a、b 和c相储能电池簇可以为不同种类的储能电池，如第10链节所对应的a、 b和c相储能电池簇均为铅炭电池，第11链节所对应的a、b和c相储能电池簇均为锂离子电池，第12链节所对应的a、b和c相储能电池簇均为梯次利用的锂离子电池或梯次利用的铅炭电池，提高了整个级联型储能系统对储能电池型号选择的鲁棒性，能大幅降低储能系统成本，提高系统可靠性；
2)高压直挂高效快速启动：通过每一相内多个储能变换单元链节串联，直接高压直挂黑启动启动，建立6kV、10kV、20kV或35kV交流母线的电压和频率，不仅省去了一级变压器使电压等级变换少，系统能量转换效率高，而且由于直接高压直挂接入，更易于级联型高压直挂储能系统直接单机集中控制，省去了多台并联的低压储能系统之间的复杂的分散协同控制以及相互之间多机通信协调时间，整个系统功率调节范围大，响应速度快，可达ms级，启动速度上远优于现有的分布式低压储能系统并联升压接入实现黑启动的方案；
3)高电能质量：由于每相储能单元链路均包括同等数量的多个储能变换单元链节，每个储能变换单元链节由储能电池簇与功率变换单元串联构成，每个功率变换单元的交流侧相互串联，实现了每一相内各功率变换单元输出电平的相互叠加，如每相均有N个储能变换单元链节，则级联型储能系统输出的电压电平数高达(2N+1)个，高度逼近电压正弦波形，极大降低了级联型储能系统黑启动过程中的谐波污染，并且，整个黑启动过程中，采用恒定电压和频率比值的控制策略，如级联型储能系统黑启动当前幅值A＝f*U0/f0，其中U0为级联型储能系统额定电压，f0为级联型储能系统额定频率50Hz，使级联型储能系统输出高度正弦化电压波形的幅值和频率由小到大逐步平稳增加，保证了整个黑启动过程中电能质量的高品质；
4)便于电力系统规模化集中调度：目前低压储能系统单机大都在 500kW以下，不能承担黑启动需要的大容量主力启动电源的重任，而高压直挂级联型储能系统若每相均采用10-12个H桥级联接入10kV交流母线，单机功率可达1-10MW；若每相均采用38-42个H桥级联接入35kV交流母线，单机功率可达30-50MW，特别适合大容量集中式规模化储能，能作为黑启动的主力电源，同时，该集中式级联型储能系统非常便于电网集中调度，只需根据黑启动给定调度启动时间deltaT，即可通过本发明方法经黑启动指令计算模块、电压电流双环矢量控制模块、均衡控制模块、载波相移正弦脉宽调制算法模块得到级联型储能系统每一相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号，驱动级联型储能系统实现黑启动，快速响应电力系统对对级联型储能系统黑启动的启动时间的调度需求。
附图说明
图1为本发明的拓扑结构框图；
图2为本发明的控制框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示的一种具有自均衡能力的级联型储能系统拓扑结构框图，级联型储能系统由三相储能变换单元链路、三相并网电抗器和三相负荷依次串联构成，其中a相、b相和c相储能单元链路均包括同等数量的N个储能变换单元链节，每个储能变换单元链节由储能电池簇与功率变换单元串联构成，每个储能变换单元链节的储能电池簇彼此独立，并分别连接各自的功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元可采用H桥电力电子电路拓扑结构。具体连接关系为：
三相负荷的a相输出端与三相并网电抗器的a相输入端连接，三相负荷的b相输出端与三相并网电抗器的b相输入端连接，三相负荷的c相输出端与三相并网电抗器的c相输入端连接。
储能电池簇a1与功率单元模块a1直流侧串联连接，储能电池簇a2 与功率单元模块a2直流侧串联连接……储能电池簇aN与功率单元模块 aN直流侧串联连接，功率单元模块a1的交流侧输入端与三相并网电抗器的a相输出端连接，功率单元模块a1的交流侧输出端与功率单元模块a2 的交流侧输入端连接，功率单元模块a2的交流侧输出端与功率单元模块 a3的交流侧输入端连接……功率单元模块a(N-1)的交流侧输出端与功率单元模块aN的交流侧输入端连接。
储能电池簇b1与功率单元模块b1直流侧串联连接，储能电池簇b2 与功率单元模块b2直流侧串联连接……储能电池簇bN与功率单元模块 bN直流侧串联连接，功率单元模块b1的交流侧输入端与三相并网电抗器的b相输出端连接，功率单元模块b1的交流侧输出端与功率单元模块b2 的交流侧输入端连接，功率单元模块b2的交流侧输出端与功率单元模块 b3的交流侧输入端连接……功率单元模块b(N-1)的交流侧输出端与功率单元模块bN的交流侧输入端连接。
储能电池簇c1与功率单元模块直流侧串联连接，储能电池簇c2与功率单元模块c2直流侧串联连接……储能电池簇cN与功率单元模块cN直流侧串联连接，功率单元模块c1的交流侧输入端与三相并网电抗器的c 相输出端连接，功率单元模块c1的交流侧输出端与功率单元模块c2的交流侧输入端连接，功率单元模块c2的交流侧输出端与功率单元模块c3的交流侧输入端连接……功率单元模块c(N-1)的交流侧输出端与功率单元模块cN的交流侧输入端连接。
功率单元模块aN的交流侧输出端与功率单元模块bN的交流侧输出端连接，功率单元模块aN的交流侧输出端与功率单元模块cN的交流侧输出端连接。
如图2所示的一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法控制框图，主要由黑启动指令计算模块、电压电流双环矢量控制模块、均衡控制模块、载波相移正弦脉宽调制算法模块构成，其中黑启动指令计算模块由给定电压频率和幅值计算单元、三相电压给定值计算单元构成，给定电压频率和幅值计算单元的输入端为黑启动给定启动时间deltaT，给定电压频率和幅值计算单元输出的级联型储能系统黑启动当前幅值A和级联型储能系统黑启动当前给定启动频率f作为三相电压给定值计算单元的输入，三相电压给定值计算单元的输出量——当前时刻级联型储能系统输出 abc三相交流电压的给定值uaref、ubref和ucref作为电压电流双环矢量控制模块的输入。
电压电流双环矢量控制模块中的输入量uaref、ubref、ucref和级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref的相位角theta通过abc/dq单元计算输出ud1和uq1，ua、ub、uc和theta通过abc/dq单元计算输出ud和 uq，ia、ib、ic和theta通过abc/dq单元计算输出id和iq。
ud1与ud的差值经第一电压调节器输出id1，uq1与uq的差值经第二电压调节器输出iq1。
id1与id的差值经第一电流调节器后的输出与wLiq作差得到ud11， iq1与iq的差值经第二电流调节器后的输出与wLid叠加得到uq11。
ud11与uq11通过dq/abc单元计算后输出ua11、ub11、uc11。
均衡控制模块的输出uan、ubn和ucn(n＝1、2……N)分别与ua11/N、 ub11/N、uc11/N的差为ua2n、ub2n和uc2n，ua2n、ub2n和uc2n通过载波相移正弦脉宽调制(CPS-SPWM)算法模块输出级联型储能系统a相中每一串联链节功率变换单元的各功率器件脉冲驱动信号PWMa1、 PWMa2……PWMaN和b相中每一串联链节功率变换单元的各功率器件脉冲驱动信号PWMb1、PWMb2……PWMbN以及c相中每一串联链节功率变换单元的各功率器件脉冲驱动信号PWMc1、PWMc2……PWMcN。
其中均衡控制模块包括相内SOC加权平均单元和a/b/c相内SOC均衡计算单元，根据a相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态soca1、soca2……socaN，通过相内soc加权平均单元计算得到a相N个储能电池簇的平均荷电状态值soca。
根据b相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socb1、socb2……socbN，通过相内soc加权平均单元计算得到b相N个储能电池簇的平均荷电状态值socb。
根据c相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socc1、socc2……soccN，通过相内soc加权平均单元计算得到c相N个储能电池簇的平均荷电状态值socc。
soca1、soca2……socaN、soca和socb1、socb2……socbN、socb及 socc1、socc2……soccN、socc分别通过a/b/c相内soc均衡计算单元输出a 相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量uan(n＝1、2……N)，b相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ubn、c相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ucn。
本发明专利提供的一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法包括以下步骤：
根据黑启动给定启动时间deltaT，经黑启动指令计算模块得到当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值，经电压电流双环矢量控制模块得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；
将各链节功率变换单元的调制电压与均衡控制模块输出的相应各链节功率变换单元的均衡控制电压分量相叠加，得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的总调制电压；
通过载波相移正弦脉宽调制(CPS-SPWM)算法模块得到级联型储能系统a、b、c三相每一相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号，驱动级联型储能系统实现黑启动，CPS-SPWM算法可以参考作者陈中发表的合肥工业大学博士学位论文《级联H桥储能变换器及其控制技术研究》第25页。
所述黑启动指令计算模块的输入值为黑启动给定启动时间deltaT，输出值为当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值，a相的给定值为uaref，b相的给定值为ubref，c相的给定值为ucref。
若当前时刻t不大于deltaT时，级联型储能系统黑启动当前给定启动频率f＝f0*t/deltaT。
若当前时刻t大于deltaT时，级联型储能系统黑启动当前给定启动频率f＝50Hz。
当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值uaref、 ubref、ucref分别为：
uaref＝Acos(2πft+theta) 公式一
ubref＝Acos(2πft+theta-2π/3) 公式二
ubref＝Acos(2πft+theta+2π/3) 公式三
A＝f*U0/f0 公式四
其中，A为级联型储能系统黑启动当前幅值，theta为级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref的相位角，t为从黑启动开始时刻到当前时刻的时间，U0为级联型储能系统额定电压，f0为级联型储能系统额定频率50Hz。
所述电压电流双环矢量控制模块的输入值为当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值uaref、ubref、ucref，输出值为a、b、c 三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压。
通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换，将uaref、ubref、 ucref变换得到ud1和uq1，其中矢量变换角度为uaref的相位角；级联型储能系统输出三相交流电压的采样值ua、ub、uc通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到ud和uq；ud1与ud的差值经过第一电压调节器得到d轴给定电流分量id1，uq1与uq的差值经过第二电压调节器得到q轴给定电流分量iq1；级联型储能系统输出三相交流电流的采样值ia、ib、ic通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到id 和iq；id1与id的差值经过第一电流调节器后与d轴交叉解耦分量wLiq 相减得到ud11，iq1与iq的差值经过第二电流调节器后与q轴交叉解耦分量wLid叠加得到uq11，其中L为三相并网电抗器的电感值；ud11与uq11通过dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系到的矢量变换，得到abc三相的每一相调制电压分别为ua11、ub11和uc11；ua11、ub11和uc11均除以每一相的储能变换单元链节数N，得到abc三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压。
所述均衡控制模块的输入值为abc三相中每一相的各链节电池簇荷电状态，输出值为a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；根据a相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态soca1、soca2……socaN，通过相内soc加权平均得到a相N个储能电池簇的平均荷电状态值soca；根据b相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socb1、 socb2……socbN，通过相内soc加权平均得到b相N个储能电池簇的平均荷电状态值socb；根据c相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socc1、socc2……soccN，通过相内soc加权平均得到c相N个储能电池簇的平均荷电状态值socc。
soca1、soca2……socaN与soca通过a相内soc均衡计算得到a相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量uan，n＝1、2……N，a相内soc均衡计算的公式为：
uan＝ka*(socan-soca)*cos(2πft+theta) 公式五
其中，ka的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，ka的符号取为正号，储能系统充电时，ka的符号取为负号；f为级联型储能系统黑启动当前给定启动频率，theta为级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref 的相位角，t为从黑启动开始时刻到当前时刻的时间。
socb1、socb2……socbN与socb通过b相内soc均衡计算得到b相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ubn，n＝1、2……N，b相内soc 均衡计算的公式为：
ubn＝kb*(socbn-socb)*cos(2πft+theta-2π/3) 公式六
其中kb的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，kb的符号取为正号，储能系统充电时，kb的符号取为负号。
socc1、socc2……soccN与socc通过c相内soc均衡计算得到c相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ucn，n＝1、2……N，c相内soc均衡计算的公式为：
ucn＝kc*(soccn-socc)*cos(2πft+theta+2π/3) 公式七
其中，kc的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，kc的符号取为正号，储能系统充电时，kc的符号取为负号。
本发明的储能电池簇，相同链节所对应的a相储能电池簇、b相储能电池簇、c相储能电池簇必须为同一种类的储能电池，如均为铅炭电池、均为超级电容器，或均为锂离子电池等；不同链节所对应的a、b和c相储能电池簇可以为不同种类的储能电池，如第10链节所对应的a、b和c 相储能电池簇均为铅炭电池，第11链节所对应的a、b和c相储能电池簇均为锂离子电池，第12链节所对应的a、b和c相储能电池簇均为梯次利用的锂离子电池或梯次利用的铅炭电池。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据黑启动给定启动时间deltaT，经黑启动指令计算模块得到当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值，经电压电流双环矢量控制模块得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；
将各链节功率变换单元的调制电压与均衡控制模块输出的相应各链节功率变换单元的均衡控制电压分量相叠加，得到a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的总调制电压；
通过载波相移正弦脉宽调制算法模块得到级联型储能系统每一相中每一串联链节的功率变换单元的各功率器件的脉冲驱动信号，驱动级联型储能系统实现黑启动；
所述黑启动指令计算模块的输入值为黑启动给定启动时间deltaT，输出值为当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值，包括a相的给定值uaref，b相的给定值ubref，c相的给定值ucref，计算公式为：
uaref＝Acos(2πft+theta)公式一
ubref＝Acos(2πft+theta-2π/3)公式二
ubref＝Acos(2πft+theta+2π/3)公式三
A＝f*U0/f0公式四
若当前时刻t不大于deltaT时，f＝f0*t/deltaT；
若当前时刻t大于deltaT时，f＝50Hz；
其中，A为级联型储能系统黑启动当前时刻的幅值，f为级联型储能系统黑启动当前时刻的给定启动频率，t为从黑启动开始时刻到当前时刻的时间，theta为级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref的相位角，U0为级联型储能系统额定电压，f0为级联型储能系统额定频率50Hz。
2.根据权利要求1所述的一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法，其特征在于，所述电压电流双环矢量控制模块的输入值为当前时刻级联型储能系统输出abc三相交流电压的给定值uaref、ubref、ucref，输出值为a、b、c三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压；
通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换，将uaref、ubref、ucref变换得到ud1和uq1，其中矢量变换角度为uaref的相位角；
级联型储能系统输出abc三相交流电压的采样值ua、ub、uc通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到ud和uq；
ud1与ud的差值经过第一电压调节器得到d轴给定电流分量id1，uq1与uq的差值经过第二电压调节器得到q轴给定电流分量iq1；
级联型储能系统输出abc三相交流电流的采样值ia、ib、ic通过abc三相静止坐标系到dq旋转坐标系的矢量变换得到id和iq；
id1与id的差值经过第一电流调节器后与d轴交叉解耦分量wLiq相减得到ud11，iq1与iq的差值经过第二电流调节器后与q轴交叉解耦分量wLid叠加得到uq11，其中，L为三相并网电抗器的电感值；
ud11与uq11通过dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系的矢量变换，得到a、b、c三相的每一相调制电压分别为ua11、ub11、uc11；
ua11、ub11和uc11均除以每一相的储能变换单元链节数N，得到abc三相的每一相中的各链节功率变换单元的调制电压。
3.根据权利要求1所述的一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法，其特征在于，所述均衡控制模块的输入值为a、b、c三相中每一相的各链节电池簇荷电状态，输出值为a、b、c三相中每一相的各链节功率变换单元的均衡控制电压分量；
根据a相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态soca1、soca2……socaN，通过相内soc加权平均得到a相N个储能电池簇的平均荷电状态值soca；
根据b相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socb1、socb2……socbN，通过相内soc加权平均得到b相N个储能电池簇的平均荷电状态值socb；
根据c相中每个储能电池簇内部电池管理系统BMS检测得到的各链节电池簇荷电状态socc1、socc2……soccN，通过相内soc加权平均得到c相N个储能电池簇的平均荷电状态值socc；
soca1、soca2……socaN与soca通过a相内soc均衡计算得到a相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量uan，socb1、socb2……socbN与socb通过b相内soc均衡计算得到b相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ubn，socc1、socc2……soccN与socc通过c相内soc均衡计算得到c相内各链节功率变换单元的均衡控制电压分量ucn，其中，n＝1、2……N。
4.根据权利要求3所述的一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法，其特征在于，所述a相内soc均衡计算的公式为：
uan＝ka*(socan-soca)*cos(2πft+theta)公式五
所述b相内soc均衡计算的公式为：
ubn＝kb*(socbn-socb)*cos(2πft+theta-2π/3)公式六
所述c相内soc均衡计算的公式为：
ucn＝kc*(soccn-socc)*cos(2πft+theta+2π/3)公式七
其中，ka的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，ka的符号取为正号，储能系统充电时，ka的符号取为负号，f为级联型储能系统黑启动当前时刻的给定启动频率，theta为级联型储能系统输出a相交流电压给定值uaref的相位角，t为从黑启动开始时刻到当前时刻的时间；
其中，kb的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，kb的符号取为正号，储能系统充电时，kb的符号取为负号；
其中，kc的取值范围为[-1，1]，储能系统放电时，kc的符号取为正号，储能系统充电时，kc的符号取为负号。
5.根据权利要求3所述的一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法，其特征在于，相同链节所对应的a相储能电池簇、b相储能电池簇、c相储能电池簇必须为同一种类的储能电池，不同链节所对应的a、b、c相储能电池簇可以为不同种类的储能电池。
6.一种应用权利要求1-5任一所述的具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法的系统，其特征在于，所述级联型储能系统由abc三相储能变换单元链路、abc三相并网电抗器和abc三相负荷依次串联构成，其中每相储能变换单元链路均包括同等数量的多个储能变换单元链节，每个储能变换单元链节由储能电池簇与功率变换单元串联构成，每个储能变换单元链节的储能电池簇彼此独立，并分别连接各自的功率变换单元直流侧，每个功率变换单元的交流侧相互串联。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811212262.9A CN109217379B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811212262.9A CN109217379B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109217379A CN109217379A (zh) | 2019-01-15 |
| CN109217379B true CN109217379B (zh) | 2021-11-19 |
Family
ID=64980569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811212262.9A Active CN109217379B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109217379B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109742782A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-05-10 | 广州智光储能科技有限公司 | 一种适用于退役动力电池梯次利用的装置及方法 |
| CN112886666B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-11-29 | 重庆大学 | 一种适于级联锂电池组的分散式主动均衡方法 |
| CN113113936B (zh) * | 2021-03-08 | 2022-05-27 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种直流电站异步发电系统功率均衡控制方法 |
| CN115622207B (zh) * | 2022-12-20 | 2023-03-28 | 广东采日能源科技有限公司 | 储能系统及其控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105337297A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-02-17 | 北京能源投资（集团）有限公司 | 储能系统荷电状态的均衡方法及装置 |
| CN107919674A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-17 | 广州智光电气股份有限公司 | 一种储能电池的均衡控制方法和装置 |
| CN108258707A (zh) * | 2017-12-16 | 2018-07-06 | 西安翌飞核能装备股份有限公司 | 一种具有调峰调频功能的中压直挂式储能换流器系统及其控制方法 |
-
2018
- 2018-10-09 CN CN201811212262.9A patent/CN109217379B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105337297A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-02-17 | 北京能源投资（集团）有限公司 | 储能系统荷电状态的均衡方法及装置 |
| CN107919674A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-17 | 广州智光电气股份有限公司 | 一种储能电池的均衡控制方法和装置 |
| CN108258707A (zh) * | 2017-12-16 | 2018-07-06 | 西安翌飞核能装备股份有限公司 | 一种具有调峰调频功能的中压直挂式储能换流器系统及其控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "级联式储能系统中电池自均衡控制策略研究";艾洪克等;《电工技术学报》;20150731;第30卷(第14期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109217379A (zh) | 2019-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109245123B (zh) | 一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法 | |
| CN109217379B (zh) | 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用 | |
| CN107919674B (zh) | 一种储能电池的均衡控制方法和装置 | |
| CN107887928B (zh) | 一种储能系统的控制方法和装置 | |
| CN110350564B (zh) | 高压直挂式储能装置及功率控制方法 | |
| CN101697422B (zh) | 微网多微源逆变器环流及电压波动主从控制方法 | |
| CN106877371B (zh) | 一种具有储能功能的模块化多电平变流器的控制方法 | |
| CN103401459B (zh) | 一种三角形连接的链式h桥直挂式逆变器相间直流侧电压平衡控制方法 | |
| Liu et al. | A review of power conversion systems and design schemes of high-capacity battery energy storage systems | |
| CN106877726B (zh) | 一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法 | |
| CN110729909A (zh) | 一种多端口铁路功率调节器系统及其综合控制方法 | |
| Tang et al. | Energy storage control in renewable energy based microgrid | |
| CN105449693A (zh) | 一种直接ac-ac型铁路牵引功率调节器的分层控制方法 | |
| CN104810854B (zh) | 串联型微电网及其微源之间的功率协调控制方法 | |
| Jin et al. | Research on coordinated control strategy of flywheel energy storage array for island microgrid | |
| CN113472006B (zh) | 一种复杂负荷下多机并联储能功率变流器的离网控制方法 | |
| CN113472016A (zh) | 一种户用型能量路由器的控制方法 | |
| CN109412440A (zh) | 一种适用于线电压级联型三重化变流器的载波移相svpwm调制方法 | |
| Tang et al. | Model predictive direct power control of energy storage quasi-Z-source grid-connected inverter | |
| Salimbeni et al. | Integration of active filter and energy storage system for power quality improvement in microgrids | |
| Ibrahim et al. | Hybrid energy storage systems | |
| CN114825572A (zh) | 基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统、控制方法、控制器及工作方法 | |
| CN201444190U (zh) | 一种微功耗的变流器全负载试验装置 | |
| CN111952995B (zh) | 一种电网单相故障下直流电容电压平衡控制方法 | |
| Gadalla et al. | State-of-charge balancing control strategy for battery energy storage systems based on a modern cascaded multilevel PWM converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |