CN110350564B - 高压直挂式储能装置及功率控制方法 - Google Patents

高压直挂式储能装置及功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种高压直挂式储能装置，包括：与A相、B相及C相线路分别相连的A相H桥功率模块、B相H桥功率模块及C相H桥功率模块，分别包括级联的两个以上的H桥功率模块，并且A相、B相及C相线路采用星型连接方式；直流侧电容，每个H桥功率模块的直流侧均并联一个直流侧电容；蓄电池及超级电容，分别作为能量型储能元件及功率型储能元件；以及隔离型三端口有源桥式变换器，一侧连接至电容的一侧，另一侧与蓄电池及超级电容同时连接。本公开还提供了一种高压直挂式储能装置的功率控制方法。

Description

高压直挂式储能装置及功率控制方法
技术领域
本公开属于电力电子储能技术领域，更具体地涉及一种高压直挂式储能装置及功率控制方法。
背景技术
大力发展可再生能源，减少温室气体排放，建设环境友好型国家对我国的国家能源安全、环境改善、经济可持续发展等具有非常重要的意义。风力发电、光伏等可再生能源发电作为最具备大规模开发及应用前景的发电方式，技术日趋成熟，逐渐被广泛应用。然而可再生能源具有间歇性、波动性和随机性等特点，这导致其大规模并网会严重影响电网的稳定性、电能质量及经济性。
储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段；储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术；储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同，是构建能源互联网，推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。
储能系统由于其能够灵活快速地调整有功/无功功率的吞吐、提高电能质量等一系列优点，得到了广泛关注和研究。现有储能元件主要分为能量型和功率型，仅使用一种储能元件难以同时满足功率、能量等应用需求，采用混合储能技术则可以有效节约工程成本，提升效率。短时充放电速率和输出功率的压力由功率型储能元件承担，能量型储能元件则可以保证系统容量。
当前储能装置的结构主要分为两种：一种是通过升压变压器接入电网；另一种是通过多电平拓扑接入电网；前者存在效率低、体积大、成本高等一系列问题。后者包含链式和MMC两种结构，可实现无变压器直接接入中高压电网，运行效率较高，其电池储能单元采用分布式配置，易于其实现能量管理，同时可以减少储能单元串联数，从而提高装置的安全和可靠性。相比于MMC结构，链式结构在复杂性、成本等方面具有一定优势。
当前链式结构储能装置多采用链式H桥直挂电池组，或者链式H桥经DC/DC变换器接电池组，其优点是结构简单，但受限于电池的功率密度，难以响应快速功率调节需求，如新能源场站快速调频场合；同时，由于电池充放电功率无法得到有效控制，导致电池寿命降低；采用复合储能，如电池+超级电容，可以同时获得装置的高功率/能量密度，目前常见于低压应用场合，需要通过升压变压器接入10kV及以上电压等级电网，目前还未见将其与链式拓扑相结合的设计。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种高压直挂式储能装置及功率控制方法。
根据本公开的一个方面，一种高压直挂式储能装置，包括：
与A相、B相及C相线路分别相连的A相H桥功率模块、B相H桥功率模块及C相H桥功率模块，其中，所述A相H桥功率模块、B相H桥功率模块及C相H桥功率模块分别包括级联的两个以上的H桥功率模块，并且A相、B相及C相线路采用星型连接方式；
直流侧电容，每个H桥功率模块的直流侧均并联一个所述直流侧电容；
蓄电池及超级电容，分别作为能量型储能元件及功率型储能元件；以及
隔离型三端口有源桥式变换器，所述隔离型三端口有源桥式变换器的一侧连接至所述电容的一侧，另一侧与蓄电池及超级电容同时连接。
根据本公开的至少一个实施方式，隔离型三端口有源桥式变换器包括：
原边全桥电路，一侧与所述直流侧电容连接；
高频隔离变压器，原边与所述原边全桥电路的另一侧连接；
第一副边全桥电路，一侧与所述高频隔离变压器的第一副边连接，另一侧与第一稳压电容和所述蓄电池连接；以及
第二副边全桥电路，一侧与所述高频隔离变压器的第二副边连接，另一侧与第二稳压电容和所述超级电容连接。
根据本公开的至少一个实施方式，将所述原边全桥电路与所述直流侧电容等效为第一交流方波电压源，
将所述第一副边全桥电路与所述第一稳压电容等效为第二交流方波电压源，
将所述第二副边全桥电路与所述第二稳压电容等效为第三交流方波电压源，
通过调整所述第一交流方波电压源与第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角来调节所述蓄电池的功率和所述超级电容的功率。
根据本公开的另一方面，提供了一种上述的高压直挂式储能装置的功率控制方法，
通过作为能量型储能元件的蓄电池及作为功率型储能元件的超级电容、和隔离型三端口有源桥式变换器来对高压直挂式储能装置的直流母线电压进行稳压控制，其中，
对基于直流电压给定值与级联的第i个H桥功率模块的直流母线电压值得到的直流电压进行PI控制，得到功率参考值，通过低通滤波器进行功率分配，从而分别得到蓄电池的功率指令值及超级电容的功率指令值，得到所述第一交流方波电压源与第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角，通过所述移相角对所述隔离型三端口有源桥式变换器中的全桥电路进行移相PWM控制，从而对高压直挂式储能装置的直流母线电压进行稳压控制。
根据本公开的至少一个实施方式，通过式1计算得到所述第一交流方波电压源与第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角，
Figure BDA0002149745520000041
其中，Pbat为蓄电池的输出功率指令值，Psc为超级电容的输出功率指令值，N1为高频隔离变压器的原边与第一副边的匝数比，N2为高频隔离变压器的原边与第二副边的匝数比，Udc为原边直流电压源的电压值，Ubat为第一副边电压源的电压值，Udc为第二副边电压源的电压值，
Figure BDA0002149745520000042
为第一交流方波电压源与第二交流方波电压源之间的移相角，
Figure BDA0002149745520000043
为第一交流方波电压源与第三交流方波电压源之间的移相角，fs为变换器的开关频率，Lbat为第一副边的漏感值，Lsc为第二副边的漏感值。
根据本公开的至少一个实施方式，通过自适应功率系数来调整超级电容的超级电容的输出功率指令值，以防止超级电容的荷电状态SOC过早到达荷电状态上限值或下限值。
根据本公开的至少一个实施方式，根据式2计算得到所述自适应功率系数，
Figure BDA0002149745520000051
其中，Ksc为自适应功率系数，SOCsc为超级电容的荷电状态值，SOCscH为超级电容的荷电状态上限值，SOCscL为超级电容的荷电状态下限值，hsoc为荷电状态上限设定值，lsoc为荷电状态下限设定值，Psc,ref为超级电容的输出功率参考值，
当超级电容的输出功率参考值Psc,ref小于0且SOCsc小于hsoc，或超级电容的输出功率参考值Psc,ref大于等于0且SOCsc大于等于lsoc时，超级电容的输出功率指令值为超级电容输出功率参考值，
当超级电容的输出功率参考值Psc,ref小于0且SOCsc接近SOCscH并大于等于hsoc，或超级电容的输出功率参考值Psc,ref大于等于0且SOCsc接近SOCscL并低于lsoc时，根据Ksc与Psc,ref来调整超级电容的输出功率指令值。
根据本公开的至少一个实施方式，所述高压直挂式储能装置通过有功功率和无功功率的解耦控制来进行有功功率补偿及无功功率补偿。
根据本公开的至少一个实施方式，根据各相储能元件的荷电状态平均值、三相储能元件的荷电状态平均值及电网电压定向角度，来计算得到负序电压的幅值及相角，并且基于负序电压的幅值及相角将负序电压叠加至PWM调制波中，以便进行储能元件的相间荷电状态平衡。
根据本公开的至少一个实施方式，在第i相的第k个H桥功率模块的PWM调制波中叠加与基波相电流同向或反向的电压分量，使得该H桥功率模块吸收或释放有功功率，从而进行储能元件的相内荷电状态平衡。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是高压直挂式储能装置拓扑结构示意图。
图2是隔离型三端口有源桥(TAB)变换器拓扑示意图。
图3是隔离型三端口有源桥(TAB)变换器等效电路示意图。
图4是高压直挂式储能装置直流母线电压稳压控制示意性框图。
图5是高压直挂式储能装置有功无功解耦控制示意性框图。
图6是储能元件相间SOC均衡控制示意性框图。
图7是储能元件相内SOC均衡控制示意性框图。
图8是高压直挂式储能装置功率调节结果与直流母线均压结果仿真示意图。
图9是高压直挂式储能装置蓄电池SOC均衡结果仿真示意图。
图10是高压直挂式储能装置快速功率控制过程仿真示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
图1是高压直挂式储能装置拓扑结构示意图。如图1所示，高压直挂式储能装置可以包括：
与A相、B相及C相线路分别相连的A相H桥功率模块A100、B相H桥功率模块B100及C相H桥功率模块C100，其中，A相H桥功率模块、B相H桥功率模块及C相H桥功率模块分别包括级联的两个以上的H桥功率模块，并且A相、B相及C相线路采用星型连接方式；
直流侧电容A200、B200、C200，每个H桥功率模块的直流侧均并联一个直流侧电容；
蓄电池A300、B300、C300及超级电容A400、B400、C400，分别作为能量型储能元件及功率型储能元件；以及
隔离型三端口有源桥式变换器A500、B500、C500，隔离型三端口有源桥式变换器的一侧连接至电容的一侧，另一侧与蓄电池及超级电容同时连接。
概括而言，ABC三相分别级联多个基本H桥功率模块，每个H桥功率模块的直流侧由一个电容构成，电容侧通过隔离型三端口有源桥式(TAB)变换器同时连接蓄电池与超级电容，三相之间采用星型连接方式，工程应用中根据实际电压等级需要选择级联的H桥功率模块的数目，La、Lb、Lc为交流侧并网电感，用于滤除开关纹波。
本公开中所采用的隔离型三端口有源桥式变换器可以包括：原边全桥电路，一侧与直流侧电容连接；高频隔离变压器，原边与原边全桥电路的另一侧连接；第一副边全桥电路，一侧与高频隔离变压器的第一副边连接，另一侧与第一稳压电容和蓄电池连接；以及第二副边全桥电路，一侧与高频隔离变压器的第二副边连接，另一侧与第二稳压电容和超级电容连接。
图2示意性地示出了本公开高压直挂式储能装置中的隔离型三端口有源桥式变换器拓扑。
如图2所示，Udc为原边直流电压源，BATs和SCs为副边电压源，原边全桥电路H1通过高频隔离变压器与副边全桥电路H2、H3相连，Lbat和Lsc为变压器漏感与外接移相电感之和，起传递功率的作用。H1全桥逆变器的输出电压用udc表示，电流用idc表示；H2全桥逆变器的输出电压用ubat表示，电流用ibat表示；H3全桥逆变器的输出电压用usc表示，电流用isc表示；1:N1和1:N2为变压器原副边匝数比。C1为直流侧电容，C2、C3为稳压电容。Pbat为蓄电池功率值，Psc为超级电容功率值。
如图3所示，类似于DAB变换器，TAB变换器各端口的电容和H桥电路可等效为一个交流方波电压源Udc、Ubat、Usc，将原边全桥电路与直流侧电容等效为第一交流方波电压源，将第一副边全桥电路与第一稳压电容等效为第二交流方波电压源，将第二副边全桥电路与第二稳压电容等效为第三交流方波电压源，高频隔离变压器(包括外串电感)等效为漏感。漏感Lbat、Lsc起到了功率传输的作用。因此，通过调整交流方波电压源之间的移相角
Figure BDA0002149745520000081
(通过调整第一交流方波电压源与第三交流方波电压源之间、第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角来调节蓄电池的功率和超级电容的功率)，即可实现蓄电池和超级电容功率Pbat、Psc的调节。
传输功率的表达式如式1所示。
Figure BDA0002149745520000091
其中，Pbat为蓄电池的输出功率指令值，Psc为超级电容的输出功率指令值，N1为高频隔离变压器的原边与第一副边的匝数比，N2为高频隔离变压器的原边与第二副边的匝数比，Udc为原边直流电压源的电压值，Ubat为第一副边电压源的电压值，Udc为第二副边电压源的电压值，
Figure BDA0002149745520000096
为第一交流方波电压源与第二交流方波电压源之间的移相角，
Figure BDA0002149745520000092
为第一交流方波电压源与第三交流方波电压源之间的移相角，fs为变换器的开关频率，Lbat为第一副边的漏感值，Lsc为第二副边的漏感值。
高压直挂式储能装置直流母线电压稳压控制示意性框图如图4所示，通过作为能量型储能元件的蓄电池及作为功率型储能元件的超级电容(混合储能单元)、和隔离型三端口有源桥式变换器来对高压直挂式储能装置的直流母线电压进行稳压控制。
如图4所示，对基于直流电压给定值
Figure BDA0002149745520000097
与级联的第i个(为多个H桥功率模块中的一个)H桥功率模块的直流母线电压值Vdci得到的直流电压进行PI控制，得到功率参考值Pref，通过低通滤波器(LPF)进行功率分配，从而分别得到蓄电池的功率指令值Pbat及超级电容的功率指令值Psc，得到第一交流方波电压源与第三交流方波电压源之间的移相角
Figure BDA0002149745520000093
第二交流方波电压源与第三交流方波电压源之间的移相角
Figure BDA0002149745520000094
通过所述移相角对隔离型三端口有源桥式变换器中的全桥电路进行移相PWM控制，从而对高压直挂式储能装置的直流母线电压进行稳压控制，实现级联H桥单元直流母线电压闭环控制。其中可以根据式1反解出TAB变换器所需的移相角
Figure BDA0002149745520000095
由于超级电容容量小，为防止超级电容出现SOC过早到极限值SOCscH、SOCscL的情况，根据超级电容的SOC情况以及超级电容输出功率的方向，通过自适应功率系数Ksc实时调整超级电容功率，避免超级电容SOC过早到限的情况发生。根据式2计算得到所述自适应功率系数。
Figure BDA0002149745520000101
其中，Ksc为自适应功率系数，SOCsc为超级电容的荷电状态值，SOCscH为超级电容的荷电状态上限值，SOCscL为超级电容的荷电状态下限值，hsoc为荷电状态上限设定值，lsoc为荷电状态下限设定值，Psc,ref为超级电容的输出功率参考值。
当超级电容的输出功率参考值Psc,ref小于0且SOCsc小于hsoc，或超级电容的输出功率参考值Psc,ref大于等于0且SOCsc大于等于lsoc时，超级电容的输出功率指令值为超级电容输出功率参考值。
当超级电容的输出功率参考值Psc,ref小于0且SOCsc接近SOCscH并大于等于hsoc，或超级电容的输出功率参考值Psc,ref大于等于0且SOCsc接近SOCscL并低于lsoc时，根据Ksc与Psc,ref来调整超级电容的输出功率指令值。
加入自适应系数，根据超级电容SOC情况实时调整超级电容的输出功率指令，保障了超级电容周期内充放电的平衡控制。
高压直挂式储能装置有功无功解耦控制示意性框图如图5所示，其中us为电网电压，i为并网电流，
Figure BDA0002149745520000102
Figure BDA0002149745520000103
为dq坐标系下并网电流的基波分量，P*为有功功率指令，应用在调频、削峰填谷、平抑负荷波动等场合，根据有功指令计算获得。Q*为无功功率指令，θ为电网电压定向角度，abc/αβ/dq为电网Clark变换与Park变换，将三相交流信号变换到dq旋转坐标系中进行分析与控制。系统通过瞬时功率解耦控制实现有功和无功补偿，通过注入负序电压和在调制波中叠加有功电压的方式实现对储能元件的相间和相内荷电状态(SOC)均衡控制。
储能元件相间SOC平衡控制采用负序电压注入的方法进行控制，系统通过计算得出负序电压的幅值和相角，然后将负序电压叠加到输出的调制波中，实现储能元件相间SOC平衡。
相间电压平衡控制的具体示例性控制框图可以参见图6。在图6中，其中Su、Sv、Sw为各相储能元件SOC平均值，
Figure BDA0002149745520000115
为三相储能元件SOC平均值，ωt为电网电压定向角度，系统通过计算得出负序电压的幅值V-和相角θ-，然后将负序电压叠加到输出的调制波中，实现系统储能元件相间SOC平衡。
储能元件相内SOC平衡控制的基本思想是在输出的调制波中叠加一个与基波相电流同向或反向的电压分量，使得该功率模块吸收或释放有功功率，从而达到平衡向内电压的目的。
储能元件相内SOC平衡控制的具体示例性控制框图可以参见图7。其中
Figure BDA0002149745520000111
为i相储能元件SOC平均值，
Figure BDA0002149745520000112
为i相第k个功率模块储能元件SOC值，设基波电流为
Figure BDA0002149745520000113
其中
Figure BDA0002149745520000114
为并网基波电流与电网电压之间的相位差，uik*为叠加相内平衡分量之前的i相第k个功率模块输出的调制波，将相内电压平衡调制波分量叠加到输出的调制波中，实现系统储能元件相内SOC平衡。
高压直挂式储能装置功率调节结果与直流母线均压结果仿真示意图如图8所示。其中直流母线均压指令设为700V。
图8(a)为高压直挂式储能装置向电网发送无功功率时，并网电压电流U-I、A1单元直流侧电压、以及A1单元蓄电池SOC仿真结果示意图，由图中可以看出，高压直挂式储能装置向电网发送无功功率，直流电压稳定在700V上下并含有微小的二倍频波动，蓄电池SOC保持稳定并含有微小的二倍频波动。
图8(b)为高压直挂式储能装置从电网吸收无功功率时，并网电压电流U-I、A1单元直流侧电压、以及A1单元蓄电池SOC仿真结果示意图，由图中可以看出，高压直挂式储能装置从电网吸收无功功率，直流电压稳定在700V上下并含有微小的二倍频波动，蓄电池SOC保持稳定并含有微小的二倍频波动。
图8(c)为高压直挂式储能装置向电网发送有功功率时，并网电压电流U-I、A1单元直流侧电压、以及A1单元蓄电池SOC仿真结果示意图，由图中可以看出，高压直挂式储能装置向电网发送有功功率，直流电压稳定在700V上下并含有微小的二倍频波动，蓄电池SOC呈下降趋势并含有微小的二倍频波动。
图8(d)为高压直挂式储能装置从电网吸收有功功率时，并网电压电流U-I、A1单元直流侧电压、以及A1单元蓄电池SOC仿真结果示意图，由图中可以看出，高压直挂式储能装置从电网吸收有功功率，直流电压稳定在700V上下并含有微小的二倍频波动，蓄电池SOC呈上升趋势并含有微小的二倍频波动。
高压直挂式储能装置蓄电池SOC均衡结果仿真示意图如图9所示。设仿真模型高压直挂式储能装置每相级联两个单元。
图9(a)为高压直挂式储能装置蓄电池SOC相间均衡结果示意图，由图中可以看出，A1单元、B1单元、C1单元蓄电池初始SOC不同，在储能元件SOC相间均衡控制策略的影响下，三个单元的蓄电池SOC逐渐趋于平衡，验证了储能元件SOC相间均衡控制的有效性。
图9(b)为高压直挂式储能装置蓄电池SOC相内均衡结果示意图，由图中可以看出，A1单元、A2单元蓄电池初始SOC不同，在储能元件SOC相内均衡控制策略的影响下，两个单元的蓄电池SOC逐渐趋于平衡，验证了储能元件SOC相内均衡控制的有效性。
高压直挂式储能装置快速功率控制过程仿真示意图如图10所示。给系统施加一个有功功率指令P*，如图10(a)第一幅图所示；则系统电压电流UI变化如图10(a)第二幅图所示，其中虚线部分为电压，实线部分为电流，由图中可以看出系统电流跟随有功功率指令动作；同时A1单元直流母线电压Udc(A1)稳定在700V上下并跟随有功功率指令出现二倍频波动，如图10(a)第三幅图所示。
直流母线A1单元的功率Pdc(A1)如图10(b)第一幅图所示；蓄电池和超级电容功率Pbat和Psc分别如图10(b)第二、三幅图所示，由图中可以看出蓄电池和超级电容分别补偿慢速与快速功率波动，验证了图4功率分配控制方法的有效性。
本公开提供了一种高压直挂式储能装置及快速功率控制方法。在链式拓扑的基础上接入混合储能元件，使得链式储能装置能够同时对有功和无功功率进行调节，同时对不同储能元件进行灵活的控制和能量管理；其中储能元件采用蓄电池与超级电容混合储能的方式，利用功率型和能量型储能元件的互补特性，实现对电网功率变化高品质响应。
值得注意的是，本发明并非将复合储能元件简单并联于链式结构的直流母线即可得到实用的拓扑，一方面，拓扑需要能实现不同储能元件能量的灵活分配和控制，还需尽量简化；另一方面，链式结构下，级联单元的功率是相互耦合的，控制需要在实现系统快速功率控制的同时，还能实现不同类型、不同位置储能元件荷电状态(SOC)的均衡和控制。再者，储能元件可来自于梯次利用的电池/超级电容，以降低成本，但由于各元件特性可能不一致性，对其能量/功率控制精度的要求大幅提高，需要新的拓扑和控制方法来实现。
本公开采用如下技术方案：
为了实现对储能元件进行灵活的控制和能量管理，本发明采用了隔离型三端口有源桥式(TAB)变换器，作为链式直流单元与混合储能元件之间的能量转换通道。本发明通过混合储能单元对直流母线电压进行稳压控制，通过链式H桥单元对有功和无功功率进行交叉解耦控制。通过注入负序电压和在调制波中叠加有功电压的方式实现对不同类型、不同位置储能元件SOC的均衡和控制。
本公开的有益效果是：
(1)允许不通过变压器直接接入中高压电网，体积小，成本低，具有较高的运行效率。
(2)具有对有功和无功功率的四象限调节能力，实现有功无功的独立控制，同时调节系统的电压和频率，这在新能源场站的应用场合是非常必要的
(3)该方法结合功率型和能量型储能元件的优点，采用蓄电池与超级电容混合储能的方式，实现对电网功率变化高品质响应。
(4)可实现快速功率控制，用于如快速调频等场合，延长储能元件的寿命和系统的运行可靠性；
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种高压直挂式储能装置的功率控制方法，所述高压直挂式储能装置包括与A相、B相及C相线路分别相连的A相H桥功率模块、B相H桥功率模块及C相H桥功率模块，其中，所述A相H桥功率模块、B相H桥功率模块及C相H桥功率模块分别包括级联的两个以上的H桥功率模块，并且A相、B相及C相线路采用星型连接方式；直流侧电容，每个H桥功率模块的直流侧均并联一个所述直流侧电容；蓄电池及超级电容，分别作为能量型储能元件及功率型储能元件；以及隔离型三端口有源桥式变换器，所述隔离型三端口有源桥式变换器的一侧连接至所述电容的一侧，另一侧与蓄电池及超级电容同时连接，所述隔离型三端口有源桥式变换器包括：原边全桥电路，一侧与所述直流侧电容连接；高频隔离变压器，原边与所述原边全桥电路的另一侧连接；第一副边全桥电路，一侧与所述高频隔离变压器的第一副边连接，另一侧与第一稳压电容和所述蓄电池连接；以及第二副边全桥电路，一侧与所述高频隔离变压器的第二副边连接，另一侧与第二稳压电容和所述超级电容连接，将所述原边全桥电路与所述直流侧电容等效为第一交流方波电压源，将所述第一副边全桥电路与所述第一稳压电容等效为第二交流方波电压源，将所述第二副边全桥电路与所述第二稳压电容等效为第三交流方波电压源，其特征在于，
通过作为能量型储能元件的蓄电池及作为功率型储能元件的超级电容、和隔离型三端口有源桥式变换器来对高压直挂式储能装置的直流母线电压进行稳压控制，其中，对基于直流电压给定值与级联的第i个H桥功率模块的直流母线电压值得到的直流电压进行PI控制，得到功率参考值，通过低通滤波器进行功率分配，从而分别得到蓄电池的功率指令值及超级电容的功率指令值，得到第一交流方波电压源与第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角，通过所述移相角对所述隔离型三端口有源桥式变换器中的全桥电路进行移相PWM控制，从而对高压直挂式储能装置的直流母线电压进行稳压控制，
通过自适应功率系数来调整超级电容的输出功率指令值，以防止超级电容的荷电状态SOC过早到达荷电状态上限值或下限值，
根据式1计算得到所述自适应功率系数，
Figure FDA0002400508400000021
其中，Ksc为自适应功率系数，SOCsc为超级电容的荷电状态值，SOCscH为超级电容的荷电状态上限值，SOCscL为超级电容的荷电状态下限值，hsoc为荷电状态上限设定值，lsoc为荷电状态下限设定值，Psc,ref为超级电容的输出功率参考值，
当超级电容的输出功率参考值Psc,ref小于0且SOCsc小于hsoc，或超级电容的输出功率参考值Psc,ref大于等于0且SOCsc大于等于lsoc时，超级电容的输出功率指令值为超级电容输出功率参考值，
当超级电容的输出功率参考值Psc,ref小于0且SOCsc接近SOCscH并大于等于hsoc，或超级电容的输出功率参考值Psc,ref大于等于0且SOCsc接近SOCscL并低于lsoc时，根据Ksc与Psc,ref来调整超级电容的输出功率指令值。
2.如权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，通过式2计算得到所述第一交流方波电压源与第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角，
Figure FDA0002400508400000031
其中，Pbat为蓄电池的输出功率指令值，Psc为超级电容的输出功率指令值，N1为高频隔离变压器的原边与第一副边的匝数比，N2为高频隔离变压器的原边与第二副边的匝数比，Udc为原边直流电压源的电压值，Ubat为第一副边电压源的电压值，Usc为第二副边电压源的电压值，
Figure FDA0002400508400000032
为第一交流方波电压源与第二交流方波电压源之间的移相角，
Figure FDA0002400508400000033
为第一交流方波电压源与第三交流方波电压源之间的移相角，fs为变换器的开关频率，Lbat为第一副边的漏感值，Lsc为第二副边的漏感值。
3.如权利要求1或2所述的功率控制方法，其特征在于，所述高压直挂式储能装置通过有功功率和无功功率的解耦控制来进行有功功率补偿及无功功率补偿。
4.如权利要求1或2所述的功率控制方法，其特征在于，
根据各相储能元件的荷电状态平均值、三相储能元件的荷电状态平均值及电网电压定向角度，来计算得到负序电压的幅值及相角，并且基于负序电压的幅值及相角将负序电压叠加至PWM调制波中，以便进行储能元件的相间荷电状态平衡。
5.如权利要求3所述的功率控制方法，其特征在于，
根据各相储能元件的荷电状态平均值、三相储能元件的荷电状态平均值及电网电压定向角度，来计算得到负序电压的幅值及相角，并且基于负序电压的幅值及相角将负序电压叠加至PWM调制波中，以便进行储能元件的相间荷电状态平衡。
6.如权利要求1、2或5所述的功率控制方法，其特征在于，在第i相的第k个H桥功率模块的PWM调制波中叠加与基波相电流同向或反向的电压分量，使得该H桥功率模块吸收或释放有功功率，从而进行储能元件的相内荷电状态平衡。
7.如权利要求3所述的功率控制方法，其特征在于，在第i相的第k个H桥功率模块的PWM调制波中叠加与基波相电流同向或反向的电压分量，使得该H桥功率模块吸收或释放有功功率，从而进行储能元件的相内荷电状态平衡。
8.如权利要求4所述的功率控制方法，其特征在于，在第i相的第k个H桥功率模块的PWM调制波中叠加与基波相电流同向或反向的电压分量，使得该H桥功率模块吸收或释放有功功率，从而进行储能元件的相内荷电状态平衡。
9.如权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，通过调整所述第一交流方波电压源与第二交流方波电压源和第三交流方波电压源之间的移相角来调节所述蓄电池的功率和所述超级电容的功率。
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