CN110635534B - 移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，包括以下步骤：1)判断交流输出侧电流是否处于异常状态，即交流输出侧电流是否超出限值；2)当判断出交流输出侧电流超出限值处于异常状态后，对交流输出侧电流进行限流控制；3）循环步骤1）‑步骤2），若在设定次数后交流侧电流仍超出限值则认为移动式电化学储能系统交流侧负荷超出带载能力，移动式电化学储能系统停止运行，否则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态。本发明一方面能够提升移动储能系统的带载能力和供电可靠性，另一方面能够有效减少过流情况下对变流器的损害。

Description

移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法

技术领域

本发明涉及一种移动式电化学储能系统离网限流控制方法，属于移动式储能系统临时供电、重要负荷保电技术领域。

背景技术

随着现代社会对电力能源的依赖性日益增强，用电需求的迅猛增长，供电质量要求越来越高，突然的断电必然会给人们的正常生活秩序和社会的正常运转造成破坏，特别是对于一级负荷中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的政治影响或经济损失。作为电网应急供电设备的主要力量，移动式应急电源车具有机动灵活、技术成熟、启动迅速等诸多优点，在政治保电、城市电网应急、对抗重大自然灾害以及电力紧缺地区临时用电等中小型用电场所发挥日趋显著的作用。

目前在应急供电和重要负荷保电方面多采用柴油发电机组或飞轮发电机组，传统柴油发电机作为应急电源时启动时间较长需5-30s，供电电压、频率波动大、效率低，并且柴油发电机组的使用也将不可避免的带来环境和噪声污染。飞轮应急供电系统成本较高，难以大面积推广应用。与之相对的移动储能系统启动迅速多为ms级，供电电压/频率波动较小，能够限制在1V/0.1Hz以内，而且成本相比于飞轮较低，更适用于大范围推广应用。但是移动式供电系统对外为电力电子接口，设备过载能力有限，当有电机、空调等大功率短时冲击性负载接入时系统往往会出现过载故障，因此亟需开展变流器负载电流预判及限流控制算法研究，提升移动储能系统的带载能力和供电可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：移动式电化学储能系统对于电机、空调等短时大功率冲击性负载的带载能力较差，难以满足负荷用电需求。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，包括以下步骤：

1)判断交流输出侧电流是否处于异常状态，即交流输出侧电流是否超出限值；

2)当判断出交流输出侧电流超出限值处于异常状态后，对交流输出侧电流进行限流控制；

3)步骤2)后，若交流侧电流未超出限值，则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态；否则进入步骤4)；

4)循环步骤1)-步骤2)，若在设定次数后交流侧电流仍超出限值则认为移动式电化学储能系统交流侧负荷超出带载能力，移动式电化学储能系统停止运行，否则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态。

在所述步骤1)中，根据交流输出侧多个相邻时刻之间的电流变化率和当前时刻电流瞬时值大小，判断交流输出侧电流是否处于异常状态。

在所述步骤2)中，通过限制输出侧脉冲调制宽度限制交流侧电流输出，在设定的时间后，限制后的脉冲调制宽度恢复至原脉冲调制宽度。

本发明所达到的有益效果：本发明的方法，能够实现移动式电化学储能系统交流输出侧大功率冲击性负荷接入情况下交流电流的抑制，通过电流异常自诊断方法能够提升对电流异常情况识别的快速性和准确性。在完成电流异常快速判断的基础上通过交流侧输出限流控制方法对输出脉冲进行在线调整，从而最终实现对交流侧输出电流的限制。本发明一方面能够提升移动储能系统的带载能力和供电可靠性，另一方面能够有效减少过流情况下对变流器的损害。

附图说明

图1为移动式电化学储能系统拓扑图；

图2为电流异常诊断方法流程图；

图3为交流侧输出限流控制方法流程图。

具体实施方式

本发明的一种移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，能够快速识别电流变化，并根据电流变化情况不断在线优化调整控制脉冲输出，从而实现对输出电流的有效控制，提高系统的带载能力。

移动式电化学储能系统拓扑如图1所示，移动式电化学储能系统包括功率变换单元、储能单元以及监控平台三部分。

功率变换单元，实现AC/DC、DC/AC变换，包括相连接的AC/DC模块和DC/AC模块，AC/DC模块与电网相连对电池进行充放电，DC/AC模块与负荷相连，对负荷供电；

储能单元，与功率变换单元的直流侧相连，为系统的稳定运行提供稳定的直流电压支撑；

监控平台，与功率变换单元和储能单元进行双向通讯，监测功率变换单元和储能单元的运行状态，实现对功率变换单元和储能单元的控制操作，并对整个移动式电化学储能系统进行协调控制，保证移动式电化学储能系统安全可靠的运行。

本发明的移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法应用于功率变换单元的DC/AC侧，包括以下步骤：

1)判断交流输出侧电流是否处于异常状态，即交流输出侧电流是否超出限值；

2)当判断出交流输出侧电流超出限值处于异常状态后，对交流输出侧电流进行限流控制；

3)步骤2)后，若交流侧电流未超出限值，则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态；否则进入步骤4)；

4)循环步骤1)-步骤2)，若在设定次数后交流侧电流仍超出限值则认为移动式电化学储能系统交流侧负荷超出带载能力，移动式电化学储能系统停止运行，否则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态。

在步骤1)中，流程如图2所示，具体步骤如下：

步骤11)：移动式电化学储能系统实时采集交流输出侧电流值i(t)，并根据所存储的前M个采样时刻的电流值计算相邻采样时刻间的M-1组电流变化率；

取M＝4，根据所存储的前4个采样时刻的电流值i(t)、i(t-1)、i(t-2)、i(t-3)，计算4个相邻采样时刻间的3组电流变化率，计算方法如式(1)所示，

其中，t为时刻序号；Δi(t)、Δi(t-1)、Δi(t-2)分别为第一电流变化率、第二电流变化率、第三电流变化率；

步骤12)：根据计算得到的电流变化率以及所设定的电流变化率阈值Δi_max，确定电流变化率异常标志位Flag_{cur_rate}的值，若所有电流变化率Δi(t)、Δi(t-1)、Δi(t-2)均大于电流变化率阈值Δi_max，则异常标志位Flag_{cur_rate}为1，否则异常标志位Flag_{cur_rate}为0；

步骤13)：判断采样得到的电流瞬时值i(t)是否超过电流告警阈值i_max，并按照式(2)修改电流告警计数值Sum_cur；

步骤14)：判断电流告警计数值Sum_cur是否大于严重电流告警计数值上限Sum_{cur_ser}，若大于则将严重过流告警标志Flag_{cur_ser}置1，否则判断电流告警计数值Sum_cur是否大于中度电流告警计数值上限Sum_{cur_mod}，若大于则将中度过流告警标志Flag_{cur_mod}置异常标志位1。

步骤15)：若严重过流告警标志Flag_{cur_ser}为1，或中度过流告警标志Flag_{cur_mod}和异常标志位Flag_{cur_rate}均为1；则将电流异常标志Flag_cur置1，电流告警计数值Sum_cur、异常标志位Flag_{cur_ser}、中度过流告警标志Flag_{cur_mod}、严重过流告警标志Flag_{cur_rate}均清零，否则电流告警计数值Sum_cur、异常标志位、中度过流告警标志Flag_{cur_mod}、严重过流告警标志Flag_{cur_rate}保留原状态。

步骤2)的流程如图3所示，具体步骤如下：

步骤21)：判断电流异常标志Flag_cur是否为1，若为1则调整脉冲调制宽度m，使脉冲调制宽度为电流异常时的限定值m_max，同时脉冲修正时间计数Sum_time值增加1，脉冲修正次数Sum_pulse值增加1，电流正常时间计数Sum_{cur_ok}清零，电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}置1；限定值m_max为预先设定好；

步骤22)：判断脉冲修正次数Sum_pulse值是否达到上限Sum_{pulse_max}，若大于上限Sum_{pulse_max}则认为移动储能系统外部过载，移动式电化学储能系统停机运行；若不大于上限Sum_{pulse_max}则继续判断脉冲修正时间；

步骤23)：判断脉冲修正时间计数Sum_time值是否达到脉冲修正时间上限值Sum_{time_max}，若超过上限值则将电流异常标志Flag_cur赋值为2，否则电流异常标志Flag_cur值保持不变，本次计算结束；

步骤24)：若电流异常标志Flag_cur为2则脉冲修正时间计数Sum_time清零，脉冲调制宽度计算恢复至原有控制方式，同时将电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}赋值为2；

步骤25)：若电流异常标志Flag_cur为0，则进一步判断电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}的值，否则本次运算结束；若电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}为2，则将电流正常运行时间计数Sum_{cur_ok}增加1，否则本次运算结束；

步骤26)：判断电流正常运行时间计数Sum_{cur_ok}是大于电流正常运行时间计数上限Sum_{cur_ok_max}，若大于则脉冲修正次数Sum_pulse、电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}、电流正常运行时间计数Sum_{cur_ok}均清零，否则保留原有数值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)判断交流输出侧电流是否处于异常状态，即交流输出侧电流是否超出限值；

2)当判断出交流输出侧电流超出限值处于异常状态后，对交流输出侧电流进行限流控制；根据交流输出侧多个相邻时刻之间的电流变化率和当前时刻电流瞬时值大小，判断交流输出侧电流是否处于异常状态，具体步骤为：

步骤11)：移动式电化学储能系统实时采集交流输出侧电流值i(t)，并根据所存储的前M个采样时刻的电流值计算相邻采样时刻间的M-1组电流变化率；

步骤12)：根据计算得到的电流变化率以及所设定的电流变化率阈值Δi_max，确定电流变化率异常标志位Flag_{cur_rate}的值，若所有电流变化率均大于电流变化率阈值Δi_max，则异常标志位Flag_{cur_rate}为1，否则异常标志位Flag_{cur_rate}为0；

步骤13)：判断采样得到的电流瞬时值i(t)是否超过电流告警阈值i_max，并按照式(2)修改电流告警计数值Sum_cur；

Sum_cur-1为前一采样时刻的电流告警计数值；

步骤14)：判断电流告警计数值Sum_cur是否大于严重电流告警计数值上限Sum_{cur_ser}，若大于则将严重过流告警标志Flag_{cur_ser}置1，否则判断电流告警计数值Sum_cur是否大于中度电流告警计数值上限Sum_{cur_mod}，若大于则将中度过流告警标志Flag_{cur_mod}置异常标志位1；

步骤15)：若严重过流告警标志Flag_{cur_ser}为1，或中度过流告警标志Flag_{cur_mod}和异常标志位Flag_{cur_rate}均为1；则将电流异常标志Flag_cur置1，电流告警计数值Sum_cur、异常标志位Flag_{cur_ser}、中度过流告警标志Flag_{cur_mod}、严重过流告警标志Flag_{cur_rate}均清零，否则电流告警计数值Sum_cur、异常标志位、中度过流告警标志Flag_{cur_mod}、严重过流告警标志Flag_{cur_rate}保留原状态；

3)步骤2)后，若交流侧电流未超出限值，则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态；否则进入步骤4)；

4)循环步骤1)-步骤2)，若在设定次数后交流侧电流仍超出限值则认为移动式电化学储能系统交流侧负荷超出带载能力，移动式电化学储能系统停止运行，否则移动式电化学储能系统恢复至交流输出侧电流未超出限值的运行状态。

2.根据权利要求1所述的移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，其特征在于：在所述步骤2)中，通过限制输出侧脉冲调制宽度限制交流侧电流输出，在设定的时间后，限制后的脉冲调制宽度恢复至原脉冲调制宽度。

3.根据权利要求1所述的移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，其特征在于：取M＝4,根据所存储的前4个采样时刻的电流值i(t)、i(t-1)、i(t-2)、i(t-3)，计算4个相邻采样时刻间的3组电流变化率，计算方法如式(1)所示，

其中，t为时刻序号；Δi(t)、Δi(t-1)、Δi(t-2)分别为第一电流变化率、第二电流变化率、第三电流变化率。

4.根据权利要求2所述的移动式电化学储能系统自诊断离网限流控制方法，其特征在于：在步骤2)中，具体步骤如下：

步骤21)：判断电流异常标志Flag_cur是否为1，若为1则调整脉冲调制宽度m，使脉冲调制宽度为电流异常时的限定值m_max，同时脉冲修正时间计数Sum_time值增加1，脉冲修正次数Sum_pulse值增加1，电流正常时间计数Sum_{cur_ok}清零，电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}置1；限定值m_max为预先设定；

步骤22)：判断脉冲修正次数Sum_pulse值是否达到上限Sum_{pulse_max}，若大于上限Sum_{pulse_max}则认为移动储能系统外部过载，移动式电化学储能系统停机运行；若不大于上限Sum_{pulse_max}则继续判断脉冲修正时间；

步骤23)：判断脉冲修正时间计数Sum_time值是否达到脉冲修正时间上限值Sum_{time_max}，若超过上限值则将电流异常标志Flag_cur赋值为2，否则电流异常标志Flag_cur值保持不变，本次计算结束；

步骤24)：若电流异常标志Flag_cur为2，则脉冲修正时间计数Sum_time清零，脉冲调制宽度计算恢复至原有控制方式，同时将电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}赋值为2；

步骤25)：若电流异常标志Flag_cur为0，则进一步判断电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}的值，否则本次运算结束；若电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}为2，则将电流正常运行时间计数Sum_{cur_ok}增加1，否则本次运算结束；

步骤26)：判断电流正常运行时间计数Sum_{cur_ok}是大于电流正常运行时间计数上限Sum_{cur_ok_max}，若大于则脉冲修正次数Sum_pulse、电流恢复过程标志Flag_{cur_recover}、电流正常运行时间计数Sum_{cur_ok}均清零，否则保留原有数值。

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