CN110854877A - 一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，所述控制系统包括信号采集单元、控制处理单元、能量转换单元、电池管理单元；所述控制系统根据所述信号采集单元采集的信息进行分析计算，得到所述能量转换单元的控制信息，实现所述电网频率响应控制。本发明提供一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，能够有效解决频率波动问题，实现储能系统支撑电网稳定的目的，提高电网稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，特别涉及一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统。
背景技术
随着能源危机和环境污染的日益加重，大力发展清洁能源是应对能源危机最有效的选择，由此，光伏发电、风力发电等得到了人们前所未有的重视。然而，光伏发电、风力发电具有间歇性和波动性特征，其输出功率具有很强的随机性和不连续性，容易导致电网电能质量降低。为了解决上述问题，人们在电网侧加入储能系统参与电网控制。
储能系统具备电能快速存储和释放性能，可以加大电网功率的可调度性，提升电网电压频率的稳定水平。此外，储能设备可扩大电网输配能力的富余空间，减少或延缓对区域输配电网的投资。
本发明提出一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，能够对所述电网频率波动进行准确快速的调整，有效提高电网稳定性，实现了储能安全运行和支撑电网频率的双重目标。
发明内容
本发明提供一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，能够有效解决频率波动问题，实现储能系统支撑电网稳定的目的，提高电网稳定性。
本发明具体为一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，所述控制系统包括信号采集单元、控制处理单元、能量转换单元、电池管理单元，所述信号采集单元与所述控制处理单元、所述能量转换单元顺序连接，所述电池管理单元分别与所述控制处理单元、所述信号采集单元相连接；所述控制系统根据所述信号采集单元采集的信息进行分析计算，得到所述能量转换单元的控制信息，实现所述电网频率响应控制。
所述信号采集单元包括频率采集模块和电池荷电状态采集模块：所述频率采集模块采用电压传感器采集所述电网电压信号，并通过锁相环得到所述电网频率值；所述电池荷电状态采集模块与所述电池管理单元相连接获得所述储能系统电池的荷电状态SOC；
所述锁相环包括鉴相器软件、低通滤波器软件、压控振荡器软件，所述鉴相器软件与所述低通滤波器软件、所述压控振荡器软件顺序计算，所述鉴相器软件输入所述电压信号和所述压控振荡器输出信号，当所述压控振荡器输出信号与所述滤波单元输出信号相位同步时，所述压控振荡器输出信号频率为所述电网频率。
所述电池管理单元采用BMS电池管理器对所述储能系统电池进行管理，能够完成电池端电压测量、单体电池间的能量均衡、电池组总电压测量、电池组总电流测量、荷电状态计算。
所述控制处理单元包含为处理器、存储器、外部输入接口，所述控制处理单元通过所述外部输入接口进行参数设置；所述参数包括：电网频率额定值、频率响应门槛值、频率偏差阈值、最大下垂系数、正常下垂系数所述储能系统功率输出增量参考值、所述电网允许的最大频率偏差值、调频死区运行功率、充电截止荷电状态、放电截止荷电状态，所述储能系统允许的荷电状态最小值、最大值、次小值、次大值；
所述处理器对输入的信号进行分析计算，得到所述能量转换单元的控制指令：
步骤(1)：计算所述电网频率与电网频率额定值差值Δf＝|ft-f|，ft为所述电网频率，f为所述电网频率额定值；
步骤(2)：将所述差值Δf与所述频率响应门槛值Δfd进行比较，若大于所述频率响应门槛值Δfd，进入步骤(3)；若不大于所述频率响应门槛值Δfd，重新采集信息，返回步骤(1)；
步骤(3)：将所述差值Δf与所述频率偏差阈值Δft进行比较，若大于所述频率偏差阈值Δft，重新采集信息，返回步骤(1)；若不大于所述频率偏差阈值Δft，进入步骤(4)；
步骤(4)：计算所述储能系统下垂控制系数：
充电工况下：
kmax为所述最大下垂系数，knom为所述正常下垂系数，SOC1为所述储能系统允许的荷电状态最小值，SOC4为所述储能系统允许的荷电状态最大值；SOC2为所述储能系统允许的荷电状态次小值，SOC3为所述储能系统允许的荷电状态次大值；
放电工况下：
步骤(5)：计算所述储能系统功率输出增量
pn为所述储能系统功率输出增量参考值；Δfmax为所述电网允许的最大频率偏差值；
步骤(6)：将所述储能系统功率输出增量与所述调频死区运行功率相叠加，得到所述能量转换单元新的功率输出值。
所述控制处理单元还根据所述荷电状态SOC控制所述储能系统电池是否进行充放电截止SOC调整信号：若所述荷电状态SOC大于所述充电截止荷电状态，所述控制处理单元向所述电池管理单元发出充电截止信号；若所述荷电状态SOC小于所述放电截止荷电状态，所述控制处理单元向所述电池管理单元发出放电电截止信号；保证所述储能系统在所述荷电状态SOC过低或过高情况下，依然能够有容量继续启动主动支撑响应参与所述电网一次调频。
所述能量转换单元采用DC/AC双向储能变流器，根据所述新的功率输出值完成电能的转换。
与现有技术相比，有益效果是：所述控制系统根据所述电压信号通过所述锁相环得到准确的频率信号，再结合所述储能系统电池荷电状态信息计算出功率输出增量，通过所述能量转换单元完成电网功率的补偿，减少频率稳定时间，实现储能系统支撑电网稳定控制。
附图说明
图1为本发明一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统的结构示意图。
图2为本发明一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统中锁相环的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，本发明的控制系统包括信号采集单元、控制处理单元、能量转换单元、电池管理单元，信号采集单元与控制处理单元、能量转换单元顺序连接，电池管理单元分别与控制处理单元、信号采集单元相连接。
信号采集单元包括频率采集模块和电池荷电状态采集模块：频率采集模块采用电压传感器采集电网电压信号，并通过锁相环得到电网频率值；电池荷电状态采集模块与电池管理单元相连接获得储能系统电池的荷电状态SOC；
如图2所示，锁相环包括鉴相器软件、低通滤波器软件、压控振荡器软件，鉴相器软件与低通滤波器软件、所述压控振荡器软件顺序计算，鉴相器软件输入电压信号和压控振荡器输出信号，当压控振荡器输出信号与滤波单元输出信号相位同步时，压控振荡器输出信号频率为电网频率。
电池管理单元采用BMS电池管理器对储能系统电池进行管理，能够完成电池端电压测量、单体电池间的能量均衡、电池组总电压测量、电池组总电流测量、荷电状态计算。
控制处理单元包含为处理器、存储器、外部输入接口，控制处理单元通过外部输入接口进行参数(电网频率额定值、频率响应门槛值、频率偏差阈值、最大下垂系数、正常下垂系数所述储能系统功率输出增量参考值、电网允许的最大频率偏差值、调频死区运行功率、充电截止荷电状态、放电截止荷电状态，储能系统允许的荷电状态最小值、最大值、次小值、次大值)的设置。
处理器对输入的信号进行分析计算，得到所述能量转换单元的控制指令，包括以下步骤：步骤(1)：计算电网频率与电网频率额定值差值Δf＝|ft-f|，ft为电网频率，f为电网频率额定值；步骤(2)：将差值Δf与频率响应门槛值Δfd进行比较，若大于，进入步骤(3)；若不大于，重新采集信息，返回步骤(1)；步骤(3)：将差值Δf与频率偏差阈值Δft进行比较，若大于，重新采集信息，返回步骤(1)；若不大于，进入步骤(4)；步骤(4)：计算储能系统下垂控制系数；步骤(5)：计算储能系统功率输出增量；步骤(6)：将储能系统功率输出增量与调频死区运行功率相叠加，得到能量转换单元新的功率输出值。
步骤(4)中储能系统下垂控制系数根据电池的不同工作状态而不同：
充电工况下：
kmax为最大下垂系数，knom为正常下垂系数，SOC1为储能系统允许的荷电状态最小值，SOC4为储能系统允许的荷电状态最大值；SOC2为储能系统允许的荷电状态次小值，SOC3为储能系统允许的荷电状态次大值；
放电工况下：
步骤(5)中储能系统功率输出增量计算公式为：pn为储能系统功率输出增量参考值；Δfmax为电网允许的最大频率偏差值。
控制处理单元还根据荷电状态SOC控制储能系统电池是否进行充放电截止SOC调整信号，保证储能系统在所述荷电状态SOC过低或过高情况下，依然能够有容量继续启动主动支撑响应参与所述电网一次调频：
若荷电状态SOC大于充电截止荷电状态，控制处理单元向电池管理单元发出充电截止信号；若荷电状态SOC小于放电截止荷电状态，控制处理单元向电池管理单元发出放电电截止信号。
能量转换单元采用DC/AC双向储能变流器，根据新的功率输出值完成电能的转换。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (6)
1.一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，其特征在于，所述控制系统包括信号采集单元、控制处理单元、能量转换单元、电池管理单元，所述信号采集单元与所述控制处理单元、所述能量转换单元顺序连接，所述电池管理单元分别与所述控制处理单元、所述信号采集单元相连接；所述控制系统根据所述信号采集单元采集的信息进行分析计算，得到所述能量转换单元的控制信息，实现所述电网频率响应控制。
2.根据权利要求1所述的一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，其特征在于，所述信号采集单元包括频率采集模块和电池荷电状态采集模块：所述频率采集模块采用电压传感器采集所述电网电压信号，并通过锁相环得到所述电网频率值；所述电池荷电状态采集模块与所述电池管理单元相连接获得所述储能系统电池的荷电状态SOC；
所述锁相环包括鉴相器软件、低通滤波器软件、压控振荡器软件，所述鉴相器软件与所述低通滤波器软件、所述压控振荡器软件顺序计算，所述鉴相器软件输入所述电压信号和所述压控振荡器输出信号，当所述压控振荡器输出信号与所述滤波单元输出信号相位同步时，所述压控振荡器输出信号频率为所述电网频率。
3.根据权利要求2所述的一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，其特征在于，所述电池管理单元采用BMS电池管理器对所述储能系统电池进行管理，能够完成电池端电压测量、单体电池间的能量均衡、电池组总电压测量、电池组总电流测量、荷电状态计算。
4.根据权利要求3所述的一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，其特征在于，所述控制处理单元包含为处理器、存储器、外部输入接口，所述控制处理单元通过所述外部输入接口进行参数设置；所述参数包括：电网频率额定值、频率响应门槛值、频率偏差阈值、最大下垂系数、正常下垂系数所述储能系统功率输出增量参考值、所述电网允许的最大频率偏差值、调频死区运行功率、充电截止荷电状态、放电截止荷电状态，所述储能系统允许的荷电状态最小值、最大值、次小值、次大值；
所述处理器对输入的信号进行分析计算，得到所述能量转换单元的控制指令：
步骤(1)：计算所述电网频率与电网频率额定值差值Δf＝|ft-f|，ft为所述电网频率，f为所述电网频率额定值；
步骤(2)：将所述差值Δf与所述频率响应门槛值Δfd进行比较，若大于所述频率响应门槛值Δfd，进入步骤(3)；若不大于所述频率响应门槛值Δfd，重新采集信息，返回步骤(1)；
步骤(3)：将所述差值Δf与所述频率偏差阈值Δft进行比较，若大于所述频率偏差阈值Δft，重新采集信息，返回步骤(1)；若不大于所述频率偏差阈值Δft，进入步骤(4)；
步骤(4)：计算所述储能系统下垂控制系数：
充电工况下：
kmax为所述最大下垂系数，knom为所述正常下垂系数，SOC1为所述储能系统允许的荷电状态最小值，SOC4为所述储能系统允许的荷电状态最大值；SOC2为所述储能系统允许的荷电状态次小值，SOC3为所述储能系统允许的荷电状态次大值；
放电工况下：
步骤(5)：计算所述储能系统功率输出增量
pn为所述储能系统功率输出增量参考值；Δfmax为所述电网允许的最大频率偏差值；
步骤(6)：将所述储能系统功率输出增量与所述调频死区运行功率相叠加，得到所述能量转换单元新的功率输出值。
5.根据权利要求4所述的一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，其特征在于，所述控制处理单元还根据所述荷电状态SOC控制所述储能系统电池是否进行充放电截止SOC调整信号：若所述荷电状态SOC大于所述充电截止荷电状态，所述控制处理单元向所述电池管理单元发出充电截止信号；若所述荷电状态SOC小于所述放电截止荷电状态，所述控制处理单元向所述电池管理单元发出放电电截止信号；保证所述储能系统在所述荷电状态SOC过低或过高情况下，依然能够有容量继续启动主动支撑响应参与所述电网一次调频。
6.根据权利要求5所述的一种中压直挂式储能系统支撑电网稳定控制系统，其特征在于，所述能量转换单元采用DC/AC双向储能变流器，根据所述新的功率输出值完成电能的转换。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113126546A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种分散式储能系统频率支撑控制器及控制方法 |
| CN113949077A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-18 | 燕山大学 | 基于soc正弦函数的储能一次调频控制方法 |
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